Salz- und Wasserhaushalt

Inhalt

1. Einleitung

2. Zum Wasser im menschlichen Körper

3. Zur Elektrolyverteilung im menschlichen Körper

4. Regulation des Wasser- und Elektrolythaushaltes
4.1. Osmoregulation
4.1.1. Durstempfinden
4.1.2. Wasserausscheidung
4.2. Regulation des Extrazellularvolumens
4.2.1. Volumenrezeptoren & Volumenregulation
4.2.2. Renin-Angiotensin- Aldosteron-System
4.3. Isoionie-Kontrolle
4.3.1. Natrium & Chlorid
4.3.2. Kalium
4.3.3. Kalzium & Phosphat
4.3.4. Magnesium

5. Störungen der Haushalte
5.1. Wasser
5.1.1. Hyperosmolare Dehydration
5.1.2. Hypoosmolare Dehydration

6. Praxisbezug

7. Literaturangaben

1. Einleitung

Wie in jeder Art von Haushalt ist auch beim Wasserhaushalt des menschlichen Körpers ein dynamisches Gleichgewicht der „Einnahmen“ und „Ausgaben“ von entscheidender Bedeutung.

Der Wasserhaushalt ist gerade deshalb so wichtig, da das Wasser entscheidende Transportaufgaben im Körper zu erfüllen hat. Zum Beispiel besteht unser Blut zu etwa 80% aus Wasser. In teilweise dehydriertem Zustand ist die Sauerstoffaufnahme und die diesbezügliche Versorgung der Muskeln leistungsschwächer. Schon allein dieser Zusammenhang macht den Wasserhaushalt sportwissenschaftlich interessant.¹

Der Salzhaushalt muß hier stets mit genannt werden, da das Salz (NatriumChlorid / Kochsalz) nötig ist, um das Wasser zu binden und somit im Körper zu halten.²

Doch wie genau ist er nun strukturiert, unser Salz-Wasserhaushalt? Kann er aus dem Gleichgewicht kommen, und wenn ja, wie? Welche Konsequenzen sind bei einer solchen „Störung“ zu erwarten? Und wie kann dies vermieden/rückgängig gemacht werden?

Diese Fragen sollen im folgenden behandelt werden, wobei zunächst Wasserhaushalt und Salzhaushalt getrennt betrachtet werden, um dann auf die Regulationssysteme sowie die möglichen Störungen dieser Haushalte einzugehen.

2. Zum Wasser im menschlichen Körper

Wenn man sich fragt, wie groß die Rolle des Wassers für unseren Organismus ist, so wird dies deutlich, wenn wir den Anteil dieser Flüssigkeit an unserer gesamten Körpermasse betrachten.

Ein Baby zum Beispiel besteht zu ca. 75% aus Wasser. Bei einem erwachsenen Mann sind es 50-70%, bei einer Frau noch weniger. Letzteres liegt allerdings am höheren Anteil von Fettgewebe im weiblichen Körper, welches bekanntermaßen weniger Wasser enthält.³ Die fettfreie („aktive“) Körpermasse enthält also geschlechterübergreifend den gleichen Wasseranteil.

Dieses Wasser findet sich sowohl als extrazelluläre Flüssigkeit (interstitielle F. [Gewebespalträume - ca. 12l], transzelluläre F.⁴ [Drüsensekrete, Kammerwasser des Auges, Gelenkflüssigkeit, Darminhalt, Gehirnflüssigkeit, ... - ca. 2l], Blutplasma [ca. 3l]) wie auch als intrazelluläre Flüssigkeit (Gewebezellen- [ca. 25l] und Blutzellenflüssigkeit [ca. 2,5l]).⁵

Nun stellt sich die Frage, warum dieses im Körper vorhandene Wasser nicht einfach gespeichert wird. Die Aufgabe des Sauerstofftransportes als Blutbestandteil kann es schließlich auch auf diesem Wege erfüllen.

Die Antwort liegt auf der Hand: Wasser erfüllt noch weitere Funktionen, wie zum Beispiel die Ausscheidung von Harnstoff und die Wärmeregulation des Körpers.

Bei ersterem handelt es sich um eine wichtige Nierenreinigung, welche den Körper per Urinausscheidung von Giftstoffen befreit. Die Wärmeregulation durch Wasserverdunstung an der Hautoberfläche ist allgemein als „Schwitzen“ bekannt.

In der dynamischen Wasserbilanz des Körpers macht Urin auf der „Ausgaben“-Seite etwa 1,5l täglich aus. Über die Lungen (Ausatmen) und die Haut (Schwitzen) werden zusammen etwa 0,9l pro Tag abgegeben. Übrig bleibt noch ca. 0,1l Wasser, welches mit Kot den Körper verlässt.

Als wichtigste Einnahmequelle des Wassers kann mit ca. 1,3l täglich das Trinken angesehen werden. Auch in fester Nahrung ist Wasser enthalten, welches sich auf etwa 0,9l pro Tag beläuft. Die restlichen 0,3l, welche noch zu einer ausgeglichenen Bilanz fehlen, werden beim Einatmen als Oxidationswasser aufgenommen.

Es ergibt sich also für diese beispielhafte Rechnung ein Wasserumsatz von 2,5l pro Tag.⁶ Der tatsächliche individuelle Umsatz entspricht jeweils ca. 3-4% des Körpergewichtes. (Bei einem Säugling sind es etwa 10%, weshalb hier ganz besonders auf einen ausgewogenen Wasserhaushalt zu achten ist.)

3. Zur Elektrolytverteilung im menschlichen Körper

Wenn wir den Wasserhaushalt betrachten, darf auch die Elektrolytverteilung - speziell die des NatriumChlorid - nicht vergessen werden. Wie oben beschrieben, sorgt NatriumChlorid für die Bindung des Wassers im Körper.

Hierzu ist festzustellen, daß in den jeweiligen Flüssigkeitsräumen ein Ladungsgleichgewicht, also eine Elektronenneutralität besteht. Die Ionenkonzentration liegt im Blutplasma und in der interstitiellen Flüssigkeit bei rund 150 mval/l, wobei Na+ und Cl- den jeweils größten Anteil ausmachen.

Die Gesamtkonzentration aller osmotisch wirksamen Teilchen (=Osmolarität) beträgt hier jeweils ca. 300 mosmol/l. Dieser Wert ist variabel, da die Zellmembrane zwar wasser- nicht aber elektrolytdurchlässig sind. Bei Wasserverlust erhöht sich also die Konzentration/Osmolarität.

In der intrazellulären Flüssigkeit besteht bezüglich der ionalen Zusammensetzung ein grundlegender Unterschied zur extrazellulären Flüssigkeit: Hier bestimmen Kalium-Ionen (K+) und HPO4²- / HP2PO4- (anorganisches Phosphat) sowie Proteine das Bild. Die Gesamtkonzentration liegt bei rund 190 mval pro kg Zellwasser.⁷

4. Regulation des Wasser- und Elektrolythaushaltes

Nach dem Prinzip der Homöostase strebt ein Lebewesen stets nach innerem Gleichgewicht. Die Bilanzsummen unseres Wasserhaushaltes müssen sich also möglichst die Waage halten, um eine dauerhafte Funktionsfähigkeit des Organismus sicherzustellen.

Es ist sicherlich kein Zufall, daß wir im Normalfall unsere Wasseraufnahme dem Bedarf anpassen. Im folgenden sollen derartige Regelmechanismen im Detail betrachtet werden:

4.1. Osmoregulation

4.1.1. Durstempfinden

Im vorderen Hypothalamus wird das Durstempfinden ausgelöst, und zwar als Reaktion auf Änderungen der oben genannten Osmolarität. Dies betrifft in erster Linie das Blutplasma. Tritt also in diesem Flüssigkeitsraum ein Wasserverlust ein, steigt die Ionenkonzentration (=Osmolarität). Diese Information gelangt zum Hypothalamus, welcher durch Durstempfinden für Wassernachschub sorgt. Das Gleichgewicht wird wieder hergestellt.⁸

4.1.2. Wasserausscheidung

Der vordere Hypothalamus ist auch zuständig für die Regulation der renalen Wasserabgabe. Auch hier ist die Osmolarität des Blutplasmas die entscheidende Regelgröße. Steigt hier die Osmolarität an, wird vermehrt Adiuretin (ADH) gebildet/freigesetzt, welches die Wasserausscheidung durch die Nieren vermindert. Bei Wasserüberschuß und dadurch sinkender Osmolarität des Plasmas wird durch verminderte ADH-Abgabe das Gegenteil erreicht (=>Harndrang).⁹

4.2. Regulation des Extrazellularvolumens

Die Regulationsmechanismen des Extrazellularvolumens sind eng verknüpft mit der Osmoregulation. Hier sind zwei Regulationssysteme zu nennen.

4.2.1. Volumenrezeptoren & Volumenregulation

Die Volumenrezeptoren befinden sich in Herznähe und registrieren zentrale Blutvolumenveränderungen, welche sich zum Beispiel nach einem Blutverlust (->weniger Volumen) oder einer Plasma-Infusion (->mehr Volumen) ergeben. Auf einen dementsprechenden Reiz hin wird wiederum der Hypothalamus aktiviert, welcher das Durstempfinden und die ADH-Ausschüttung anpasst.

Eine erhöhte ADH-Ausschüttung schränkt die Urin-Ausscheidung ein, was bei zu geringem Blutvolumen sinnvoll ist. Gleichzeitig sorgt der Hypothalamus in einem solchen Fall für ein erhöhtes Durstempfinden. In der Summe steht dem Körper also vermehrt Flüssigkeit zur Verfügung, welche zur Blutvolumenregulierung genutzt werden kann.

Bei erhöhtem Blutvolumen sorgt der Hypothalamus für eingeschränkte ADH-Ausschüttung (->erhöhte Urin-Ausscheidung) und geringeren Durst. In der Folge verliert der Körper insgesamt Flüssigkeit. Das innere Gleichgewicht kann hier wieder hergestellt werden, wenn überschüssige Blutflüssigkeit an den Rest des Körpers abgegeben wird. Gleichzeitig nimmt das Blutvolumen ab und der Hypothalamus normalisiert die ADH-Ausschüttung wieder.¹⁰

4.2.2. Renin-Angiotensin-Aldosteron-System

Dieses Regulationssystem beruht auf der Abhängigkeit vom Volumen der extrazellulären Flüssigkeit und deren Na+-Konzentration (Na+- Osmolarität).

Sinkt beispielsweise die Na+-Konzentration im Blutplasma, so verlagert sich die nicht mehr zu bindende Flüssigkeit in osmotischere Bereiche, so dass Blutvolumen bzw. Blutdruck sinken. In einem solchen Fall wird Renin freigesetzt und in der Folge Angiotensin II gebildet. Angiotensin II steigert zunächst das Durstempfinden und stimuliert außerdem die Freisetzung von Aldosteron.

Aldosteron wiederum vermindert die renale Natrium- und Wasserausscheidung. Es wird jedoch in der Relation noch mehr Wasser als Natrium ausgeschieden, was einen Anstieg der Natrium- Konzentration im extrazellulären Bereich zur Folge hat. Bei ausreichender Flüssigkeitsaufnahme (welche durch die Angiotensin II- Bildung stimuliert wurde) steigt nun auch das extrazelluäre Volumen wieder an (Das zusätzlich aufgenommene Wasser kann durch das überschüssige Natrium gebunden werden.). Als Folgeerscheinung steigt auch das Blutvolumen bzw. der Blutdruck wieder an.

Bei vorliegendem Bluthochdruck bzw. bei Vorhofdehnung wird Atriopeptin (ANF) freigesetzt, welches den gegenteiligen Effekt nach sich zieht.

4.3. Isoionie-Kontrolle

Im Sinne eines Ladungsgleichgewichtes¹¹ in den Flüssigkeitsräumen des Körpers, gilt es, das Verhältnis der Ione zueinander konstant zu halten. Dies geschieht per Isoionie-Kontrolle.

4.3.1. Natrium & Chlorid

Diese Ione werden dem Körper hauptsächlich in Form von Kochsalz zugeführt. Die ideale Konzentration liegt bei einem Maximum von ca. 0,1g pro kg Körpergewicht (Schweiß enthält ca. 0,1 - 0,4 % NaCl). Eine besondere Bedeutung kommt NatriumChlorid in der Beeinflussung des Volumens der extrazellulären Flüssigkeit zu (siehe Renin-Angiotensin- Aldosteron-System).

4.3.2. Kalium

Kalium ist insbesondere für die intrazelluläre Osmolarität wichtig. Geregelt wird der Kalium-Haushalt von der Natrium- und Kalium- ATPase.

4.3.3. Kalzium & Phosphat

Die Konzentration der Kalzium-Ionen in der extrazellulären Flüssigkeit ist vor allem bedeutend für die Erregbarkeit von Neuronen und Muskelzellen. Somit kommt Kalzium und Phosphat eine wichtige Bedeutung im Bereich der Motorik bzw. der sportlichen Reizafferenz und -efferenz zu.

Die Homöostase in diesem Bereich wird über das Parathormon sowie über Kalizitriol und Kalzitonin geregelt, worauf in dieser Arbeit nicht näher eingegangen werden kann und soll.

4.3.4. Magnesium

Die Magnesium-Ionen (Mg²+) dämpfen die neuromuskuläre Erregbarkeit, sind also quasi der Gegenspieler zum Kalzium. Auch hier ist Kalzitonin der verantwortliche Faktor, um das Gleichgewicht zu erhalten bzw. wiederherzustellen.

5. Störungen der Haushalte

Im Normalfall sorgen die genannten Regulationsmechanismen für eine baldige Wiederherstellung des Gleichgewichtes im Wasser- bzw. Salzhaushalt. Problematisch wird es, wenn diese Regulationssysteme ausfallen. Mögliche Konsequenzen sollen im Folgenden angerissen werden:

5.1. Wasser

Störungen des Wasserhaushaltes¹² können bis zum Tod führen. Die körperliche/sportliche sowie geistige Leistungsfähigkeit wird aber schon deutlich früher eingeschränkt.

Vornehmlich das übermäßige Verdunsten von Körperflüssigkeit tritt im Sport in den Vordergrund. Diese Dehydration spielt aufgrund des beim Sporttreiben üblichen Schwitzens eine deutlich größere Rolle in diesem Bereich, als andere Störungen des Wasserhaushaltes. Zu nennen wäre hier zum Beispiel die Hyperhydration, also ein Wasserüberschuß bzw. eine Wasservolumenzunahme.

Bei Dehydrationsvorgängen hängt es stark von der extrazellulären Osmolarität ab, ob die Störungen sich auch auf den Intrazellularraum (= Gewebe- und Blutzellen) auswirken.

5.1.1. Hyperosmolare Dehydratation

Bei reduzierter Wasseraufnahme, osmotischer Diurese und beim Schwitzen (körperliche Arbeit, Fieber) kommt es zu einem Wasserverlust bzw, Wassermangel. Dieser wird als hyperosmolare Dehydratation bezeichnet. Es steigt die extrazelluläre Osmolarität an, da das Extrazellularvolumen sinkt (Mehr NaCl pro Liter Zellwasser!). Diese Osmose führt zu einem Wasser-Entzug aus dem Intrazellularraum. Somit sind beide Flüssigkeitsräume eingeschränkt. Eine solche Situation hat - je nach Grad des Wasserverlustes - unterschiedliche Folgen:

Ab ca. 20% Wasserverlust setzen das sogenannte Durstfieber sowie Unruhe und Verwirrtheit ein. Koma- und Kollaps-Gefahr besteht. Ab ca. 40% Wasserverlust tritt der Tod ein.

5.1.2. Hypoosmolare Dehydratation

Bei dieser Natrium-Mangel-Situation sinkt die extrazelluläre Osmolarität, da die Wassermenge konstant geblieben ist. Durch den somit entstandenen Ladungsunterschied zwischen extra- und intrazellulärem Raum verlagert sich das Wasser mehr in die - osmotischeren - Zellen. Das Extrazellularvolumen reduziert sich also, während das Intrazellularvolumen nach einer Weile wieder den normalen Bereich erreicht. Überschüssiges Wasser, welches nicht durch Salze gebunden werden kann, wird ausgeschieden.

Die übrigen Hydrations- und Osmolaritätsstörungen sollen hier - aufgrund mangelnder sportwissenschaftlicher Relevanz - nicht mehr berücksichtigt werden. Stattdessen soll abschliessend ein kurzer Blick auf die Relevanz der bisherigen Abhandlung für die sportliche Praxis geworfen werden:

6. Praxisbezug

Wie bereits eingangs erläutert, spielt der Salz-Wasserhaushalt für den Sport schon alleine wegen des üblichen Schwitzens bei körperlicher Arbeit eine Rolle.

Hierzu ist anzumerken, dass beim Schwitzen in der Relation mehr Wasser verloren geht, als Kochsalz-Ionen.¹³ Die zurückbleibenden Elektrolyte sind in ihrem jeweiligen Flüssigkeitsraum demnach beim Schwitzen zunehmend konzentriert. Dies bedeutet eine erhöhte Osmolarität.

Somit ist beim Sport die Wasserzufuhr wichtiger, als die Elektrolyt- Zufuhr.

Obwohl die Wasserzufuhr während körperlicher Aktivität nicht immer praktisch ist, so ist sie doch zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit ebenso wichtig, wie das Schwitzen:

Bei schwerer Muskelarbeit stellt das Schwitzen den wichtigsten Regulationsmechanismus für den Erhalt einer weitgehend konstanten Körperkerntemperatur dar. Die Wärme wird hier durch Verdampfen des Schweißes abgegeben.

Ein 60kg schwerer Mann läuft zum Beispiel konstant mit 18 km/h. Um sein Temperaturgleichgewicht zu erhalten, muß er ca. 900 Kcal pro Stunde über die Körperoberfläche abgeben. Dies würde ca. 1,5l Wasser pro Stunde entsprechen. Allerdings verdunstet Schweiß nur zu ca. 40%. Demnach beträgt der bei dieser Menge Schweiß erzielte Hitzeverlust nur ca. 330 Kcal/Std., was eine Erhöhung der Körperkerntemperatur zur Folge hat.¹⁴

Bei hohen Temperaturen erreicht das Herz schon im niedrigen Belastungsbereich maximale Schlagzahlen. Kommt nun auch noch zusätzlich eine Dehydration durch das Schwitzen hinzu, steigt die Blutviskosität (Blutzähigkeit) an. Die gesamte Herz-Kreislauf-Tätigkeit wird erschwert. Um das zähe Blut pumpen zu können, sinkt das HerzSchlag-Volumen, bei gleichbleibender Nachfrage bezüglich des HerzMinuten-Volumens. Demnach erhöht sich die Schlagzahl weiter, bei erschwerter Atmungstätigkeit und Stoffwechsel.

In diesem Zustand sind keine optimalen Leistungen zu erwarten.

Gesteigert wird diese Misere zusätzlich bei hohen Außentemperaturen. Dies gilt allerdings nicht für kurze Maximalbelastungen: Hier bleibt die maximale Sauerstoffaufnahme als Hauptkriterium organischer Leistungsfähigkeit gleich.

Problematisch wird eine erhöhte Aussentemperatur dagegen im Ausdauerbereich. Zum einen spielen hier die bereits genannten Gründe eine Rolle. Des weiteren muß zur Thermoregulation die Haut stärker als üblich durchblutet werden, um das Schwitzen zu ermöglichen. Diese verstärkte Hautdurchblutung funktioniert nur auf Kosten der Muskulaturdurchblutung. Dies wirkt aufgrund der somit sinkenden Sauerstoffversorgung leistungshemmend.¹⁵

Bei Belastungen unter erhöhter Außentemperatur gelten als Folgeerscheinungen für die Wasser-Verluste:

1. Bei einem Defizit von 2% des Körpergewichtes (z.B. 1,5l bei 70kg): Durst, Mattigkeit.
2. Bei einem Defizit von 6% (4l bei 70kg): Durst, Schwäche, Krämpfe, Blutdruckabfall, Reizbarkeit, ...
3. Ab einem Wasserdefizit von 6% (>5l bei 70kg): Symptome wie 1. & 2. Sowie akute Kollapsgefahr.¹⁶

Prophylaktisch ist hier eine intervallmäßige Wasseraufnahme von ca. 250ml lauwarmer Flüssigkeit pro 15 Minuten zu empfehlen. Ein Salzgehalt von bis zu 0,3% sollte hier aus oben genannten Gründen nicht überschritten - aber zwecks Bindung der Flüssigkeit im Körper dennoch angestrebt - werden.¹⁷ Auch weitere Elektrolyte und Vitamine dürfen dem Getränk beigemischt werden.

Bei Beachtung dieser Empfehlung steht einer gesundheitsfreundlichen Ausübung von Ausdauersportarten nicht mehr viel im Wege.

7. Literaturangaben

1. Clasing, D., Siegfried, I. (Hrsg.): Sportärztliche Untersuchung und Beratung. 2. Auflage, Perimed Fachbuch-Verlagsgesellschaft, Erlangen 1990
2. De Mareés, H., Mester, J.: Sportphysiologie II. 2. Auflage, Diesterweg Verlag, Frankfurt/Berlin/München 1990
3. De Mareés, H., Mester, J.: Sportphysiologie III. 2. Auflage,
Diesterweg Verlag, Frankfurt/Berlin/München 1991
4. Hollmann W. (Hrsg.): Zentrale Themen der Sportmedizin. 3 Auflage, Springer Verlag Berlin/Heidelberg/New York 1986
5. Hollmann, W., Hettinger, Th.: Sportmedizin - Arbeits-, trainings- und präventivmedizinische Grundlagen. 4. Auflage, Schattauer Verlag, Stuttgart 1999
6. Thews, G.: Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie des Menschen. 5. Auflage, Stuttgart 1999
7. Weinek, J.: Sportbiologie. 6. Auflage, Spitta Verlag, Balingen 1998

[...]

---

¹ Hollmann, Wildor / Hettinger, Th., 1999. S. 80

² ebd. S. 81

³ Thews, Gerhard, 1990. S, 443

⁴ bzw. „intravaskulär“ bei Hollmann/Hettinger, 1999

⁵ Thews, Gerhard, 1990 S. 444

⁶ ebd. S. 443

⁷ ebd. S. 445

⁸ ebd. S. 446

⁹ ebd. S. 446-447

¹⁰ ebd. S. 447-448

¹¹ ebd. S. 448

¹² ebd. S. 449-450

¹³ Hollmann/Hettinger, 1990. S. 81

¹⁴ Hollmann, 1986. S. 156

¹⁵ ebd. S. 159 f.

¹⁶ Hollmann/Hettinger, 1990. S. 482

¹⁷ Hollmann, 1986. S. 161 f.