In kristallin gebundener Form kennen wir Natrium als Kochsalz oder Natriumchlorid.
So, gepaart mit Chlorid, kommt das Alkalimetall in großen Mengen in der Natur vor, wobei das Meerwasser das größte Reservoir darstellt.
An der Luft fängt Natrium sofort an zu brennen, weswegen das reine Metall nur in Öl aufbewahrt werden kann. Das Metall ist auch bei Raumtemperatur so weich, dass man es mit dem Messer in Stücke schneiden kann. Die technischen Anwendungen sind vielfältig.
Gut isoliert ist das Metall ein hervorragender elektrischer Leiter. Daneben dient Natrium als Katalysator, Kühl- und Trocknungsmittel sowie in Leuchtmitteln. Im Körper ist gelöstes Natrium neben Chlorid das Elektrolyt mit der höchsten Konzentration. Nerven- und Muskelfunktionen sowie die Flüssigkeitsverteilung im Organismus sind im hohen Maße von Natrium abhängig.
Natrium (abgekürzt „ Na“) hat die Ordnungszahl 19. Das Natrium-Atom ist einwertig, das heißt, es kann ein Elektron an einen nicht-metallischen Reaktions-Partner abgeben.
Bei dieser Redox-Reaktion wird Natrium oxidiert und das Nicht-Metall reduziert. Das Element gehört zu den unedlen Metallen, die leicht und schnell auf diese Weise reagieren. Wegen seiner hohen Reaktivität kommt Natrium nicht als Rein-Substanz vor, sondern nur in Verbindung mit anderen Elementen.
Eigenschaften und Vorkommen im Organismus
Nun wollen wir etwas mehr in die Einzelheiten gehen. Das ist etwas kompliziert, sodass alle, die nur an allgemeinen Informationen interessiert sind, im Absatz „Störungen des Natrium- und des Wasserhaushaltes“ weiter lesen können.
An der Luft würde elementares Natrium schnell oxidieren, in Wasser käme es zu einer explosionsartigen Reaktion mit dem Wasser, wobei Natriumhydroxid entsteht. In den mineralischen Verbindungen des Erdmantels liegt das Metall in ionischer, positiv geladener Form (Kation) vor, immer begleitet von negativ geladenen Ionen (Anionen). Nach außen gleichen sich die Ladungen aus, sodass uns ein Mineral in elektrisch neutraler Form gegenübertritt.
In wässriger Lösung trennen sich die Ionen (Dissoziation), die dann als Natrium-Ionen (Na+-Kationen) und, je nach Mineral verschiedene, Anionen im Wasser frei umher diffundieren. Die Anionen des Natriums im tierischen und menschlichem Körper stammen zu zwei Dritteln aus dem Kochsalz (NaCl), dessen Anion Chlorid (Cl-) ist. Ein weiteres Drittel des Natriums kommt aus Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3), das in Lösung dann Hydrogencarbonat-Anionen (HCO3-) freisetzt.
Natrium ist ein im Erdmantel sehr häufiges Element, weswegen in den Ozeanen eine große Menge an Natrium-Ionen vorhanden ist. Da das Leben im Meer entstanden ist, enthalten alle Lebewesen auch Natrium-Salze, wie auch andere in den Ozeanen gelöste Mineralien.
Beim Verdampfen des Meerwassers bleibt dann ein fester Gegenstand zurück, der sich überwiegend als Natriumchlorid entpuppt, auch Tafelsalz genannt. Natrium-Ionen sind darüber hinaus auch Komponenten für eine Reihe von Mineralverbindungen wie beispielsweise Natron.
Die gute Wasserlöslichkeit der Natriummineralien ist der Grund dafür, dass das Alkalimetall in den Ozeanen in höheren Konzentrationen vorkommt als an Land. Regenfälle und Gletscherschmelzen spülen Natriumsalze aus dem Gestein aus, leiten sie in die Flüsse und schließlich ins Meer.
Nun vermutet man, dass die hohe biologische Notwendigkeit von Natrium auf der einen Seite und das an Land geringere Vorkommen auf der anderen Seite der Grund dafür ist, dass besonders pflanzenfressende Landtiere einen speziellen Geschmacksrezeptor für das Natrium-Ion entwickelt haben. Dieser Rezeptor hilft ihnen, die raren Natriumquellen ausfindig zu machen.
Natrium ist ein essenzielles Element allen Lebens für Tiere und Menschen und in eingeschränktem Maße auch für Pflanzen. Als Kation ist das Alkalimetall im Wirbeltierstoffwechsel einer der wichtigsten Bestandteile unter den Elektrolyten. Natrium ist wichtig für die Aufrechterhaltung der osmotischen Gleichgewichte zwischen den Zellen und den extrazellulären Räumen.
In dieser „Homöostase“ spielt das Metall die Hauptrolle. Die Verteilung des Natriums in den Zellen und extrazellulären Komponenten bestimmt auch den Wassergehalt der unterschiedlichen Volumina. Daher ist der Wasserhaushalt von dem Mineral und dessen Regulation im Körpers abhängig.
Die Bedeutung von Natrium im Wirbeltier (einschließlich des Menschen)
1 Kilogramm menschlicher Körpermasse enthält 1,4 Gramm Natrium. Die Hälfte der Natriums im Menschen befindet sich in der Knochen-Substanz. Das Alkalimetall ist im Körper der Wirbeltiere und des Menschen das Kation mit der höchsten Konzentration in den extrazellulären Räumen. Dies sind das Interstitium (Gewebsflüssigkeit), die Lymphe, das Blut sowie der Liquor cerebrospinalis (Nervenwasser) der Gehirn-Ventrikel und des Zentral-Kanals im Rückenmark. Innerhalb der Zellen, dem Intrazellular-Raum, ist Natrium niedrig, Kalium dagegen in höher konzentriert.
Auf der Zellebene erzeugt das Konzentrations-Gefälle von Natrium (und auch Kalium) eine elektrische Spannung zwischen Extra- und Interzellularraum. Dieses Membran-Potenzial von – 70 Millivolt ist eine Eigenschaft aller Zellen. Dabei ist das Zellinnere negativ und der Zellaußenraum positiv geladen. Aufrechterhalten wird diese bioelektrische Spannung durch die Natrium-Kalium-Pumpe (Na+/K+-ATPase). Das Protein liegt in der Zellmembran und befördert Natrium aus der Zelle heraus und lässt im Gegenzug Kalium einströmen.
Weil diese Ionen-Pumpe gegen ein Konzentrations-Gefälle arbeitet und eine Spannung aufbaut, verbraucht der Vorgang Stoffwechsel-Energie. Die Kraft liefert die Hydrolyse (Spaltung) der „Energie-Währung“ ATP.
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Die Bedeutung von Natrium für das Aktionspotential der Nervenzelle
Bei der Weiterleitung von Nerven-Impulsen kehrt sich dieses Spannungs-Verhältnis um (Depolarisation). Dabei öffnen sich die membranständigen Natrium-Kanäle, wodurch Natrium mit dem Gefälle („bergab“) in die Zelle einströmt. Gleichzeitig strömt Kalium durch geöffneten Kalium-Kanäle nach Außen. Dadurch steigt das Membranpotential während des Aktionspotentials auf + 30 mV. Auf diese Weise kommt ein Signal zustande, das zu anderen Nervenzellen weitergeleitet wird.
Die Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen untereinander und zu Effektororganen sind die Synapsen. Dort sind Rezeptoren lokalisiert, die durch einen Neurotransmitter aktiviert werden. Diese Aktivierung bewirkt wiederum eine Öffnung der Natriumkanäle in der signalempfangenden („postsynaptischen“) Zelle lösen auf die gleiche Weise ein Aktionspotential aus. So pflanzt sich die Depolarisation von einem Axon zum nächsten fort.
Schließen sich die Ionen-Kanäle, stellt sich durch die Arbeit der Natrium-Kalium-Pumpe wieder das Ruhepotential ein. Die Nervenzelle ist dann bereit, neue Impulse zu empfangen und weiterzuleiten.
Ohne Natrium wäre die neuronale Kommunikation und die Erregung der Muskeln, einschließlich des Herzen nicht denkbar.
Der Wasserhaushalt der Zellen und des Körpers
Wasser kann die Zellmembran leicht durchdringen, während die großen Kationen und Anionen der Salze nur durch spezielle Ionenkanäle hinübertreten können. Deswegen steuert die Zelle ihren Wasserhaushalt über die Verteilung der Ionen, besonders vermittels der Natrium-Konzentration.
Natrium ist ein essenzieller Mineralstoff, mit dem der Körper den Blutdruck und das Blutvolumen reguliert. Es sorgt für die optimale Balance von Körperflüssigkeiten und ist an der Herstellung des Säure-Basen-Gleichgewichtes beteiligt. Die minimale benötigte tägliche Menge liegt bei nur 500 Milligramm. Aber aufgrund von möglichen Verlusten durch Schwitzen usw. werden im Allgemeinen 1500 Milligramm empfohlen. Das entspricht etwa einem zu zwei Dritteln gefüllter Esslöffel.
Die Natriumkonzentrationen im Blut spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Natrium- und Flüssigkeits-Homöostase. Daran sind mehrere Hormone sowie der Durst-Mechanismus beteiligt.
Sinkt die Natrium-Konzentration im Blut oder der Blutdruck in den Nieren, wird dort das enzymatisch wirkende Hormon Renin ausgeschüttet. Das Protein spaltet Angiotensinogen in Angiotensin I, das dann in Angiotensin II umgewandelt wird. Angiotensin II löst die Sezernierung von Aldosteron aus. Dieses Hormon drosselt die Ausscheidung von Wasser und Natrium über die Nieren.
Daneben bewirkt Angiotensin II die Produktion des antidiuretischen Hormons (ADH), das die Wasserausleitung zusätzlich verringert. Auf diese Weise kommt es zu einer Erhöhung des Flüssigkeits-Volumens im Körper. Steigt dieser Wassergehalt an, registrieren Rezeptoren im Herz und in den Blutgefäßen eine Zunahme des Drucks und der Wandspannung der Gefäße.
Dieser Reiz induziert die Produktion des atrialen natriuretischen Peptids, das größtenteils von den Muskelzellen des Vorhofs des Herzens sezerniert wird. Dieses Hormon nun bewirkt eine erhöhte Ausscheidung von Natrium und Chlorid über den Harn.
Dies wiederum verursacht eine intensivierte Ausscheidung von Wasser, das dem Salzrein physikalisch folgt. Wie alle hormonellen Systeme ist auch der Wasser- und Salz- und mithin der Natrium-Haushalt von Rückkopplungs-Mechanismen geprägt. Auf diese Weise ist eine optimale Balance des Natrium- und Wassergehaltes im Körper gewährleistet.
Störungen des Natrium- und des Wasserhaushaltes
In der Medizin hat die Natrium-Konzentration diagnostische Bedeutung bei der Erkennung von homöostatischen Entgleisungen des Salz-Natrium-Wassergleichgewichts.
Trotz der physiologischen Mechanismen zur Homöostase des Mineral- und Wassergehaltes kann es unter bestimmten Bedingungen zu einem Natrium-Mangel kommen. Diese Hyponatriämie kann bei Fehl- und Mangelernährung vorkommen, aber auch durch starkes Schwitzen, Durchfall und Verbrennungen mit großflächigem Hautverlust. Öfter sind es aber verschiedene Erkrankungen, die das Gleichgewicht der Elektrolyte stören.
Dazu gehören Nierenerkrankungen und Diabetes, bei dem durch Überzuckerungen Wasser aus den Zellen austritt und das Blut und andere Kompartimente verdünnt. Erkrankungen des hormonellen Systems können ebenfalls dazu führen, dass die Balance aus dem Gleichgewicht gerät. Produziert der Hypothalamus unkontrolliert ADH, wird zu wenig Wasser ausgeschieden und die Natrium-Konzentration sinkt.
Auch bei Leberzirrhose und Herzinsuffizienz kann es zur Hyponatriämie kommen. Daneben führt eine Reihe von Krebserkrankungen besonders der Bauchspeicheldrüse und Lunge sowie Hirnhautentzündungen und Hirndurchblutungsstörungen einschließlich Schlaganfällen zum Natrium-Mangel. Grund ist in diesen Fällen meist eine verstärkte Ödem-Bildung, wodurch ein Verdünnungs-Effekt eintritt. Auch einige Medikamente können eine Hyponatriämie auslösen.
Eine Hyponatriämie führt zunächst zu Übelkeit und Kopfschmerzen, zu denen bei einer Verschärfung des Missstands Bewusstseinsstörungen bis zur Bewusstlosigkeit hinzukommen können. Zudem besteht die Gefahr von Krampfanfällen. Der Arzt erkennt den Natrium-Mangel durch Analysen von Blut und Urin und kann Sofortmaßnahmen wie Infusionen einleiten. In weiteren Untersuchungen sowie einer Anamnese muss die Ursache der Beschwerden gefunden werden.
Bei erhöhten Natrium-Werten liegt eine Hypernatriämie vor. Die häufigsten Ursachen sind ein zu hoher Verzehr von Natrium (Salz) und zu geringe Wasseraufnahme sowie Wasserlust durch Schwitzen, Fieber, Verbrennungen und Diabetes. Manchmal handelt es sich auch um eine gestörte Natrium-Ausscheidung, durch Erkrankungen der Nebennierenrinde ausgelöst werden, weil Aldosteron im Überschuss produziert wird.
Die Symptome der Hypernatriämie sind denen der Hyponatriämie ähnlich. Unterschieden werden können die beiden Störungen durch Unruhezustände und starken Durst, die bei Natrium-Überschuss typisch sind. Eine Blutuntersuchung offenbart die den zu hohen Werte. Auch hier müssen die Ursachen abgeklärt werden, um eine Therapie einzuleiten oder eine Verhaltensänderung beim Patienten zu erwirken. Oft reicht es schon aus, wenn der Kranke mehr trinkt und weniger Salz verzehrt. Manchmal sind auch Medikamente erforderlich, um den Hormon-Haushalt zu regulieren.
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Natrium und Kochsalz in der Ernährung
Das gebräuchlichste Natriumsalz ist Natriumchlorid oder Kochsalz. Es wird eingesetzt, um Speisen schmackhafter zu machen. In wärmeren Ländern wird es zur Konservierung von Nahrungsmitteln benutzt, denn der hohe osmotische Gehalt von Salz verhindert ein Wachstum von Bakterien und Pilzen. Wie schon weiter oben erwähnt, benötigt ein erwachsener Mensch selten mehr als 1,5 Gramm Salz pro Tag.
Das ist aber im Schnitt nur ein Zehntel dessen, was gesalzene Speisen beinhalten. Damit nehmen die meisten Leute deutlich mehr Salz auf, als der Organismus benötigt.
Ein erhöhter Kochsalz-Konsum wird im Zusammenhang mit Bluthochdruck diskutiert, da eine Zunahme an Natrium im Blut zu einer Zunahme an Wasser und damit einer Druckerhöhung führt, wie weiter oben schon beschrieben. Von daher ist eine Reduktion der Salzaufnahme bei einem bestehenden Bluthochdruck eine der ersten Maßnahmen der Blutdruckkontrolle.
Natrium in der Botanik
C4 und CAM-Pflanzen sind im Wesentlichen die einzigen Pflanzen, für die Natrium eine gewisse Rolle spielt. Bei C4 Pflanzen C4-Pflanzen handelt es sich um Pflanzen, die im Stoffwechsel das CO2 der Luft in ein Fixierungsprodukt einbauen, das 4 Kohlenstoffatome aufweist. Bei den, C3-Pflanzen der Mehrheit der Pflanzen, besteht das Fixierungsprodukt aus 3 Kohlenstoffatomen.
Bei CAM (Crassulacean Acid Metabolism) Pflanzen ist die Aufnahme und Fixierung des Kohlenstoffdioxids zeitlich voneinander getrennt. C3 und C4 Pflanze nehmen und fixieren den Kohlenstoffdioxid am Tag. CAM Pflanzen nehmen das CO2 in der Nacht auf und speichern es in Form von Apfelsäure in deren Zellvakuolen. So gibt es einige C4- und CAM-Pflanzen, die zumeist standortbedingt die Natriumaufnahme in einen Vorteil umwandeln.
Diese Pflanzen werden Halophyten genannt. Sie sind häufiger in Küstengebieten zu finden oder Gebieten, die eine erhöhte Natriumkonzentration im Boden aufweisen. Kohl und Zuckerrüben sind Beispiele hierfür. Darüber hinaus gibt es einige C4-Gräser, die auch eine recht hohe Salztoleranz aufweisen.
Bei diesen Pflanzen wird das Natrium in die hier sehr großen Vakuolen der Blattzellen transportiert. Hier wirkt es als osmotisches Ion und bewirkt eine Aufrechterhaltung des Turgors der Zellen. In dieser Eigenschaft ersetzt es Kalium, das diese Aufgabe bei den C3-Pflanzen einnimmt. Zugleich wirkt Natrium bei diesen Pflanzen zusätzlich wachstumsfördernd.
Diese Form der Natriumverwertung ist daher eher als Ausnahme zu sehen. Dies heißt für Pflanzenfresser, die die natriumarmen bzw. -freien Pflanzen verzehren, dass sie auf andere natürliche Salzvorkommen angewiesen sind, um ihren Natriumbedarf zu decken.
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