Natrium

Aufgaben im Körper

Aus dem Biologieunterricht wissen Sie, dass die Flüssigkeit zwischen den Zellen, also das extrazelluläre Medium, reich an Natrium- und Chlorid-Ionen ist. Das ist ein evolutionäres Erbe, unsere Vorfahren lebten im Meer, und dort gibt es nun mal viel Natrium- und Chlorid-Ionen. Diese ursprüngliche Kochsalz-Lösung haben die Tiere quasi mitgenommen, als sie an Land gingen.

Ein erwachsener Mensch besitzt ca. 80 g Natrium, von denen ca. 67% in gelöster Form als Na⁺ vorliegen, das andere Drittel existiert in Form fester Salze, vor allem in der Knochensubstanz ^[2].

Aktionspotenzial der Nervenzellen

Die Konzentration an Natrium-Ionen, c(Na⁺), beträgt in der extrazellulären Flüssigkeit ca. 140 mmol/l, im Zellplasma dagegen nur ca. 12 mmol/l. Es besteht also ein erheblicher Konzentrationsunterschied von außen nach innen. Wäre die Zellmembran nicht nahezu undurchlässig für Natrium-Ionen, würde recht schnell ein Konzentrationsausgleich durch Diffusion stattfinden.

Durch bestimmte Membranproteine können Na⁺-Ionen jedoch in die Zelle eindringen. Diese Proteine werden als Natriumkanäle bezeichnet. Wenn eine Nervenzelle erregt wird, öffnen sich Tausende dieser Natriumkanäle, und die Na⁺-Ionen strömen mit dem Konzentrationsgefälle in die Zelle.

Nun sind Na⁺-Ionen positiv geladen. Wenn plötzlich viele kleine positive Ladungen in die Zelle einströmen, verändert sich natürlich die Spannung, die an der Zellmembran herrscht. Im Ruhezustand einer Zelle kann man eine kleine Spannung von rund -70 mV messen (die Innenseite ist negativ geladen, die Außenseite der Zelle positiv). Diese Spannung wird als Ruhepotenzial bezeichnet.

Wenn sich aber bei einer Erregung die Natriumkanäle öffnen, strömen viele Na⁺-Ionen in die Zelle ein, und die Innenseite der Zelle wird positiv, während die Außenseite negativ wird. In diesem erregten Zustand kann man eine Membranspannung von +30 mV messen. Eine solche "Umpolung" der Zellmembran wird als Aktionspotenzial bezeichnet.

Dieses Aktionspotenzial wandert dann verlustfrei am Axon entlang bis zu den synaptischen Endknöpfchen, und dort werden dann Neurotransmitter ausgeschüttet, die die nächste Nervenzelle oder auch eine Muskel- oder Drüsenzelle erregen.

Weitere Aufgaben von Na⁺-Ionen

Natrium-Ionen haben aber auch noch ein paar andere Aufgaben außer der Informationsverarbeitung in unserem Nervensystem.

Muskelkontraktion

Wenn ein Aktionspotenzial an der motorischen Endplatte ankommt, also der Verbindungsstelle zwischen motorischem Nerv und einem Muskel, dann strömen Natrium-Ionen in die Muskelzellen ein und lösen dort eine Kontraktion (Zusammenziehen) des Muskels aus.

Osmotischer Druck, Blutdruck

Sie halten zum Beispiel den osmotischen Druck der extrazellulären Flüssigkeit aufrecht. Je höher die Na⁺-Konzentration, desto höher der osmotische Druck.

Na⁺-gekoppelter aktiver Transport

Natrium-Ionen haben aber auch noch viele andere Aufgaben. Auf den Vitamin-Seiten haben Sie vielleicht schon gelesen, dass viele Vitamine und andere Verbindungen durch einen Natrium-gekoppelten aktiven Transport in die Enterocyten aufgenommen werden, also in die Zellen der Dünndarmschleimhaut.

Im Dünndarm herrscht eine hohe Konzentration an Na⁺-Ionen, in den Zellen eine sehr geringe. Na⁺-Ionen dringen also passiv in die Enterocyten ein, wobei ein hoher Energiebetrag freigesetzt wird - ähnlich wie wenn Wasser aus großer Höhe nach unten fällt. Diese freigesetzte chemische Energie kann nun benutzt werden, um andere Stoffe, zum Beispiel bestimmte Vitamine, in die Enterocyten zu transportieren, obwohl dort schon eine größere Konzentration an diesen Stoffen herrscht als im Dünndarm.

Säure-Base-Haushalt

Der pH-Wert des Blutes und anderer Körperflüssigkeiten hängt stark von der Konzentration der Protonen in diesen Flüssigkeiten ab.

Das Blut eines gesunden Menschen ist leicht basisch, mit einem pH-Wert zwischen 7,35 und 7,45. Dieser pH-Wert muss unbedingt aufrecht erhalten werden. Dazu dienen verschiedene Salze, die in dem Blut gelöst sind und wie ein pH-Puffer arbeiten.

In den Membranen der Zellen sitzen bestimmte Transportproteine, die in der Lage sind, Na⁺-Ionen in das Zellplasma zu transportieren. Das ist ja kein Problem, weil außerhalb der Zellen ein hoher Na⁺-Überschuss herrscht. Bei dieser passiven Diffusion wird chemische Energie freigesetzt, und diese Energie wird nun benutzt, um Protonen aus dem Zellinnern nach außen zu transportieren, und zwar gegen das bestehende Protonengefälle. Es handelt sich also um einen indirekten aktiven Transport, bei dem kein ATP verbraucht wird, sondern die Energie des Natrium-Gefälles ausgenutzt wird. Durch diesen Protonentransport erniedrigt sich der pH-Wert des Außenmediums.

"Funktionsstörungen der Natrium-Protonen-Austauscher besitzen bei verschiedenen Erkrankungen eine Bedeutung, z.B. bei Nierenkrankheiten oder Bluthochdruck" ^[2].

Natriumspeicher in den Knochen

In den Knochen wird ein Drittel des Natriums gespeichert. Ein Teil dieses Natriums ist fester Bestandteil der Knochenmatrix, ein anderer Teil kann bei Bedarf wieder abgegeben werden.

Natrium als Aktivator von Enzymen

Einige Enzyme, vor allem die α-Amylasen, werden von Na⁺-Ionen aktiviert.

Bedarf

Die minimale Na⁺-Zufuhr für einen Erwachsenen liegt bei 550 mg pro Tag, das entspricht ungefähr 1,5 g Kochsalz. Wenn man stark schwitzt, geht viel NaCl mit dem Schweiß verloren, dann hat man einen entsprechend höheren Bedarf.

Mangelerscheinungen

Nur unter extremen Bedingungen kommt es in Europa zu einer Na⁺-Unterversorgung, meistens nehmen die Menschen viel zu viel Kochsalz mit den Mahlzeiten zu sich. Ein Na+-Mangel tritt bei übermäßigem Schwitzen auf, das die Folge extremer körperlicher Anstrengung sein kann oder eine Folge sehr hoher Außentemperaturen. Auch bei bestimmten Durchfallerkrankungen kann es vorübergehend zu einer Na⁺-Unterversorgung kommen.

Sollte es tatsächlich einmal zu einem Na⁺-Mangel kommen, so sinkt der osmotische Druck der extrazellulären Flüssigkeit. Da in den Zellen ein höherer osmotische Druck herrscht (mehr Teilchen gelöst), strömt Wasser in die Zellen ^[1].

Leider führt das dann zu einem Absinken des Blutdrucks, Kreislaufprobleme sind dann die Folge.

Folgen überhöhter Na⁺-Zufuhr

Der Mensch braucht mindestens 1,5 g Kochsalz pro Tag. Der tatsächliche Konsum liegt in Deutschland und den meisten europäischen Ländern aber weit darüber, nämlich zwischen 7 und 12 g pro Tag. Bei einem Na⁺-Mangel sinkt der Blutdruck, wie eben dargestellt. Entsprechend steigt der Blutdruck bei einem Na⁺-Überschuss.

Neben dem erhöhten Blutdruck kann ein Na⁺-Überschuss weitere gesundheitliche Folgen haben. In [2] werden Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Osteoporose, Krebs und Nierensteine aufgeführt.

Ein hoher Na⁺-Spiegel kann laut Studien das Risiko für Magen- und Darmkrebs erhöhen, weil durch das viele Natrium die Schleimhäute dieser Organe geschädigt werden.

Das Osteoporose-Risiko erhöht sich, weil in der Niere das Na⁺ zusammen mit Ca²⁺ ausgeschieden wird. Ein hoher Na⁺-Spiegel hat also eine Absenkung des Ca²⁺-Spiegels zur Folge, und Ca²⁺ ist bekanntlich ein wichtiger Bestandteil der Knochen.

Hahn et al. meinen auch, dass der der Einfluss von Kochsalz auf den Blutdruck nicht so groß ist, wie lange Zeit angenommen wurde. Hauptsächlich wirkt sich demnach ein hoher Na⁺-Spiegel auf den Blutdruck von Personen aus, die eine entsprechende genetische Veranlagung dafür besitzen, eine genetisch bedingte Salzsensitivität. Ungefähr 30% der Menschen gehören zu diesen Personen ^[2].

Maßnahmen gegen eine überhöhte Na⁺-Zufuhr

Man kann die Aufnahme von Natriumchlorid verringern, indem man seine Mahlzeiten achtsam zubereitet. In frischem Obst und Gemüse beispielsweise ist so gut wie kein NaCl enthalten. Statt Salz zum Würzen sollte man richtige Gewürze verwenden, die schmecken zum größten Teil auch besser. Wurstwaren und Käse sollte man meiden, denn die enthalten oft besonders viel Kochsalz.

Na⁺-reiche Lebensmittel

In [3] finden wir eine Liste von Lebensmitteln, die viel NaCl enthalten. An erster Stelle steht hier der Matjeshering mit 6,3 g / 100 g, gefolgt vom Roquefort, einem Blauschimmelkäse aus Schafsmilch mit 4,5 g / 100 g. Salzgurken sind dagegen recht "natriumarm" mit nur 2,4 g / 100 g. Tomatenketchup und Cervelatwurst sind ebenfalls NaCl-reich mit 3,3 bzw. 3,2 g / 100 g.

Resorption

Natrium-Ionen werden relativ leicht von den Enterocyten des Dünndarms resorbiert. Das ist wegen des großen Konzentrationsgefälles (innen sehr wenig Na⁺, außen sehr viel Na⁺) kein Problem. Aufrecht erhalten wird dieses Konzentrationsgefälle durch die Natrium-Kalium-Pumpen in den Membranen der Zellen. Oft werden zusammen mit den Natrium-Ionen andere Moleküle wie Glucose oder Aminosäuren in die Enterocyten transportiert, man spricht dann von einem Natrium-gekoppelten aktiven Transport. Ein Gegentransport (Antiport) liegt vor, wenn gleichzeitig mit dem Na⁺-Einstrom ein H⁺-Ausstrom erfolgt.

Exkretion

Das überschüssige Natrium wird über die Nieren ausgeschieden. Bei einer Na⁺-Unterversorgung wird ein Teil des Natriums in den Nieren reabsorbiert, das heißt dem Blut wieder zugeführt. Meistens liegt aber eine Natrium-Überversorgung vor, so dass Natrium-Ionen ausgeschieden werden.

Die Konzentration c(Na⁺) im Endharn liegt bei 200 mmol/l, das ist schon recht viel. Soll noch mehr Natrium ausgeschieden werden, muss mehr Harn produziert werden, und das wird über zunehmenden Durst erreicht, damit der Mensch mehr Wasser trinkt, um weiteren Harn zu erzeugen ^[2].