Kalium

Definition, Resorption, Transport und Verteilung

Kalium ist ein einwertiges Kation (positiv geladenes Ion, K+) und das siebenthäufigste Element der Erdkruste. Es steht in der 1. Hauptgruppe im Periodensystem und gehört damit zu der Gruppe der Alkalimetalle [6].

Resorption

Die Resorption (Aufnahme) von Kalium, die zum größten Teil in den oberen Dünndarmabschnitten stattfindet, erfolgt rasch und mit hoher Effizienz (≥ 90 %) parazellulär (Stofftransport durch die Zwischenräume der Darmepithelzellen) durch passive Diffusion [1, 5].

Die intestinale (darmbezogene) Aufnahme von Kalium ist weitestgehend unabhängig von der oral zugeführten Menge und liegt im Durchschnitt zwischen 70 und 130 mmol/Tag [5, 6].

Verteilung im Körper

Der Gesamtkaliumgehalt des menschlichen Körpers beträgt etwa 40-50 mmol/kg Körpergewicht (1 mmol K+ entspricht 39,1 mg) und ist vom Körperbau, dem Alter sowie Geschlecht abhängig [2, 21]. So weisen Männer im Durchschnitt einen Gesamtkaliumbestand von circa 140 g (3.600 mmol) und Frauen ein Gesamtkörperkalium von durchschnittlich etwa 105 g (2.700 mmol) auf [5, 6].

Im Gegensatz zu Natrium ist Kalium überwiegend intrazellulär (innerhalb der Zelle) lokalisiert. Kalium ist quantitativ das bedeutendste Kation im Intrazellulärraum (IZR). Etwa 98 % des gesamten Kaliumbestandes im menschlichen Körper befinden sich innerhalb der Zelle – circa 150 mmol/l. Damit macht die Kalium-Serumkonzentration, die zwischen 3,5 und 5,5 mmol/l schwankt, weniger als 2 % des Gesamtbestandes aus [5, 6, 17, 23, 24].

Der Kaliumgehalt der Zellen variiert in Abhängigkeit vom jeweiligen Gewebe und ist Ausdruck ihrer metabolischen Aktivität (Stoffwechselaktivität). So enthalten Muskelzellen den höchsten Anteil des Mineralstoffs (60 %), gefolgt von den Erythrozyten (rote Blutkörperchen) (8 %), Leberzellen (6 %) und anderen Gewebezellen (4 %) [6].

Etwa 75 % des Gesamtkörperkaliums sind rasch austauschbar und stehen im dynamischen Gleichgewicht mit den verschiedenen Körperkompartimenten [6].

Ausscheidung

Überschüssige Mengen an Kalium im Körper werden größtenteils über die Nieren ausgeschieden. Bei ausgeglichener Kaliumbilanz werden 85-90 % mit dem Urin, 7-12 % mit den Fäzes (Stuhl) und circa 3 % über den Schweiß eliminiert [1, 3, 5, 23, 24, 30, 31].

Die Sekretion von Kalium ins Lumen der Nierentubuli beziehungsweise die renale Kaliumausscheidung ist in hohem Maße anpassungsfähig [4, 13, 14, 32]. Bei Kaliummangel kann die Kaliumkonzentration des Harns auf ≤ 10 mmol/l absinken, während diese bei einem Kaliumüberschuss auf ≥ 200 mmol/l ansteigen kann. Eine renale Kaliumexkretion (Ausscheidung über die Niere) von etwa 50 mmol/24 Stunden weist auf einen normalen Kaliumhaushalt hin [6, 30].

Regulation der Kaliumhomöostase

Die Verteilung von Kalium zwischen EZR und IZR wird durch folgende Faktoren beeinflusst [5, 21]:

  • Hormone, wie Insulin, Aldosteron und Catecholamine
  • Säure-Basen-Haushalt (pH-Wert im Blut)
  • Magnesium

Insulin, Aldosteron und Catecholamine sind an der Regulation des extrarenalen (außerhalb der Niere) Kaliumstoffwechsels beteiligt. Bei Vorliegen einer Hyperkaliämie (erhöhter Kalium-Serumspiegel, > 5,5 mmol/l) stimulieren diese Hormone die intrazelluläre Expression und den Einbau der Natrium-Kalium-Adenosintriphosphatase (Na+/K+-ATPase; Enzym, das unter ATP-Spaltung den Transport von Na+-Ionen aus der Zelle und K+-Ionen in die Zelle katalysiert) in die Zellmembran und somit den Kaliumtransport in die Zellen, wodurch die extrazelluläre Kaliumkonzentration rasch abfällt [5, 6, 18]. Bei einer Hypokaliämie (erniedrigter Kalium-Serumspiegel, < 3,5 mmol/l) kommt es hingegen – vermittelt durch eine Senkung des Insulin-, Aldosteron- und Catecholaminspiegels – zur Hemmung der Na+/K+-ATPase und in der Folge zum Anstieg der extrazellulären Kaliumkonzentration [6, 18].

Die Kaliumhomöostase ist eng mit dem Magnesiumstoffwechsel verbunden. Ein Mangel an Magnesium erhöht an den Zellmembranen die Permeabilität (Durchlässigkeit) für Kalium durch Beeinflussung der Kaliumkanäle, was Auswirkungen auf das Herzmuskelaktionspotential hat [25].

Bedeutung der Niere im Kaliumhaushalt

Die Bilanzierung des Körperkaliums erfolgt vornehmlich über die Niere. Dort wird Kalium glomerulär filtriert. Etwa 90 % der filtrierten Kaliumionen werden im proximalen Tubulus (Hauptstück der Nierenkanälchen) sowie in der Henleschen Schleife (gerade Abschnitte der Nierenkanälchen und Überleitungsstück) reabsorbiert. Im distalen Tubulus (Mittelstück der Nierenkanälchen) und im Sammelrohr der Niere kommt es schließlich zur entscheidenden Regulation der Kaliumexkretion (Kaliumausscheidung) [5, 6, 18, 24].

Bei ausgeglichener Kaliumbilanz werden etwa 90 % des oral zugeführten Kaliums innerhalb von 8 Stunden und mehr als 98 % innerhalb von 24 Stunden über die Nieren eliminiert [5, 6, 24, 31].

Störung der Nierenfunktion

Die Regulation der Kaliumhomöostase über die Nieren erfolgt in engen Grenzen, vorausgesetzt die Nierenfunktion ist normal.

Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz weisen zu 55 % eine Hyperkaliämie (erhöhte Kalium-Serumspiegel) auf [12, 26]. Bei Patienten mit akutem Nierenversagen (ANV) findet sich beinahe immer eine Hyperkaliämie, vor allem wenn die Betroffenen ausgeprägten katabolen (abbauenden) Prozessen, wie Operationen, Stress und einer Steroidtherapie, ausgesetzt sind oder Gewebezerfall, wie bei Hämolyse (verkürzte Lebensdauer der roten Blutkörperchen), Infektionen und Verbrennungen, vorliegt. Derartige Patienten mit Störungen der Kaliumhomöostase sollten in Bezug auf den Kalium-Serumspiegel und die nutritive Kaliumzufuhr einer ständigen Kontrolle unterliegen [6].

Erhöhte extrazelluläre Kaliumwerte führen zur Erniedrigung des Membranpotentials der Nerven- und Muskelzellen. Klinisch manifestiert sich die gestörte Erregungsbildung und -leitung durch neuromuskuläre Symptome, wie:

  • Allgemeine Muskelschwäche – äußert sich zum Beispiel durch "schwere Beine" und Atemstörungen
  • Parästhesien an Händen und Füßen (Schädigungen sensibler Nervenfasern) – äußert sich als Missempfindung, wie Kribbeln, Taubheit und Jucken, oder als schmerzhaft brennendes Gefühl
  • Lähmungen – nur in Extremfällen
  • Bradykarde Rhythmusstörungen (verlangsamte Herztätigkeit (Herzschlag < 60 Schläge/Minute), Verminderung der Kontraktilität infolge Überleitungsstörungen) bis hin zum Kammerflimmern (pulslose Herzrhythmusstörung) und zur Asystolie (Stillstand der elektrischen und mechanischen Herzaktion) [5, 6, 18]

Die Symptome einer Hyperkaliämie können bereits bei Serumkonzentrationen > 5,5 mmol/l auftreten. Im Gegensatz zur Hypokaliämie (erniedrigter Kalium-Serumspiegel, < 3,5 mmol/l) sind die EKG (Elektrokardiogramm)-Veränderungen bei Hyperkaliämie typisch, wobei das Ausmaß dieser Veränderungen von der Kalium-Serumkonzentration abhängt [6]. Eine zusätzlich bestehende Hypocalcämie (erniedrigter Calcium-Serumspiegel), Azidose (Übersäuerung des Körpers, Blut-pH < 7,35) oder Hyponatriämie (erniedrigter Natrium-Serumspiegel) verstärken den symptomatischen Verlauf der Hyperkaliämie [7, 16, 32].

Literatur

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