Elektrolyte aus dem Gleichgewicht

Ohne die richtige Balance der Elektrolyte können Menschen nicht überleben. Lebensnotwendig sind die Kationen Kalium, Natrium, Calcium und Magnesium sowie die Anionen Hydrogencarbonat, Chlorid und Phosphat. Es sind positiv oder negativ geladene, ein- oder mehrwertige Ionen, die in wässriger Lösung elektrischen Strom leiten. Aufgenommen werden Elektrolyte über die Nahrung und Flüssigkeit. Ausgeschieden werden sie über Urin, Schweiß und teilweise Stuhl. Ihre Konzentrationen in verschiedenen Bereichen des Körpers sowie außerhalb und innerhalb der Körperzellen sind fein justiert, um elektrische Impulse weiterzuleiten.

Einige Elektrolyte wie Kalium- und Phosphationen kommen hauptsächlich im Zellinneren, andere im Extrazellulärraum vor, vor allem Natrium-, Chlorid- und Hydrogencarbonationen. So dominieren im Blutplasma besonders die Natriumionen mit einer Konzentration von 135 bis 145 mmol/l, mit weitem Abstand gefolgt von Kaliumionen mit 3,8 bis 5,2 mmol/l (Tabelle 1). In der intrazellulären Flüssigkeit machen die Kaliumionen den größten Anteil aus. Die Ionenkonzentrationen werden vor allem durch die Hormone antidiuretisches Hormon (ADH), Aldosteron und Parathormon gesteuert.

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.

Ursachen für Verschiebungen im Elektrolythaushalt können Nierenerkrankungen, gastrointestinale Infekte mit Flüssigkeitsverlust, hormonelle Funktionsstörungen, zum Beispiel eine Nebennierenrinden-Insuffizienz, oder auch Nebenwirkungen von Arzneistoffen sein.

Für die Beratung in der Apotheke gilt: Ohne Diagnose eines »echten« Elektrolytmangels sollte das Apothekenteam von der Selbstmedikation mit Elektrolyten abraten, denn auch eine übermäßige Zufuhr, besonders von Kalium und Natrium, kann schädlich sein.

Die tägliche Aufnahme von Kaliumionen über die Nahrung sollte bei einem Erwachsenen bei 2 bis 5 g liegen. Für die renale Ausscheidung des Kations ist Aldosteron verantwortlich. Die intrazelluläre Kaliumkonzentration wird von der membranständigen Na/K-ATPase reguliert. Nach Stimulation von Betarezeptoren durch Sympathomimetika, durch Insulin, bei einer metabolischen Alkalose oder bei einer Hyperkaliämie wird das Enzym aktiviert und transportiert Kaliumionen aus dem Blut in die Zellen. Wird es gehemmt, zum Beispiel durch Herzglykoside, durch eine metabolische Azidose oder bei einer Hypokaliämie, gelangen Kaliumionen aus der Zelle in das Blut.

Kaliumionen sind unerlässlich für die Erregungsleitung der Nerven- und Muskelzellen. Sie beeinflussen zahlreiche Enzymreaktionen im Körper. Insbesondere für die Kontraktion der Herzmuskelzellen ist die richtige Kaliumkonzentration im Zellinneren von Bedeutung.

Bei einer Hypokaliämie liegt die Kaliumkonzentration im Serum unter 3,8 mmol/l. Mögliche Ursachen dafür sind Alkoholismus, renale Kaliumverluste durch erhöhte Aldosteron- oder Cortisolspiegel, Missbrauch von Laxanzien, Therapie mit Thiazid- oder Schleifendiuretika sowie Kaliumverluste durch Erbrechen und Diarrhö. Eine chronische Hypokaliämie sollte ab einem Serumwert unter 3,2 mmol/l durch Substitution von Kalium therapiert werden.

Eine echte Hyperkaliämie liegt bei Werten über 5,2 mmol/l vor und kann bei erhöhter Kaliumzufuhr, Einnahme von kaliumsparenden Diuretika wie Spironolacton oder aufgrund einer Niereninsuffizienz entstehen. Werden erhöhte Kaliumwerte im Blutbild festgestellt, sollten unbekannte Elektrolytquellen hinterfragt werden. So enthalten zum Beispiel Trockenaprikosen einen sehr hohen Anteil an Kalium. Auch in der Selbstmedikation erworbene Mineralstoffpräparate können dazu beitragen. Bei einer Hyperkaliämie sollte auf eine kaliumarme Ernährung und die Vermeidung von kaliumretinierenden Arzneistoffen (Spironolacton, ACE-Hemmer, Sartane und NSAR, Tabelle 2) geachtet werden.

Die Symptome einer Hypo- und Hyperkaliämie sind eher unspezifisch. Die Patienten klagen über Muskelschwäche, gastrointestinale Beschwerden (Obstipation bei einer Hypokaliämie) und Apathie. Verschiebungen des Kaliumspiegels können QT-Zeit-Verlängerungen begünstigen. Bekommt ein Patient beispielsweise mehrere Medikamente mit QT-Intervall-verlängernder Wirkung, zum Beispiel Antipsychotika, Antidepressiva oder Antibiotika, erhöht eine Hypokaliämie das Risiko für Torsade de pointes (Tdp).

Apotheker haben in der Regel nicht die Blutwerte des Patienten zur Hand, um die Situation zuverlässig beurteilen zu können; das obliegt dem Arzt. Dennoch werden in der ABDA-Datenbank Interaktionsmeldungen mit dem Risiko für Hypokaliämien angezeigt. Bestehen mehrere Risikofaktoren bei dem Patienten (Tabelle 3), sollte man versuchen, die Situation zu entschärfen.

Calcium ist in Hydroxylapatit gebunden und sorgt für Stabilität und Festigkeit des Skeletts und der Zähne. Dies sind aber gleichzeitig auch Calciumspeicher, aus denen das zweiwertige Ion bei Bedarf ins Blut abgegeben wird. Calciumionen sind an der Blutgerinnung, dem Glykogenstoffwechsel, der Aktivierung von Enzymen und Hormonen sowie der Erregungsweiterleitung und Muskelkontraktion beteiligt.

Im Serum beträgt die Calciumkonzentration etwa 10 bis 12 mg/dl (etwa 2,02 bis 2,6 mmol/l). Diese Konzentration wird insbesondere durch das Zusammenspiel von Parathormon, Calcitonin und Vitamin D in der physiologischen Balance gehalten. Wenn der Calciumplasmaspiegel abfällt, wird in der Nebenschilddrüse Parathormon gebildet. Dieses führt in der Niere zu einer vermehrten Umwandlung von 25-Hydroxycholecalciferol in das biologisch aktive Calcitriol und in der Folge zur Bildung von Calbindin, das die Calciumresorption aus Nieren und Darm steigert. Außerdem stimuliert Parathormon die Osteoklasten zur Mobilisierung von Calciumionen aus dem Knochengewebe und senkt gleichzeitig die Phosphatspiegel durch Hemmung der Phosphatrückresorption in der Niere.

Für den Körper hat die Aufrechterhaltung der biochemischen und physiologischen Prozesse Priorität vor der Knochenmineralisation. Bei einem Calciummangel im Blut wird daher Calcium aus der Knochensubstanz freigesetzt. Eine schwere Hypocalciämie kann Herzrhythmusstörungen durch QT-Zeit-Verlängerung, Krampfanfälle, Muskelzuckungen, Lethargie und Bewusstseinsstörungen auslösen. Ursachen können Funktionsstörungen der Schilddrüse oder Nebenschilddrüse oder Autoimmunprozesse sein. Hohe Parathormonspiegel neben einer Hypocalciämie können einen Vitamin-D-Mangel, eine Hyperphosphatämie, Knochenmetastasen oder eine akute Bauchspeicheldrüsenentzündung anzeigen. Medikamente, die die Calciumspiegel potenziell senken, sind Foscarnet, Bisphosphonate, Cisplatin, Tetracycline oder Fluorid.

Eine akute Hypocalciämie wird intravenös mit Calciumglukonat behandelt. Bei chronischem Calciummangel ohne klinische Symptome wird das Kation oral zusammen mit Vitamin D supplementiert. Vitamin D fördert die Resorption von Calcium und hemmt dessen renale Ausscheidung. Zuvor muss jedoch ein Hypoparathyreoidismus ausgeschlossen werden, der in diesem Fall eine vermehrte Ausscheidung von Calcium über die Nieren und damit eine Nephrocalcinose begünstigen würde.

Für die Beratung in der Apotheke gilt, dass Vitamin D und Calcium nicht unkritisch abgegeben werden dürfen. Mögliche Fragen an die Patienten können sein: »Wurde bei Ihnen schon einmal der Vitamin-D-Spiegel bestimmt? Gibt es irgendwelche Vorerkrankungen der Schilddrüse oder der Nieren, die berücksichtigt werden sollten? Welche Medikamente nehmen Sie dauerhaft ein?«

Magnesium kontrolliert zahlreiche biochemische Vorgänge und ist wichtiger Bestandteil von Knochen- und Muskelgewebe. Es wird im Energiestoffwechsel für die Aktivierung zahlreicher Enzyme benötigt. So beeinflusst Magnesium zelluläre Ionenkanäle und den Transport von Calcium, Kalium und Natrium. Bei der Reizübertragung von Nerven auf die Muskeln und für die Muskelkontraktion ist es ebenfalls wichtig. Die empfohlene Tageszufuhr für Erwachsene liegt zwischen 300 (bei Frauen) und 350 mg (bei Männern).

Eine schwere Mangelsituation resultiert klinisch in einem ähnlichen Bild wie die Hypocalciämie mit tetanischen Muskelkrämpfen, Tachykardie und Herzrhythmusstörungen. Ursachen für eine Hypomagnesiämie sind geringe Zufuhr, hohe Verluste durch Ausscheidung von Magnesium bei starker sportlicher Anstrengung sowie Wechselwirkungen von Diuretika und Protonenpumpenhemmern. Arzneistoffe, die aufgrund einer Schädigung der Tubulusmembran zu erhöhter renaler Magnesiumausscheidung führen, sind Aminoglykoside, Ciclosporin, Amphotericin B und Cisplatin.

Ein Überschuss an Magnesium ist sehr selten und kann durch eine übermäßige Zufuhr von Magnesiumpräparaten, zum Beispiel zum Abführen, oder durch eine Niereninsuffizienz ausgelöst werden. Muskelschwäche, Obstipation und eine Hemmung zentralnervöser Funktionen bis hin zu Atemlähmung und Herzstillstand sind möglich. Auch hier erfolgt die Therapie mit Schleifendiuretika.

Die tägliche Natriumchloridzufuhr und -ausscheidung bei Erwachsenen liegt, abhängig von der über die Nahrung zugeführten Menge, zwischen 4,5 und 18 g. Unabhängig von der Zufuhr bleibt die Konzentration im Extrazellulärraum jedoch weitgehend konstant. Die Natriumionen-Konzentration wird über die renale Ausscheidung, gesteuert durch das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System und natriuretische Peptide, reguliert.

Die häufigste Störung des Wasserhaushalts ist die Hyponatriämie mit einer Konzentration von Natrium im Serum unter 135 mmol/l. Es werden eine milde (130 bis 135 mmol/l), eine mäßige (niedriger als 130 mmol/l) und eine schwere Form (unter 120 mmol/l) unterschieden.

In der Regel ist eine Störung des Flüssigkeitshaushalts die primäre Ursache. Hieran ist das antidiuretische Hormon (ADH, Vasopressin) maßgeblich beteiligt. ADH kontrolliert die Wassermenge, die über die Niere ausgeschieden wird. Das Syndrom der gestörten (inadäquaten) ADH-Sekretion (SIADH) ist die häufigste Ursache der Hyponatriämie. Dabei wird von der Hypophyse zu viel Vasopressin freigesetzt, wodurch der Körper mehr Flüssigkeit zurückhält und die Natriumkonzentration durch Verdünnung sinkt. Dieses Syndrom kann durch Erkrankungen, zum Beispiel Tumoren oder Tuberkulose, und durch Arzneimittel wie Antidepressiva, Antiepileptika oder Zytostatika begünstigt werden. Eine Verdünnungshyponatriämie ist auch bei generalisierten Ödemen, zum Beispiel bei Patienten mit Herzinsuffizienz, zu finden.

Eine Hypernatriämie ist selten und kann durch eine exzessive Salzzufuhr oder einen primären Hyperaldosteronismus entstehen. Das Symptombild ähnelt dem der Verlusthyponatriämie mit Hypotonie und Kreislaufschwäche. Allerdings geht diese Elektrolytstörung mit einem höheren Mortalitätsrisiko einher – insbesondere bei Menschen mit eingeschränktem Durstgefühl. Behandelt wird durch Gabe einer 5-prozentigen Dextrose-Infusionslösung oder einer halbisotonen, also 0,45-prozentigen Kochsalzlösung oder bei hypervolämer Form mit Furosemid.

Alte Patienten mit Polymedikation sind besonders gefährdet, Elektrolytstörungen zu entwickeln. Viele nehmen Diuretika, Sartane oder ACE-Hemmer gegen kardiovaskuläre Erkrankungen ein, die wiederum die Elektrolyte beeinflussen. Mit dem Alter schwindet zudem das Durstgefühl, sodass eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr nicht sichergestellt ist. Patienten mit Demenz vergessen möglicherweise einfach zu trinken.

Wie erkennen Apotheker gefährdete Patienten? Kriterien sind die Dauereinnahme bestimmter Arzneimittelgruppen (Tabelle 2), chronische kardiovaskuläre und renale Erkrankungen, erhöhtes Lebensalter und Multimorbidität plus akute gastrointestinale Infekte. Bei diesen Menschen sollten Apotheker regelmäßig einen Interaktionscheck machen oder über die neue Pharmazeutische Dienstleistung der erweiterten Medikationsberatung arzneimittelbezogene Probleme identifizieren. Auch sollten sie hellhörig werden, wenn alte Menschen über Schwindel und eingeschränkte Kognition klagen oder Angehörige berichten, dass Mutter oder Vater plötzlich apathisch und verwirrt ist. Dehydration und Elektrolytstörungen können die Ursache dafür sein.