In diesem Beitrag gehe ich auf das Kalium ein: Was macht es und in welchen Lebensmitteln ist es?
Und welche Bedeutung hat Kalium in Bezug auf Supplementierung, Kombination mit Diuretika, Hyperkaliämie, Filtration, Ausscheidung?
Beim Kalium handelt es sich um ein chemisches Element, dessen Symbol der Buchstabe „K“ ist. Im Englischen wird die Substanz „potassium“ genannt.
Kalium ist ein Alkalimetall und damit dem Natrium in seinen Eigenschaften sehr ähnlich. In reiner Form reagiert das Element sofort und schnell an der Luft zu Oxiden. Deswegen wird das schiere Metall in Petroleum aufbewahrt. Der größte Teil des industriell gewonnen Kaliums wird zu Pflanzendünger verarbeitet.
Daneben dienen Kaliumsalze zur Herstellung von Gläsern und Seife. Im Körper ist Kalium ein wichtiges Elektrolyt, das für die Nerven- und Muskelfunktionen unentbehrlich ist.
Das einwertige Atom vom Kalium hat die Ordnungszahl 19 und kann ein Elektron an einen elektronegativeren Partner abgeben.
Diese Redox-Raeaktion ist exotherm, setzt also Energie frei und vollzieht sich daher leicht. Das hochreaktive Kalium kommt deswegen in der Natur nur in Gestalt mineralischer Verbindungen vor.
Eigenschaften und Vorkommen im Organismus
In den kristallinen Mineralien liegt Kalium als positiv geladenes Ion (Kation K+) vor, immer gepaart mit den negativen Anionen. Dies sind bei den in der Erdrinde vorkommenden Kalium-Mineralen zumeist Cholrid, Sulfat und Silikat. In wässriger Lösung dissoziieren die Salze in ihre Kationen und Anionen.
Kalium zählt zu den essenziellen Mineralstoffen, denn Mineralstoffe sind anorganischer Natur und können somit nicht vom Organismus selbst geschaffen werden. Aber ohne dieses Metall kann der Organismus nicht existieren. Daher liegt der tägliche Bedarf bei ca. 2 g.
Die Hauptaufgabe von Kalium im Organismus liegt in der Beeinflussung der Reizleitung des Nervensystems. Hier reguliert es im Zusammenspiel mit Natrium das Membranpotential der Nervenzellen. Daneben ist das Alaklimetall erforderlich für die Steuerung des Zellwachstums, die Gesunderhaltung des Gefäß-Endothels, die Einstellung des Blutdrucks und des Säure-Basen-Gleichgewichtes sowie für die Regulation einiger Hormone sowie die für die Proteinsynthese.
Die Kalium-Konzentrationen in der Zelle sind fast 40-mal höher als die extrazellulären Konzentrationen. Beim Natrium verhält es sich genau umgekehrt. Dessen intrazelluläre Konzentration macht etwa den 15ten Teil seiner extrazellulären Konzentration aus.
Falls Ihnen das bekannt vorkommt: Das hatten Sie schon mal in der Schule. Das Ganze nennt sich Kalium-Natrium-Pumpe. Aber bevor Sie jetzt abwinken… – an dieser Pumpe hängt unser Leben (und ich meine nicht das Herz)…
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Die Natrium-Kalium-Pumpe
Jetzt wird es leider etwas “chemischer”.Wer es nicht so genau wissen möchte, kann im Absatz „Kalium und Ernährung“ weiter lesen.
Da die Konzentrationsunterschiede immer das Bestreben haben, sich durch Diffusion auszugleichen, gibt es eine „Pumpe“ innerhalb der Zellmembran, die Na/K-ATPase, die diese Unterschiede aufrecht erhält. Diese Pumpe verbraucht als „Benzin“ ATP und pumpt 3 Ionen Natrium aus der Zelle raus und 2 Ionen Kalium in die Zelle hinein.
Dies erzeugt ein elektrochemisches Potential auf der Zellmembran. Denn durch die Ungleichverteilung der Ladungen über Zellmembran hinweg entsteht eine elektrische Spannung von – 70 Millivolt, wobei der Zellinnenraum negativ geladen ist. Dieses Membran-Potenzial ist allen Zellen zu eigen.
Bei Nervenzellen spricht man vom „Ruhe-Potenzial“, das sich während der Reizbildung umkehrt (Depolarisation). Die Spannung im Zellinneren steigt dabei auf + 30 Millivolt an. Dabei strömt Natrium in die Zelle hinein, weil sich die Natrium-Kanäle öffnen. Auch diese Proteine sind in die Zellmembran eingebettet, genauso wie die Kalium-Kanäle.
Auf die Depolarisation folgt die Hyperpolarisation, bei der das Membranpotential kurzzeitig auf – 100 Millivolt abfällt. Dies geschieht durch den Austritt von Kalium durch die Kalium-Kanäle aus der Zelle heraus.
Die Hyperpolarisation tritt regelmäßig nach erfolgten Aktionspotentialen auf und soll die Aktivierung der Natrium-Kanäle beschleunigen. Nur für kurze Zeit nach dem Aktionspotential verharren die Natrium-Kanäle trotzdem in passivem Zustand (Refraktärzeit).
Dies verhindert das Entstehen weitere Aktionspotenziale und stellt sicher, die sich keine störenden Überlagerungen ergeben. Zudem bewirkt die eine Millisekunde dauernde Refraktärzeit, dass nur ein Aktionspotential in nur eine Richtung verläuft.
Die Refraktärzeit schützt die Zelle vor einer Reizüberflutung und damit vor einem „Reizchaos“, das eine sinnvolle Reizleitung verhindern würde.
Die Signalgebung durch Aktionspotentiale ist die Voraussetzung für Sinneswahrnehmung, Denken und Muskelsteuerung.
Weil Kalium an diesen Prozessen unabdingbar beteiligt ist, wäre die neurophysiologische Steuerung ohne das Alkalimetall nicht möglich.
Filtration und Ausscheidung
Kalium ist das bedeutendste Kation innerhalb der Zelle und ist als solches wichtig für die Aufrechterhaltung der Elektrolyt- und Flüssigkeitsbalance im Körper. Als gelöstes Mineral ist Kalium in den Körperflüssigkeiten osmotisch wirksam.
Die großen Kationen können die Membran als solche nicht durchdringen, im Gegensatz zu den kleinen Wasser-Molekülen. Weil die Konzentrationen zwischen Membranen nach Ausgleich streben, folgt Wasser der höheren Konzentration der Elektrolyte. Über diesen Mechanismus kann der Körper den Wassergehalt regulieren, indem Mineralien mithilfe spezieller Transport-Proteine über die Zellmembranen verschoben werden.
Die Passage der Kationen wie Kalium erfolgt dabei entweder passiv, also ohne Energie-Aufwand mit dem Konzentrations-Gefälle („bergab“). Oder der Transport erfordert Stoffwechsel-Energie, wenn er in Richtung zur höheren Konzenzantration bewerkstelligt wird („bergauf“).
Natrium ist das am höchsten konzentrierte Kation im Blutplasma mit ca. 3,345 g/l. Kalium ist das am höchsten konzentrierte Kation in der Zellflüssigkeit mit 4,8 g/l. Das Blutplasma wird durch die Glomeruli der Nieren in gewaltigen Mengen gefiltert, ca. 180 Liter am Tag. Hierbei durchströmen 602 g Natrium und 33 g Kalium die Nieren.
Da aber über die Nahrung bestenfalls 1 bis 10 g Natrium und 1 bis 4 g Kalium aufgenommen werden können, muss die Differenz reabsorbiert werden, oder aber es droht ein lebensbedrohlicher Natriummangel und Kaliummangel. Diese Rück-Resorption der Elektrolyte geschieht, wie die die Produktion des Primär-Harns auch, im Tubulussystem der Nephronen, der kleinsten funktionellen Einheit in den Nieren.
Der Endharn enthält nach der Rück-Resorption dann Elektrolyte nur in den Mengen, die der Körper gemäß des aktuellen Bedarfs nicht braucht. Dieses Gleichgewicht steuern die Mineralkortikoide, unter denen das Aldosteron eine zentrale Rolle einnimmt. Aldosteron erhöht die Reabsorption von Natrium und steigert die Ausscheidung von Kalium. Steigt die Kalium-Konzentration, drosselt der Körper die Sekretion des Hormons und umgekehrt.
Natrium muss dabei so weit reabsorbiert werden, dass das Blutvolumen genau gleich bleibt und der osmotische Druck optimal ist. Kalium muss so weit resorbiert werden, dass die Serumkonzentration erhalten bleibt, die bei 0,19 g/l liegt.
Natrium-Transporter in den Membranen der tubulären Zellen in den Nephronen arbeiten ohne Unterlass, um Natrium zu sparen und zu resorbieren. Kalium dagegen muss nur zeitweise gespart werden (da die übergroße Menge sich in den Zellen befindet und nicht im Blutserum).
In der Niere wird Kalium zweimal ausgeschieden, aber dreimal reabsorbiert bevor der Endurin ausgeschieden wird.
Zu diesem Zeitpunkt hat der Urin etwa die gleiche Kalium-Konzentration wie das Blutplasma.
Bei einer vollkommen kaliumfreien Ernährung würde immer noch eine minimale Nierenausscheidung von 200 mg pro Tag erhalten bleiben. Ein schnelles Abfallen des Kaliumspiegels ist damit nicht möglich.
Es würde relativ lange dauern, bis dass die Hälfte der Gesamtkapazität des Kaliums erreicht werden würde, was den Schwellenwert für eine letal niedrige Konzentration darstellt. Dies hängt ab von der Kalium-Ausscheidung durch Schwitzen und über den Darm.
Bei zu hohen Kaliumspiegeln werden statt zwei, drei Sekretionsdurchgänge seitens der Niere unternommen, um die überschüssigen Serumkonzentrationen herabzusetzen.
Kalium und Ernährung
Kalium in der Nahrung ist lebensnotwendig. Von daher ist es wichtig, die richtigen Nahrungsmittel einzunehmen, um optimal mit dem Mineral versorgt zu werden.
In den meisten Fällen steht dem Organismus eher ein Überangebot an Kalium zur Verfügung. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass viele Lebensmittel Kalium beinhalten. Wissenschaftliche Studien konnten aufzeigen, dass der gemittelte Verzehr pro Tag in Deutschland bei rund dreieinhalb Gramm Kalium liegt. Vor allem pflanzliche Lebensmittel besitzen einen hohen Gehalt an Kalium.
Folgende Nahrungsmittel enthalten ausreichend hohe Kalium-Konzentrationen:
- Orangensaft (aber Achtung: Lesen Sie dazu auch meinen Beitrag “Orangensaft ohne Orange und Saft“)
- Kartoffeln,
- Bananen,
- Aprikosen,
- Dörrobst,
- Avocados,
- Tomaten,
- Sojabohnen (Soja – Warum ich das lieber nicht essen würde!)
- Broccoli,
- Knoblauch,
- Spinat,
- Fenchel,
- Pilze,
- Fleischbrühe,
- brauner Reis,
- Vollkorngetreide,
- etc.
Generell kann man sagen, dass Kalium prinzipiell in Früchten und Gemüsen in ausreichender Menge vorkommt.
Durch eine lange Lagerung der Lebensmittel in Wasser und auch durch den Garprozess in kochendem Wasser, geht ein Großteil des Kaliumgehaltes in den Lebensmitteln verloren. Dies sollte bei der Zubereitung beachtet werden, vor allem, wenn ein Kaliummangel vorliegt.
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Kalium und Blutdruck
Epidemiologische Studien und Laborstudien an Tieren haben gezeigt, dass die Entstehung eines Bluthochdrucks unter einer kaliumreichen Diät günstig beeinflusst werden kann.
Gleiches gilt möglicherweise auch für den Schlaganfall, jedoch über einen Mechanismus, der nicht von einem Bluthochdruck abhängig ist. Außerdem produzierte ein Kaliummangel in Verbindung mit einer inadäquaten Thiaminzufuhr (Vitamin B1) Herzerkrankungen sowie Kreislauferkrankungen bei Ratten.
Auf die Sache mit den Kalium-Blutwerten gehe ich ausführlich in einem anderen Beitrag ein, den Sie hier finden: Der Kalium-Blutwert, verständlich erklärt. Dort finden Sie auch die Symptome bei einem Kalium-Mangel.
Erkrankungen und Supplementierung in der Medizin
Schleifendiuretika und Thiazide sind Entwässerungsmedikamente, deren Hauptnebenwirkung die überdurchschnittlich hohe Ausschwemmung von Mineralien aus dem Körper ist, allen voran Natrium und Kalium. Für die Antagonisierung dieser Nebenwirkung gibt es natürlich in der Schulmedizin die entsprechende Kompensationsstrategie.
Kaliumsalze, wie Kaliumchlorid, können in Wasser gelöst und dann getrunken werden. Aber der überaus salzige Geschmack der konzentrierten Lösungen ist eine echte geschmackliche Herausforderung, sodass diese Alternative oft keine ist.
Die typischen Supplementierungsdosierungen liegen bei 400 mg, was einer Tasse Milch bzw. 170 g Orangensaft entspricht, bis hin zu 800 mg pro Gabe.
Das Kaliumsalz ist auch als Tablette oder als Kapsel erhältlich. Für therapeutische Zwecke ist die Galenik der Tabletten und Kapseln so gewählt, dass das enthaltene Kalium langsam aus der Ummantelung gelöst wird, da allzu hohe Kaliumkonzentrationen Zellen und Gewebe zerstören können (durch Verschiebung der osmotischen Verhältnisse). Dies würde dann mit einer zusätzlichen Beeinträchtigung und Schädigung des Gastrointestinaltrakts einhergehen.
Patienten mit Nierenleiden dagegen sollten keine hohen Mengen von Kalium bzw. kaliumreichen Nahrungsmitteln einnehmen. Patienten mit Nierenversagen, die Dialyse erhalten, müssen eine strenge kaliumarme Diät einhalten, da gesunde Nieren die Kaliumausscheidungen kontrollieren, bzw. bei einer Insuffizienz nicht mehr ausreichend kontrollieren.
Damit käme es bei einer kaliumreichen Kost zu einer Kumulation (Ansammlung) von Kalium im Serum, die zu einer Hyperkaliämie führt.
Hyperkaliämie
Eine Hyperkaliämie zeichnet sich durch unphysiologisch hohe Blut-Plasmakonzentrationen von Kalium aus. Diagnostisch lässt sich eine Hyperkaliämie durch Blutuntersuchungen bzw. Konzentrationsbestimmungen nachweisen.
Aber auch das EKG wird unter einer Hyperkaliämie deutlich verändert sein (hohe, spitze T-Welle, keine P-Welle, Verbreiterung des QRS-Komplexes usw.). Ein EKG ist allerdings nicht als Kontrolle des Kaliumspiegels geeignet, da es zu unspezifisch ist. Andererseits zeigt ein EKG die kardiologischen Folgeerscheinungen einer Hyperkaliämie, die sehr dramatisch ausfallen können.
Eine Hyperkaliämie kann die Folge einer zu hohen Aufnahme des Minerals sein. Häufiger als diese akute Störung ist der chronische Kalium-Überschuss, der meistens durch Nierenerkrankungen verursacht wird. Produziert die Nebennierenrinde zu wenig Aldosteron, wird weniger Kalium ausgeschieden, sodass die Konzentration steigt.
Eine Änderung des pH-Werts des Blutes bewirkt ebenso eine Veränderung der Kaliumkonzentrationen. Sinkt der pH-Wert um 0,1, so erhöht sich der Kaliumspiegel um 0,4 mmol/l. Sinkt der pH-Wert so weit ab, dass es zu einer Azidose kommt, dann tritt eine sogenannte Verteilungshyperkaliämie ein, bei der sich das intrazelluläre Kalium in den extrazellulären Raum bewegt.
Daneben können Blutkrankheiten zur Erhöhung der Kalium-Werte im Blut-Plasma führen. Auch bei Verbrennungen, Verletzungen oder bakteriellen und viralen Entzündungen kann die Konzentration des Minerals in den extrazellulären Volumina steigen.
Medikamente, die die Kaliumwerte erhöhen
Die Gründe für das Auftreten einer Hyperkaliämie sind die eben erwähnten Nierenleiden. Aber auch Medikamente, wie ACE-Hemmer, Zytostatika, Aldosteronantagonisten, hormonelle Kontrazeptiva etc. können den Kaliumspiegel erhöhen.
Symptome einer Hyperkaliämie
Eine Hyperkaliämie stört elektrophysiologische Prozesse, wodurch besonders die Muskel- und Herztätigkeit beeinträchtigt werden. Neben Lähmungserscheinungen kann es zu Herzrhythmusstörungen bis zum Herzstillstand kommen. In vielen Fällen ist Herz- oder Kreislaufversagen sogar das einzige Symptom.
Weitere Symptome können Durchfall, Schwächezustände oder Desorientiertheit sein.
Die amerikanische Justiz macht sich die Hyperkaliämie zu Nutze bei Hinrichtungen, die durch die Injektion einer hochkonzentrierten Kaliumchloridkonzentration vorgenommen werden. Die darauf hin folgende Lähmung des Herzmuskels führt zum Tode des Verurteilten.
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Therapie der Hyperkaliämie
Ziel der Behandlung ist die Ausscheidung des überschüssigen Kaliums sowie die Rückverlagerung des Minerals von den extrazellulären Räumen in die Zellen hinein. Manchmal kann dies durch Medikamente erzielt werden, oft ist allerdings eine Dialyse erforderlich.
Hypokaliämie
Bei einer Hypokaliämie liegt eine physiologisch zu niedrige Kaliumkonzentration im Blutserum vor. Leichte Hypokaliämien sind nicht besonders problematisch, mittelschwere und schwere dagegen könne lebensbedrohlich sein.
Ursachen für ein Auftreten einer Hypokaliämie können vielfältig aussehen. Der häufigste Grund ist eine mangelnde Zufuhr von Kalium über die Nahrungsmittel.
Eine solche Fehl- oder Mangelernährung kommt in Deutschland allerdings selten vor. Meistens ist ein Kaliumverlust durch verschiedene Faktoren die Ursache. Verliert der Körper zu viel Wasser, wird auch Kalium mit ausgeschieden. Dies kommt bei Erbrechen, Durchfällen und intensivem Schwitzen vor.
Der Verzehr von zu viel Natrium (Kochsalz) zwingt den Körper, mehr Urin zu produzieren, wodurch auch Kalium mit ausgeschwemmt wird.
Bestimmte Erkrankungen der Niere führen ebenfalls zur verstärkten Kalium-Ausscheidung. Oft sind es hormonelle Ungleichgewichte wie eine zu hohe Aldosteron-Sezernierung, die ein Kalium-Defizit zur Folge haben.
Wie schon weiter oben erwähnt, gibt es Medikamente, die exzessiv Kalium und Natrium über die Niere ausscheiden. Dies sind die Schleifendiuretika wie Furosemid und in gewissen Grenzen auch Thiazide. Abführmittel bewirken ebenfalls ein Ausschwemmen von Kalium. Bei einem Anstieg des pH-Werts kommt es, wie bei der Hyperkaliämie und dem Absinken des pH-Werts, zu einem Absinken der Kaliumkonzentrationen.
Eine Bariumvergiftung führt ebenso zu Hypokaliämien. Cola Soft-Drinks führen ebenfalls zu einem Kaliummangel, wenn von dem Getränk täglich 2 bis 3 l getrunken werden. Dies ist das Resultat einer im Mai 2009 veröffentlichten Studie. Die Inhaltsstoffe der Cola, die für den Mangel verantwortlich sind, sind Glukose, Fruktose und Koffein.
Ich selbst rühre keine Cola mehr an. Die Gründe dafür finden Sie in meinen Beiträgen:
- Cola, die brutale Wahrheit
- Diät Cola: Herzinfarkt und Schlaganfall
- Cola und seine dunklen Geheimnisse
Symptome der Hypokaliämie
Eine Hypokaliämie reduziert die neuromuskuläre Aktivität und kann Lähmungserscheinungen in der Muskulatur der Gliedmaßen und des Darmes hervorrufen. Es kommt zu Magen-Darm-Störungen wie Obstipation und Krämpfen sowie zu Schädigungen der Nieren, die dann übermäßig viel Wasser ausscheiden. Ein weiteres Kennzeichen des Kalium-Mangels ist trockene Haut.
Eine Verschärfung der Hypokaliämie macht sich dann auch auf die Herzfunktion bemerkbar.
Es treten Arrhythmien auf, die unter Digitalis und Katecholaminen verstärkt werden. Besonders bedrohlich ist das Kammerflimmern, das zum Herzstillstand führt und damit zum Tod.
Der Arzt erkennt die Hypokaliämie an den entsprechenden Werten im Blut und Urin. Zur Einschätzung der Gesamtlage wird er auch ein EKG veranlassen.
Therapie der Hypokaliämie
Der Kalium-Mangel kann ich leichten Fällen durch eine Ernährungsumstellung kompensiert werden. Gelegentlich ist eine orale Supplementierung mit Kalium-Chlorid erforderlich. Manchmal muss das Mineral auch mit Infusionen verabreicht werden.
Dabei muss der Arzt die Kalium-Werte kontrollieren, um eine Hyperkaliämie zu vermeiden.
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Quellen:
1 Folis, R.H. (1942). “Myocardial Necrosis in Rats on a Potassium Low Diet Prevented by Thiamine Deficiency”. Bull. Johns-Hopkins Hospital 71: 235.
2 V. Tsimihodimos, V. Kakaidi, M. Elisaf. Cola-induced hypokalaemia: pathophysiological mechanisms and clinical implications. International Journal of Clinical Practice. 63 (6), 900-902
