Grundlagen der Infusionstherapie

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1 Grundlagen der Infusionstherapie

2 Inhaltsverzeichnis I. Allgemeines zur Infusionstherapie 1. Kurze Historie zur Entwicklung der Infusionstherapie Infusionstherapie heute Anwendungsgebiete der Infusionstherapie...9 II. Der Wasser- / Elektrolyt-Haushalt (WELH) 1. Der Wasserhaushalt 1.1 Verteilung des Körperwassers intrazellulär / extrazellulär Der Bilanzbegriff (Einfuhr / Ausfuhr) Flüssigkeitsverschiebungen im Magen-Darm-Trakt Wasserbilanz in der Pädiatrie...17 Copyright Autor Gestaltung Druck Quellenangaben 2012 by B. Braun Medical AG, CH 6204 Sempach Dr. Johannes Troesch, Dipl. Chemiker Wiss. Marketing B. Braun Medical AG B. Braun Medical AG, Corporate Communications Anderhub Druck-Service AG «Global Product Training», B. Braun Melsungen AG «Aktuelle Perspektiven in der Volumenersatztherapie», UNI-Med Verlag Bremen, 2002 «Der Körper des Menschen», A. Faller, 2004 «Kompendium B. Braun» Diverse wissenschaftliche Basisbroschüren, B. Braun Medical AG 2. Der Elektrolythaushalt 2.1 Definition Elektrolyte und Molbegriff Welche Elektrolyte benötigt der menschliche Organismus? Elektrolytkonzentrationen in den versch. Flüssigkeitskompartimenten Diffusion / Osmose / osmotischer Druck Kolloidosmotischer Druck (KOD) Flüssigkeitsaustausch in der Endstrombahn Normalbereiche und Mittelwerte im Serum und Tagesbedarf der wichtigsten Elektrolyte beim Erwachsenen Natrium (Na + ) Kalium (K + ) Calcium (Ca ++ ) Magnesium (Mg ++ ) Phosphat (anorg. / organ. ) Chlorid (Cl ) Elektrolytbedarf bei Neugeborenen und Kleinkindern

3 Inhaltsverzeichnis III. Der Säure-Basen-Haushalt (SBH) V. Infusionsbehälter 1. ph-wert Definition und Bedeutung Physiologische Puffersysteme 2.1 Was ist ein Puffersystem? Das Kohlensäure-Bicarbonat-Puffersystem Weitere physiologische Puffersysteme und «BaseExcess» (BE) Acidosen / Alkalosen 3.1 Die wichtigsten klinischen Parameter des Säure-Basen-Haushalts Metabolische Acidose Respiratorische Acidose Metabolische Alkalose Respiratorische Alkalose...58 IV. Klassifizierung und Anwendung der wichtigsten in der Schweiz gebräuchlichen Infusionslösungen 1. Lösungen zur Erhaltung des Wasser- und Elektrolytgleichgewichts Korrigierende Lösungen Substituierende Lösungen 3.1 Vollelektrolytlösungen und Kristalloider Volumenersatz Kolloidaler Volumenersatz Hämotherapie nach Mass Trägerlösungen für Medikamente / Ober- und Untergrenzen der Osmolarität Osmotisch wirksame Infusionslösungen (Mannitol) 5.1 Osmotherapie zur Hirndrucksenkung Osmotherapie bei Nierenversagen Osmotherapie in der Ophtalmologie Infusionslösungen zur parenteralen Ernährung 6.1 Klinische Ernährung Bestandteile der parenteralen Ernährung Starre, nicht kollabierbare Infusionsbehälter 1.1 Starre Infusionsbehälter aus Glas Starre Infusionsbehälter aus Kunststoff Kollabierbare Infusionsbehälter aus Kunststoff mit und ohne Luft 2.1 PVC-Beutel Kollabierbare Polyethylen-(PE) / Polypropylen-(PP) Behälter Flexible, PVC- und latexfreie Infusionsbeutel (ohne Luft) Konzept «Zu zweit geht alles besser» Behältertypen für die parenterale Ernährung VI. Zubereitung von Infusionen und technisches Zubehör 1. Medikamentenzubereitung Applikation der Infusionen Intravenöse Verabreichung

4 I. Allgemeines zur Infusionstherapie 1. Historische Entwicklung Mit der Entdeckung des Blutkreislaufs durch William Harvey im Jahre 1628, wurde die physiologisch-anatomische Grundlage für die klinische Anwendung der intravenösen Injektion, Infusion und Transfusion geschaffen nahmen Wren und in den darauf folgenden Jahren Wren und Boyle sowie Clarke intravenöse Injektionen an Tieren vor, wobei sie als Instrumente ein Röhrchen mit einer daran befestigten Tierblase verwendeten. Injiziert wurden Wasser, Wein, Milch, Bier, Opiumlösungen, Fleischbrühe, Brechmittel und anderes mehr. In Deutschland waren es die Ärzte Johann Sigismund Elsholtz, Johann Daniel Major und Michael Ettmüller, die die intravenöse Anwendung von Arzneimitteln zu therapeutischen Zwecken einführten. Bluttransfusionen wurden erstmals von Robert Boyle 1657 und von Jean Denis 1667 durchgeführt. Im ersten Fall handelt es sich um die erste Bluttransfusion von einem Tier auf ein anderes, im zweiten um die erste Transfusion von Schafsblut auf einen Menschen. Die intravenösen Injektionen wurden im 18 Jahrhundert zu physiologischen und pharmakologischen Versuchen sowie für therapeutische Zwecke weiterbetrieben, ohne dass mit ihnen der grosse medizinische Durchbruch gelang. Die Nebenwirkungen der Injektionen waren zum grössten Teil abschreckender als die wenigen Erfolge. Infusion 1938 Die Ärzteschaft blieb auch in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts insgesamt zurückhaltend. Obwohl Aderlass, Klistierspritzen und Kanülen seit dem Altertum bekannt waren, bereitete die Durchführung der intravenösen Injektion den Ärzten seit dem 17. Jahrhundert erhebliche technische Schwierigkeiten, wie aus der Vielzahl der empfohlenen Methoden hervorgeht. Das grösste Problem bestand darin, über die Aderlasswunde Flüssigkeit in die Vene zu bringen. Um 1830 soll erstmals der englische Chirurg Hunter die angeschliffene Hohlnadel genannt haben. Die zweite Hälfte des 19. Jahrhundert brachte dann einen ersten Aufschwung der intravenösen Injektion für die Therapie, besonders durch die jetzt erfundene neue Technik. Zur Punktion von Gefässen entwickelte Karl Pravaz 1853 eine Glasspritze mit einer daran befestigten Hohlnadel, deren Kolben durch ein Gewinde vorwärts getrieben wurde. Wood veröffentlichte 1858 einen Bericht über eine graduierte 6 7

5 I. Allgemeines zur Infusionstherapie Glasspritze, an der eine dünne, hohle Nadel angebracht war konstruierte Luer eine Kolbenspritze aus Glas mit einem Konus zum Aufstecken der Kanüle. Die Einführung der intravenösen Injektion in die Klinik gelang Landerer 1881 im Rahmen der postoperativen Infusionstherapie unter Verwendung der Pravaz-Spritze. Er empfahl dabei eine Technik, bei der die Vene nicht zuvor durch Venae sectio freigelegt werden musste, sondern nach Stauung direkt durch die intakte Haut punktiert wurde. Durch die Entdeckung der Blutgruppen im Jahre 1901 durch Karl Landsteiner war auch die Basis für das neuzeitliche Bluttransfusionswesen gelegt wurde in Deutschland die Rekordspritze aus Glas und Metall eingeführt. Die Infusion der verschiedenen Arzneimittel wurde jedoch erst Allgemeingut der Ärzte mit der Einführung des Strophanthins durch Albert Fränkel im Jahre 1906 und des Salvarsans durch Paul Ehrlich 1910, durch deren therapeutische Anwendung man mit der intravenösen Injektion vertraut wurde. Seit etwa 1960 haben technisch hochwertige Einmalartikel, die ständig den modernsten medizinischen Erkenntnissen und Bedürfnissen angepasst werden, aus Hygiene- und Rationalisierungsgründen die mehrfach zu verwendenden Produkte weitgehend abgelöst. Sie gewährleisten, dass eine Infusion kaum mehr Aufwand erfordert als jede andere intravenöse Injektion. Sie ist insbesondere aus der Anästhesie, Intensivtherapie und Notfallmedizin nicht mehr wegzudenken. 3. Anwendungsgebiete der Infusionstherapie Infusionen werden heute bevorzugt bei folgenden Indikationen eingesetzt: Bei der Therapie von Störungen des Wasser- / Elektrolythaushaltes Bei der Therapie von Störungen des Säure- / Basenhaushaltes Bei der so genannten «Erhaltungstherapie», d.h. Zufuhr der Tagesdosis an Wasser und Elektrolyten sowie des obligatorischen Minimalbedarfs an Glucose (ZNS) bei kurzfristiger Nahrungskarenz (z. B. unmittelbar postoperativ) Bei Hypovolämie verschiedenster Genese Bei der so genannten «Osmotherapie»: u.a. Drucksenkung bei Hirnödem, Prophylaxe des akuten Nierenversagens, Behandlung einer postoperativen Oligurie etc. Bei der Verabreichung von Medikamenten (sog. «Trägerlösungen») und schliesslich Bei der parenteralen Ernährung (Zufuhr von Aminosäuren, Fetten, Kohlenhydraten, Elektrolyten, Vitaminen und Spurenelementen) 2. Infusionstherapie heute Die Infusionstherapie heute hat eine grosse Bedeutung in der Intensivmedizin zur Wasser-, Elektrolyt-, Blut- und Substratzufuhr sowie zur intravasalen Verabreichung von Arzneistoffen oder Diagnostika. So stellt die parenterale Gabe von Arzneimitteln eine selbstverständliche Applikationsform innerhalb der klinischen Therapie dar. In der Regel werden in der modernen Intensivtherapie, die für die Behandlung des Patienten notwendige parenterale Ernährung sowie sämtliche Pharmaka über einen zentralvenösen Katheter zugeführt. Insgesamt spielt die Infusionstherapie heute in der Medizin eine wichtige Rolle. 8 9

6 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt 1. Der Wasserhaushalt Zellkern Zellmembran Intrazellularraum Extrazellularraum Erythrozyten Blutplasma Gefässmembran Interstitium 1.1 Verteilung des Körperwassers intrazellulär / extrazellulär Wasser ist mengenmässig der wichtigste Bestandteil im menschlichen Körper. Die Gesamtmenge an Körperwasser beträgt bei Erwachsenen ca % des Körpergewichts, bei Säuglingen und Kleinkindern ca %. Sie ist abhängig von Alter, Geschlecht, Organismus und dem Fettgehalt. Das Fettgewebe macht weniger als 30 % der Gesamtkörpermasse aus und hat einen weitaus geringeren Wassergehalt als beispielsweise Muskeloder Organgewebe. Bei Männern rechnet man etwa %, bei Frauen % des Körpergewichts als Körperwasser. Männer Frauen Kinder Gesamtkörperflüssigkeit 60 % 50 % 75 % Intrazellularraum (IZR) 40 % 30 % 48 % Extrazellularraum (EZR) 20 % 20 % 27 % interstitieller Anteil 15 % 16 % 22 % intravasaler Anteil 5 % 4 % 5 % Tabelle 1: Verteilung der Körperflüssigkeit in % des Körpergewichts von Männer, Frauen und Kinder In allen Organen und Geweben lassen sich drei durch Membrane getrennte Räume erkennen. Das Dreikompartiment-System: der Intrazellularraum (IZR) der interstitielle Raum (Interstitium) und der Intravasal-Raum (Plasmawasser) Abbildung 1: In allen Organen und Geweben lassen sich drei durch Membrane getrennte Räume erkennen. Den interstitiellen Raum und den Intravasal-Raum fasst man auch als Extrazellularraum (EZR) zusammen

7 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Intrazellulärer Raum (IZR) Alle Stoffwechselvorgänge in den Körperzellen spielen sich im wässrigen Milieu ab. Der IZR ist umschlossen von der Zellmembran, die somit eine gewisse Barriere zum EZR darstellt. Extrazellulärer Raum (EZR) Ausserhalb der Zellen dient Wasser als Transportmittel zu und von den Zellen und als Lösungsmittel für die Körperkolloide. Der EZR teilt sich auf in Den interstitiellen Anteil (Interstitium) Alle Zellen sind durch feinste Spalträume voneinander getrennt. Diese extrazellulären Spalträume werden Interstitium genannt. Sie gewährleisten, dass nahezu alle Zellen des Körpers von der gleichen Flüssigkeit umspült werden, die alle für die Versorgung der Zellen notwendigen Elektrolyte und Nährstoffe enthält. Jeder Stoff, der entweder zur Zelle gelangen soll oder von der Zelle abegegeben wird, kann dies grundsätzlich nur über die interstitielle Flüssigkeit tun. Den intravasalen Anteil (Gefässsystem) Dieser entspricht dem Plasmawasser Das Dreikompartiment-System Gesamtkörperwasser ~ 60 % des Körpergewichts (42 Liter bei 70 kg Patient) Extrazelluläres Wasser (20 %) ca. 14 Liter ( 1 3) 3.5 Liter 10.5 Liter Plasmawasser (5 %) Gefässsystem / Intravasalraum ¼ Interstitielles Wasser (15 %) ¾ Intrazelluläres Wasser (40 %) ca. 28 Liter ( 2 3) Wichtig! Die Flüssigkeitsräume sind funktionell und anatomisch voneinander getrennt! Ca. 85 % (~ 3 Liter) des intravasalen Blutvolumens befinden sich im Niederdrucksystem und die restlichen 15 % im Hochdrucksystem. Das Niederdrucksystem mit einem durchschnittlichen Blutdruck von ca mm Hg («Torr») besteht aus Venolen, Venen, Lungenkreislauf und diastolisch auch aus rechtem Vorhof und rechter Kammer. Der Druck im Niederdrucksystem ist abhängig vom Blutvolumen und der Dehnbarkeit der venösen Gefässe und wird klinisch meist als zentraler Venendruck (ZVD) bestimmt. Das Hochdrucksystem besteht in der Systole aus linkem Vorhof und linker Kammer und natürlich aus den Arterien, Arteriolen und Kapillaren. Der mittlere arterielle Druck (MAP) ist abhängig vom totalen Gefässwiderstand und vom Herzminutenvolumen (HMV). 1.2 Der Bilanzbegriff Die Wasser- und Elektrolyttherapie ist immer ein Bilanzproblem. Für die Wasseraufnahme und -abgabe gilt beim Gesunden die Formel: Gesamtzufuhr = Gesamtausfuhr Der Flüssigkeitsumsatz beim gesunden Erwachsenen beträgt 2 3 Liter täglich. Zur Einfuhr zählen Getränke Wasser in festen Speisen (präformiertes Wasser) Wasser, das durch Oxidationsvorgänge von Nährsubstrakten entsteht (so genanntes «Oxidationswasser») Den grössten Teil macht jedoch die Trinkmenge von ca l / Tag aus. Abbildung 2: Das Dreikompartiment-System 12 13

8 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Beim Patienten existieren weitere Möglichkeiten der Flüssigkeitszufuhr z. B. in Form von Infusionen, Injektionen und Sondenernährung etc., die natürlich genauestens bei der täglich zu empfehlenden Flüssigkeitsbilanz des Patienten berücksichtigt werden müssen. Wenn Gewebe zugrunde geht (Trauma, schwere Infektionen etc.), kann man als «Faustregel» pro 100 g abgetragenes Gewebe einen Wasseranteil von ca g ansetzen. Bei stark kataboler Stoffwechsellage infolge schweren Traumas oder schwerer Infektionen können pro Tag bis zu 500 g Gewebe zugrunde gehen, wobei gleichzeitig ca ml Wasser freigesetzt werden. Zur Ausfuhr zählen beim Gesunden hauptsächlich Die Urinmenge von l / 24 h Die Wasserabgabe durch die Ausatmungsluft von ca. 400 ml / 24 h Der unsichtbare Wasserverlust durch die Haut von ca. 500 ml / 24 h Wasser im Stuhl ca. 100 ml Die Wasserabgabe durch die Atmungsluft und der unsichtbare Wasserverlust durch die Haut bezeichnet man zusammen auch als «Perspiratio insensibilis». Beim Patienten, aber auch beim Gesunden können situationsbedingt weitere Ausfuhrwege von erheblicher Bedeutung für die Erstellung der Flüssigkeitsbilanz sein: Erbrechen Schweiss Laktation Blutungen Magen-Darm-Sonden Verluste in den Darm (Ileus) Lymphfisteln Wundsekrete Ödeme Entzündliche Exsudate etc. In der folgenden Abbildung sind die durchschnittlichen Aufnahme- und Abgabemengen von Flüssigkeit beim Gesunden graphisch dargestellt: Nahrung Trinken Oxidationswasser aus Gewebs- und Nahrungsaufnahme Gesamt Aufnahme 700 ml 1000 ml bis 1500 ml 300 ml Abgabe 100 ml 1000 ml bis 1500 ml 400 ml 500 ml 2000 / 2500 ml 2000 / 2500 ml Abbildung 3: Durchschnittliche Wasseraufnahme und -abgabe beim Erwachsenen (70 kg) Stuhl J Lungen Haut Die Aufnahme von Trinkflüssigkeit erfolgt rasch, d. h. für die Aufnahme in das Plasmakompartiment ist weniger als 1 h erforderlich. Als direkte Folge kommt es zu einer Erhöhung des Blutdruckes und damit u. a. zu einer Eröffnung «inaktiver» Kapillargebiete und venöser Gefässe in Leber und Milz. Anschliessend gelangt überschüssiges Wasser ins Interstitium und letztlich führt dies zu einer Verschiebung von Wasser in die Zelle. Ein Überangebot von Flüssigkeit wird beim Gesunden selbstverständlich umgehend durch die Niere ausgeschieden. Dieser Ausscheidungsweg ist sicherlich von oberster Priorität, trotzdem ist der unbemerkt über Haut und Lunge stattfindende Wasserverlust von ca. 1 Liter pro Tag keineswegs zu vernachlässigen. Bei Überhitzung des Körpers wird der Wasserverlust in Form von Schweiss auch sichtbar. Urin unmerkliche Wasserabgabe (perspiratio Insensibilis) 14 15

9 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Bei Fieber beträgt der zusätzliche Wasserverlust pro 1 C Temperaturerhöhung ca. 500 ml. Je genauer man alle Zufuhr- und Ausfuhrmengen täglich misst und notiert (Bilanzblatt), desto eher hat man bei gefährdeten Patienten Aussicht auf einen Therapieerfolg. Das tägliche Wiegen solcher Patienten zur immer gleichen Tageszeit stellt eine unerlässliche Kontrolle dar. 1.3 Flüssigkeitsverschiebungen im Magen-Darm-Trakt Eine spezielle Situation von «Flüssigkeitsgleichgewichten» besteht zwischen dem Blut- Plasma und den Sekreten des Verdauungstraktes, die ihrerseits aus Plasma gebildet werden. Die Gesamtmenge der im Verdauungstrakt abgesonderten Flüssigkeiten kann innerhalb von 24 h bis zu 8000 ml betragen. Die nachfolgende Abbildung gibt wieder, welche Flüssigkeitsarten in welcher Menge verloren gehen können. Diese erhebliche Flüssigkeitsmenge wird bis auf einen mit dem Stuhl ausgeschiedenen Rest von ca. 100 ml durch Dünn- und Dickdarmschleimhaut in die Blutbahn rückresorbiert. So ist es erklärlich, dass anhaltendes Erbrechen und Durchfälle ohne Ersatz des Elektrolyt- und Flüssigkeitsverlustes innerhalb von Stunden tödlich enden können. Dies kann durch massive Infusionsgabe verhindert werden. Galle 500 ml Pankreassekret 700 ml Speichel 1500 ml Magensaft 2500 ml Dünndarmsekret 3000 ml 1.4 Wasserbilanz in der Pädiatrie Neugeborene und Säuglinge, aber auch Kleinkinder, haben bezogen auf das Körpergewicht (KG) einen wesentlich höheren Wasserbedarf als Erwachsene. So beträgt z. B. der Wassergehalt beim Neugeborenen ca % des KG. Dementsprechend ist auch bei pädiatrischen Patienten (und Gesunden) die Sensibilität gegenüber Wasser- und Elektrolytdefiziten relativ hoch. Auf der anderen Seite entsteht bei dieser Personengruppe aber auch bei exzessiver Verabreichung von Wasser und Elektrolyten relativ schnell eine Wasserintoxikation. Der Wasserbedarf lässt sich bei Kenntnis des KG und der Körperoberfläche (KO) nach folgender Gleichung berechnen: Wasserbedarf bei Kindern Pauschal gilt: Täglicher H 2 O-Bedarf = ca ml / kgkg bzw. ca ml / m 2 KO Nach Gewichtsklassen aufgeschlüsselt gilt folgende Tabelle: Körpergewicht (KG) Täglicher Wasserbedarf < 1500 g ml / kgkg g ml / kgkg kg 100 ml / kgkg > 10 kg 20 kg 1000 ml für 10 kg und 50 ml für jedes kg > 10 kg > 20 kg 1500 ml für 20 kg und 20 ml für jedes kg > 20 kg Tabelle 2: Wasserbedarf bei Kindern Abbildung 4: Flüssigkeitsarten, die durch anhaltendes Erbrechen und Durchfälle verloren gehen können 16 17

10 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Für Kinder > 10 kg errechnen sich daraus in guter Annäherung die folgenden täglichen Bedarfsmengen an H 2 O: Gewicht in kg Tagesbedarf absolut in ml Tagesbedarf in ml / kgkg Tabelle 3: Wasserbedarf bei Kindern > 10 kgkg 2. Der Elektrolythaushalt 2.1 Definition Elektrolyte und Molbegriff Elektrolyte sind positiv oder negativ geladene Teilchen -> sog. Ionen. Wenn Salze (z. B. NaCl, KCI, CaCl 2 etc.) in Wasser aufgelöst werden, dann zerfallen (=dissoziieren) diese in positiv geladene Kationen und negativ geladene Anionen und zwar so, dass die Gesamtzahl der positiven und negativen Ladungen immer gleich ist. MERKE Elektrolythaltige Lösungen leiten den elektrischen Strom. Beispiele: a) Kristallines Kochsalz NaCl zerfällt in Wasser in gleicher Anzahl in Na + - und Cl - -Ionen b) Calciumchlorid CaCl 2 zerfällt in Wasser in Ca ++ -Ionen und in doppelt so viele Cl - -Ionen NaCl (Kochsalz) CaCl 2 H 2 O H 2 O Na + + Cl - Ca + + 2Cl - MERKE Die Anzahl der freigesetzten positiven und negativen Ladungen ist bei jedem Auflösungsprozess (Dissoziation) gleich, aber die Anzahl der positiven und negativen Teilchen (Ionen) kann unterschiedlich sein, je nach Wertigkeit der Kationen bzw. Anionen. Molbegriff: Die Mengen- und Konzentrationsangaben werden in der Chemie und vor allem in der Medizin meist nicht in kg oder g gemacht, sondern in Mol bzw. in mmol

11 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Definition: 1 Mol eines Atoms bzw. eines Moleküls ist das Atomgewicht in g bzw. das Molekulargewicht in g. 1 Mol (=1000 mmol) eines Atoms oder Moleküls hat immer die gleiche Anzahl an Teilchen, nämlich die unvorstellbar hohe Zahl von ca Teilchen (sog. «Loschmidt sche Zahl» = N L ). Bei Kenntnis des Atomgewichtes bzw. Molekulargewichtes (ablesbar aus dem Periodensystem der Elemente) lässt sich problemlos aus der Mengenangabe in g die Anzahl der entsprechenden mmol errechnen: Beispiel: 9 g NaCl ergeben in Wasser gelöst wie viele mmol an Na + und Cl -Ionen? Atomgewicht Na + = 23.0 Atomgewicht Cl = 35.4 Molekulargewicht NaCl = 58.4 Fazit: 1 Mol bzw mmol an NaCl = 58.4 g 1 g NaCl = mmol = mmol 9 g NaCl = mmol = 154 mmol -> wenn man 9 g NaCl in 1000 ml H 2 O auflöst (= 0.9 %), dann befinden sich in 1 Liter Wasser 154 mmol Na + und 154 mmol Cl. Allgemein gelten folgende Umrechnungsformeln: Anzahl mmol = Anzahl mg / Atomgewicht bzw. Molekular-Gewicht Anzahl mg = Anzahl mmol Atom-Gewicht bzw. Molekular-Gewicht 2.2 Welche Elektrolyte benötigt der menschliche Organismus? Die Elektrolytzusammensetzung und vor allem die Elektrolytkonzentrationen sind z. T. sehr unterschiedlich in den verschiedenen Kompartimenten des menschlichen Organismus. So enthält die extrazelluläre Flüssigkeit (EZR), bestehend aus Plasmawasser einerseits und Interstitium andererseits, im Wesentlichen die gleichen Elektrolyte und auch in fast identischer Konzentration während die Zellen (IZR) diametral verschiedene Elektrolyt-Konzentrationen (z. B. von Na + und K + ) aufweisen. Die Hauptelektrolyte im EZR sind Natrium (Na + ) und Chlorid (Cl ) > ca. 9 g NaCl gelöst in 1 Liter Flüssigkeit. Die Hauptelektrolyte im IZR sind Kalium, Magnesium und Phosphat. Neben den in der folgenden Tabelle aufgeführten, für den Organismus wichtigen Elektrolyten, gibt es aber auch neutrale, nicht elektrisch geladene Substanzen, die in den verschiedenen Flüssigkeitskompartimenten aufgelöst sind. So sind z. B. Glucose, Harnstoff und Kreatinin neutrale Substanzen, welche den elektrischen Strom nicht leiten. Wichtige Kationen und Anionen im menschlichen Organismus Positiv geladene Kationen Natrium Na + Chlorid Cl Negativ geladene Anionen Kalium K + Bicarbonat HCO 3 Magnesium Mg ++ Phosphat H 2 PO 4 Calcium Ca ++ Proteinat Wasserstoff H + (Säure) Organische Säureanionen wie Lactat / Acetat / Malat etc. Tabelle 4: Wichtige Kationen und Anionen im menschlichen Organismus 20 21

12 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt 2.3 Elektrolytkonzentrationen in den verschiedenen Flüssigkeitskompartimenten In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Kationen und Anionen und deren Konzentrationen in den 3 Kompartimenten Plasma, Interstitium und Intrazellularraum aufgeführt: nung der spezifischen Substanz, z. B. Kalium, wobei dieses unter Energieaufwand in die Zelle gepumpt wird, und umgekehrt wird Natrium unter Energieaufwand aus der Zelle in den interstitiellen Raum befördert. Elektrolyt Plasma (mmol/l) Interstitium (mmol/l) Intrazellularraum (mmol/l) Na K Ca > Mg Cl HCO H 2 P (org. Phosphat) SO ph Tabelle 5: Elektrolytkonzentrationen in Körperflüssigkeiten Wie man aus der Tabelle leicht ersehen kann, ist Na + das dominierende Kation des EZR und K + das dominierende Kation des IZR. EXTRAZELLULARRAUM INTRAZELLULARRAUM Natriumkanal meist geschlossen Organische Anionen Na + K + Cl Na + /K + -Pumpe Na + K + Na + K + Cl Zwischen den genannten Flüssigkeitsräumen finden ständig Austauschprozesse statt. Diese Flüssigkeitsräume sind voneinander durch Membrane (Zellmembran / Gefässmembran) abgetrennt, die nicht überall und nicht für alle Substanzen gleichermassen durchlässig sind. Wenn Poren einer Membran grösser sind als die Substanzen, die sie passieren lassen sollen, dann findet der Austausch problemlos, d. h. ohne Hindernisse statt. Das ist z. B. der Fall bei Glucose, Elektrolyten und Aminosäuren, die sich ungehindert zwischen Intravasalraum und Interstitium verteilen können. Grosse Moleküle hingegen, wie hochmolekulare Proteine oder auch künstliche Kolloide (Gelatine, Hydroxyethylstärke etc.), können die Gefässmembran praktisch nicht passieren und bleiben deshalb im Plasma. Es gibt aber andererseits auch Austauschprozesse, die nicht primär über die Porengrösse, sondern substanzspezifisch gesteuert werden. D. h. der Transportmechanismus funktioniert über die Erken- Protein- Anion Kaliumkanal meist geschlossen Chloridkanal Abbildung 5: Membranpotenzial (Na / K-Pumpe) Durch die unterschiedliche Verteilung von Ionen im intra- und extrazellulären Raum entsteht an den Zellmembranen eine Potenzialdifferenz, die man als Membranpotenzial bezeichnet. Der IZR weist in Ruhe eine negative Ladung auf, der EZR eine positive Ladung. Die Differenz wird als Membranpotenzial bezeichnet. Durch die Ionenpumpe werden über spezielle Kanäle Kaliumionen in die Zelle hinein transportiert und im Gegenzug Natriumionen aus der Zelle heraus transportiert. Die Ionenpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Enzym, das ATP spaltet, wodurch Energie für den Ionentransport frei wird. Dieser Transportmechanismus wird als «Natrium-Kalium-Pumpe» bezeichnet. Die für diesen aktiven Transport benötigte Energie wird durch ATP (Adenosintriphosphat) zur Verfügung gestellt

13 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Für die Verteilung einer zugeführten Infusionslösung zwischen IZR und EZR ist die Natriumkonzentration der entscheidende Parameter. Hat eine Infusionslösung eine Na- Konzentration, die dem EZR entspricht (z. B. eine sogenannte «Vollelektrolytlösung»), so verteilt sie sich gleichmässig zwischen intravasalem Raum und Interstitium, gelangt aber nicht in die Zelle. Wenn man Wasser auch für den IZR zur Verfügung stellen möchte, so muss man Lösungen infundieren, deren Na-Konzentration möglichst niedrig oder sogar Null ist, z. B. NaCl 0.45 %, Glucosaline 1:1 oder Glucose 5 % u. a. 2.4 Diffusion / Osmose / osmotischer Druck Diffusion Semipermeable Membran Semipermeable Membran Extrazelluläres Wasser (20 %) Intrazelluläres Wasser (40 %) ca. 28 Liter ( 2 3) ¼ (3,5 Liter) ¾ (10,5 Liter) 1 l Glucose 5 % 1 l Elektrolytlösung (Ringerfundin ) Abbildung 6: Verteilung infundierter Lösungen auf die verschiedenen Flüssigkeitsräume (EZR und IZR) FAZIT 1 l Kolloide (Tetraspan ) Plasmawasser (5 %) Gefässsystem Interstitielles Wasser (15 %) 1 12 = 83 ml 3 12 = 250 ml 8 12 = 667 ml ¼ = 250 ml 1000 ml ¾ = 750 ml Die Na-Konzentration einer Infusionslösung entscheidet darüber, wie sich die Flüssigkeit dieser Infusionslösung zwischen EZR und IZR verteilt. Soll eine Infusionslösung im intravasalen Raum verbleiben, so muss sie nicht nur eine Na-Konzentration wie das Plasma besitzen sondern auch noch eine makromolekulare Substanz enthalten (Kolloid), die die Gefässmembran nicht passieren kann. Prinzipiell ist der Organismus ständig bemüht, seine Wasser- und Elektrolytverteilung konstant zu halten. Zur Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichtes («Homöostase») stehen verschiedene Mechanismen zur Verfügung, die in den folgenden Kapiteln erläutert werden. Abbildung 7: Diffusion Kationen (z. B. Na + ) Anionen (z. B. Cl ) Schichtet man zwei verschieden konzentrierte Lösungen übereinander, z. B. eine 5 %ige Kochsalzlösung auf eine 1 %ige, so bewegt sich der gelöste Stoff aus der Phase der höheren Konzentration in diejenige der niedrigeren, bis ein vollständiger Konzentrationsausgleich stattgefunden hat. Diesen Vorgang nennt man Diffusion. Auch die gleichmässige «von selbst» erfolgende Verteilung von Zucker in einer Tasse Tee oder Kaffee in einem genügend langem Zeitraum ist ein klassisches Beispiel für einen Diffusionsvorgang. Die Diffusion erfolgt aus molekularer Sicht aufgrund der sog. «Brown schen Molekularbewegung» d. h. dass alle Atome / Moleküle ständig in Bewegung sind. Je schneller die Bewegung erfolgt, umso höher ist die Temperatur, je langsamer die Teilchen sich bewegen, umso tiefer ist die Temperatur. So kann man auch gut erklären, dass es zwar eine nicht zu unterbietende Tiefsttemperatur gibt, aber keine nach oben limitierte Höchsttemperatur. Beim absoluten Tiefpunkt der Temperatur erfolgt keine Bewegung mehr im atomaren / molekularen Bereich. Die Temperatur des absoluten Nullpunkts beträgt 0 K = 273 C. K = Kelvin / C = Grad Celsius 24 25

14 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Osmose und osmotischer Druck ( ) Unter Osmose versteht man den Durchgang eines der Bestandteile einer Phase durch eine Membran in eine andere Phase. Semipermeable Membrane sind nur für bestimmte Bestandteile durchlässig, während andere Bestandteile nicht durchgelassen werden. Die Zellwände sind semipermeable Membrane, d.h. sie lassen Wassermoleküle durch aber keine gelösten Teilchen. Steigt z. B. die extrazelluläre Elektrolytkonzentration an, so diffundiert Wasser aus der Zelle heraus, wodurch die Konzentration in der Zelle erhöht und die extrazelluläre Flüssigkeit verdünnt wird. Semipermeable Membran niedrige Konzentration hohe Konzentration Semipermeable Membran H 2 O Osmotisches Gleichgewicht wird erreicht, wenn gleichviel Wasser durch den hydrostatischen Druck der Wassersäule (siehe Abb. 8) ausgepresst wird, wie durch Osmose zugeführt wird. Steht eine Lösung derart mit reinem Wasser im Gleichgewicht, so bezeichnet man den auf der Membran lastenden hydrostatischen Druck als den osmotischen Druck der Lösung (Masseinheit: bar bzw. Pascal oder auch cm Wassersäule bzw. mm Hg-Säule). Der osmotische Druck ist proportional zur Differenz der Konzentrationen der Teilchen (Atome / Moleküle / Ionen) beiderseits der semipermeablen Membran. Druck Pa = N / m 2 bar Torr (mm Hg) 1 Pa = N / m bar Torr atm Tabelle 6: Die verschiedenen Masseinheiten des Drucks Die Masseinheit der Konzentration aller Teilchen in einer Lösung ist die Osmolarität. Sie bezieht sich auf die Anzahl Teilchen pro Liter Lösungsmittel und wird gemessen in mosmol / l. Abbildung 8: Osmose und osmotischer Druck H 2 O Die Osmolarität des Plasmas beträgt ca mosmol / l. Eine Lösung bezeichnet man dann als isoton, wenn sie die gleiche Osmolarität wie das Blut bzw. das Plasma hat. Bei einer hypertonen Lösung ist die Osmolarität höher als beim Plasma, bei einer hypotonen Lösung ist sie niedriger als beim Plasma. Sind zwei geschlossene Lösungsräume durch eine semipermeable Membran getrennt, kann nur Wasser diffundieren aber z. B. keine Elektrolyte. Bei ungleicher Elektrolytkonzentration beidseits der Membran treffen von der verdünnten Seite her häufiger H 2 O-Moleküle auf die Membranporen auf als von der Gegenseite. Der so verursachte Übertritt von Wasser aus der verdünnten in die konzentrierte Lösung (Osmose) bewirkt in dieser einen Anstieg der Flüssigkeit. Die Höhe des so entstandenen Flüssigkeitsspiegels entspricht dem erzeugten osmotischen Druck,. Isotone Lösung : ca. 300 mosmol (z. B. Ringerfundin ) Hypertone Lösung : > 300 mosmol (z. B. Aequifusine ) Hypotone Lösung : < 300 mosmol (z. B. NaCl 0.45 % / Ringerlactat) 26 27

15 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Beispiel: Werden einem Liter Aequifusine noch je 1 Zusatzampulle 10 ml Kaliumchlorid 2 molar (14.9 %) und Glucose 5 % 50 ml beigefügt, so beträgt die osmotische Gesamtkonzentration 614 mosm / l, und es ergibt sich eine etwa zweifache Abweichung von der Isotonie. So eine Mischung ist stark hyperton! Explizite Berechnung: Aequifusine KCl-Zusatzampulle 14.9 % NaCl 5.85 % Glucose 50 % Total daraus folg. molare Konz ml à 402 mosm 10 ml à 40 mosm 50 ml à 100 mosm 50 ml à 139 mosm 1110 ml à 681 mosm 614 mosm / l Für das Plasma wird eher der Begriff der Osmolalität verwendet. Im Unterschied zur Osmolarität bezeichnet die Osmolalität die Anzahl der osmotisch aktiven Teilchen pro Kilogramm Lösungsmittel (in der Regel Wasser); die Einheit ist mosm / kg. Die Osmolalität kann mittels osmotischem Koeffizienten und dem Wassergehalt ausgehend von der Osmolarität berechnet werden. Diese reale Osmolalität kann auch über die Erniedrigung des Gefrierpunkts gemessen werden. Die Osmolalität des Plasmas beträgt 288 Milliosmol bezogen auf ein Kilogramm. Demzufolge sollte auch eine isotone Infusionslösung zur Flüssigkeitssubstitution eine Osmolalität von 288 mosm / kg aufweisen. Für die zentralvenöse Anwendung sind beträchtliche Abweichungen von der Isotonie zulässig. Je kleiner aber die Vene ist, desto geringer wird die lokale Toleranz. Wo die Infusionsbedingungen eine schlechte lokale Verträglichkeit erwarten lassen, ist eine mehr als zweifache Abweichung von der Isotonie (ca. 600 mosm / l) zu vermeiden. Wo eine sehr kleine Vene unbedingt durchgängig erhalten werden muss, dürfen nur iso- tonische Lösungen verwendet werden. In der parenteralen Ernährung werden häufig Nährlösungen bis zu einer Osmolarität von ca mosm / l periphervenös verabreicht und toleriert; allerdings sollte die Infusionsgeschwindigkeit nicht höher als Tr. / min = ml / h betragen. In grossen Venen wird eine vier- bis fünffache Abweichung von der Isotonie während kurzer Zeit oft gut toleriert; wo beträchtlich höhere Konzentrationen erwünscht sind (hohe Energiezufuhr bei Anurie oder bei der längerfristigen totalen parenteralen Ernährung), werden die Lösungen in die obere Hohlvene mit einem zentralvenösen Katheter gegeben (sog. zentralvenöse Applikation). 2.5 Kolloidosmotischer Druck (KOD) Sind zwei Lösungen durch eine semipermeable Membran getrennt, die Wasser und niedermolekulare, nicht aber hochmolekulare Teilchen durchlässt, dann sind nur die hochmolekularen Teilchen osmotisch wirksam. Der Druck, der bei osmotischem Gleichgewicht zwischen einer Lösung mit und einer solchen ohne hochmolekulare Teilchen auf der Trennmembran lastet, heisst kolloidosmotischer oder onkotischer Druck. Er ist proportional dem molaren Konzentrationsunterschied der hochmolekularen Teilchen beiderseits der semipermeablen Membran (siehe Abb. 9, Seite 30). Der Normalwert des kolloidosmotischen Druckes KOD beträgt beim Menschen etwa 35 cm Wassersäule, entsprechend 26 mm Hg resp. ca. 34 mbar. Obwohl dieser onkotische Druck beim Menschen relativ gering ist, kommt ihm für die Wasserverteilung zwischen dem intra- und dem extravasalen Raum eine entscheidende Bedeutung zu. Die Wand der Kapillargefässe hat Poren von 3 nm (nm = Nanometer / 3 Millionstel mm = mm) Durchmesser. Wasser und kleine Moleküle von gelösten Stoffen (Elektrolyte, Glucose, Aminosäuren etc. ) können die Poren passieren, grosse Moleküle (Proteine z. B. Albumin) dagegen nicht genannt «onkotische Membran»

16 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Semipermeable Membran Abbildung 9: Kolloidosmotischer Druck (KOD) Semipermeable Membran H 2 O H 2 O Kationen (Elektrolyte) Anionen (Elektrolyte) Kolloide (z. B. Albumin oder HES) h 2.6 Flüssigkeitsaustausch in der Endstrombahn Der Austausch von Wasser und anderen Molekülen bzw. Ionen (Glucose / Elektrolyte etc.) erfolgt in der terminalen Strombahn aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse im arteriellen bzw. venösen Schenkel. Hauptsächlich der Blutdruck und in geringem Mass auch der interstitielle onkotische Druck versuchen, Wasser und kleine Moleküle aus den Kapillaren in das Interstitium abzudrängen. Andererseits wirken der intrakapillare onkotische Druck (Albumin / Plasma-Proteine) und der (relativ geringe) interstitielle Gewebsdruck dem Blutdruck entgegen. Die Resultante aus all diesen Drucken bestimmt dann letztlich in der Endstrombahn, ob Flüssigkeit ins Interstitium «abgepresst» wird (Arteriolen), oder ob Flüssigkeit aus dem Interstitium ins Gefässsystem resorbiert wird (Venolen). Die folgende Skizze zeigt schematisch die in der Endstrombahn herrschenden Druck- und Fliessverhältnisse. Die senkrechten Pfeile stellen die resultierenden effektiven Filtrations- und Reabsorptionsdrucke dar. Der wichtigste Faktor ist der Blutdruck, der von mmhg auf der arteriellen Seite des Kapillarsystems auf ca. 10 mmhg auf der venösen Seite abfällt. Der kolloidosmotische Druck KOD entspricht dem hydrostatischen Druck der Wassersäule h. Arteriole Venole Druck (mm Hg) Kapillare postkapillare Venole Lymphe Abbildung 10: Druckverhältnisse in der Endstrombahn 30 31

17 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt 2.7 Normalbereiche und Mittelwerte im Serum und Tagesbedarf der wichtigsten Elektrolyte beim Erwachsenen Natrium Natrium ist das wichtigste Kation im EZR. Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf mmol / l 142 mmol / l 2 mmol / kgkg / Tag Eine Bestimmung des Serum-Natrium-Spiegels gibt keinen Aufschluss über den Natrium- Gesamtbestand des Körpers, ist jedoch ein Mass für den Bestand des Organismus an freiem Wasser. Hyponatriämie Natriumkonzentration im Serum < 132 mmol / l Ursachen Hyponatriämie ist häufig gleichbedeutend mit relativem Wasserüberschuss und nicht mit Natriummangel. Der Natriumbestand des EZR kann dabei erhöht sein (terminale Herzinsuffizienz, Leberzirrhose), normal oder vermindert (Natriumverluste durch Schwitzen, gastrointestinale Verluste, forcierter Diuretikagebrauch, Zustand nach grösseren Blutungen). Klinische Symptomatik Appetitlosigkeit Brechreiz, Erbrechen Muskelschwäche, Muskelkrämpfe, Krampfanfälle Bewusstseinsstörungen Hypernatriämie: Na + > 155 mmol / l Natriumkonzentration im Serum Ursachen Verlust von freiem Wasser bzw. hypotoner Flüssigkeit Übermässige Natriumzufuhr Akute und chronische Niereninsuffizienz Klinische Symptomatik Trockene Schleimhäute Durst, Fieber Oligurie Oedeme Therapie der Hypernatriämie Je nach Ursache: Einschränkung der Natriumzufuhr, evtl. Dialyse Zur Natriumsubstitution errechnet sich der Natriumbedarf wie folgt: Na-Bedarf (mmol) = (Na + -Soll - Na + -Ist) kgkg 0.2 (Körpergewicht in kg 0.2 = extrazelluläres Volumen) Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, generalisierte Ödeme, Lungenödem, Hypertonie, Eklampsie und schwere Niereninsuffizienz verbieten eine Natriumzufuhr. Elektrolyt-Konzentrate nur als Zusatz zu Infusionslösungen verwenden! Therapie der Hyponatriämie Ursachen diagnostizieren und spezifisch behandeln. Zufuhr von Natrium in Form von Infusionslösungen (NaCl 0.9 %) oder NaCl-Injektionslösungen

18 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Kalium Kalium ist das wichtigste Kation im IZR. Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf mmol / l 4.5 mmol / l 1 mmol / kgkg / Tag Hypokaliämie Kaliumkonzentration im Serum < 3.5 mmol / l Ursachen Extrarenal: Ungenügende Zufuhr Gastrointestinale Verluste: aus Drainagen, Fisteln Schwere Diarrhöen Enteritiden, Ileus Alkalose Insulintherapie Blutverdünnung: Pseudohypokaliämie Renal: Diuretikatherapie und abusus Tubulopathien Exzessiver Mineralocorticoideffekt M. Cushing, Conn-Syndrom AGS (adrenogenitale Syndrome) Steroid-Therapie Sek. Hyperaldosteronismus Klinische Symptomatik bei Hypokaliämie Tonusverminderung der glatten und quergestreiften Muskulatur bis zur schlaffen Lähmung der Skelettmuskulatur Apathie, Somnolenz, Bewusstlosigkeit Magen-Darm-Atonie mit Obstipation oder paralytischem Ileus Hypotonie, Tachykardie, Herzrhythmusstörungen, plötzlicher Herzstillstand Hypokaliämie führt zu erhöhter Digitalisempfindlichkeit, woraus trotz normaler Digitalisierung eine Digitalisintoxikation resultieren kann. Therapie der Hypokaliämie Kaliumreiche Kost: Obst (Bananen, Aprikosen, Ananas), Gemüse (Spinat, Kartoffeln), Fleisch, Orale Kaliumsubstitution Kaliumreiche Infusionslösungen: z. B. Aequifusine (20 mmol K + / l) oder Elektrolyt- Konzentrate (z. B. KCl 7.45 % oder 14.9 %) Wichtige Hinweise zur Anwendung von Kalium Elektrolyt-Konzentrate nur als Zusatz zu Infusionslösungen verwenden! Zur Vermeidung von Herzrhythmusstörungen sollte die Anhebung des Serum-Kalium- Spiegels langsam über Tage erfolgen. Die Infusion von Kalium sollte grundsätzlich mit Hilfe von Infusionspumpen erfolgen. Nicht mehr als 20 mmol K + / h und maximal 2 mmol K + / kgkg pro 24 Std. verabreichen (EKG-Monitor-Kontrolle). Gesteigerte Digitalisintoxikation bei Hypokaliämie! Zur Kaliumsubstitution errechnet sich der Kaliumbedarf wie folgt: mmol / K + = (K + -Soll K + -Ist) kgkg (Extrazellularraum = KG in kg 0.2; 2 = Erfahrungswert; K + -Soll = 4.5 mmol / l) 34 35

19 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Hyperkaliämie Kaliumkonzentration im Serum > 5.5 mmol / l Ursachen Oligurie / Anurie Niereninsuffizienz Fehlende Mineralocorticoidwirkung Therapie mit Aldosteronantagonisten Acidose Insulinmangel Gewebsnekrosen Hämolyse Verbrennungen Klinische Symptomatik In Abhängigkeit von der Höhe des Serum-Kalium-Spiegels: Parästhesien Bradykardie, Arrhythmie, Blutdruckfall, Kammerflimmern und diastolischer Herzstillstand Verwirrtheit, Bewusstlosigkeit Ein Anstieg über 7 mmol / l kann zur Kaliumintoxikation führen Therapie der Hyperkaliämie Je nach Höhe des Serum-Kalium-Spiegels: Steigerung der Kaliumaufnahme in die Zellen durch 40 %ige Glucose-Infusionslösungen und Altinsulin (1 I.E. Altinsulin pro 4 5 g Glucose) Acidoseausgleich mit Natriumhydrogencarbonat: 1.4 % bzw. 8.4 % als Infusionslösung oder Elektrolyt-Konzentrat Vermeiden einer Katabolie durch Ernährungstherapie Verstärkte Diurese (z. B. mit Furosemid) Evtl. Dialyse Notfalltherapie bei schwerer Hyperkaliämie > 8 mmol / l Ca-Gluconat 10 % ml über 2 min i.v. (Vorsicht bei digitalisierten Patienten) i.v.-infusion von 200 ml 20 % Glucose + 20 E Altinsulin (über 30 min) NaHCO 3 zum Acidoseausgleich Dialyse Calcium Der menschliche Körper enthält etwa g Calcium. 99 % des Calciums befinden sich im knöchernen Skelett. Im Plasma liegt es in drei Fraktionen vor. 46 % des Gesamt- Calcium im Serum sind an Proteine gebunden, 10 % an anorganische Säuren. Der Rest von 44 % liegt in freier ionisierter Form vor. Nur Änderungen des ionisierten Anteiles gehen mit klinischen Manifestationen einher. Die Aussagekraft des üblicherweise bestimmten Gesamt-Calcium im Serum ist somit begrenzt. Änderungen der Serumproteine gehen direkt proportional mit Änderungen des Serum-Ca einher. Die Konstanthaltung des Calciumspiegels im Plasma wird hormonell durch Parathormon, Vitamin D, Calcitonin geregelt, die die enterale Absorption, Skelettmineralisation und renale Ausscheidung beeinflussen. Parathormon und Acidose steigern, Calcitonin und Alkalose senken den ionisierten Anteil. Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf gesamt mmol / l ionisiert mmol / l 2.4 mmol / l mmol / kgkg / Tag 36 37

20 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Hypocalcämie Calciumkonzentration im Serum < 2.1 mmol / l (ionisiert < 0.9 mmol / l) Ursachen Niereninsuffizienz (häufigste Ursache) Vitamin-D-Mangel Gestörter Vitamin-D-Metabolismus Hypoparathyreoidismus Calcium-Malabsorption Renale Verluste bei Diuretika-Abusus Magnesiummangel Alkalose Klinische Symptomatik bei Hypocalcämie Gesteigerte neuromuskuläre Erregbarkeit Parästhesien Tetanie Spasmen der glatten Muskulatur (Bronchien, Magen-Darm-Trakt) Cerebrale Anfälle Koma Therapie der Hypocalcämie Behandlung des Grundleidens, je nach Schwere: Orale Medikation Calcium-Gluconat langsam i.v. 10 % oder 20 % Therapie der hypocalcämischen Krise (akute Hypocalcämie mit schwerer Tetanie) Sofortige Gabe von Calcium-Gluconat 10 % (20 40 ml i.v. über Min). Bis zum Verschwinden der Tetaniezeichen: Titration des Serum-Ca durch langsame i.v. Infusion mit 10 % Calcium-Gluconat; Diät, Phosphatrestriktion. Wichtige Hinweise zur Anwendung von Calcium Langsame Zufuhr unter Beobachtung des Patienten Bei zu rascher intravenöser Zufuhr treten Wärme und starkes Hitzegefühl, Herzklopfen und Kollapsneigung auf. Bei Kindern darf Calcium nur langsam i.v. verabreicht werden. Calcium kann bei digitalisierten Patienten Störungen der Herztätigkeit verursachen. Calcium darf phosphathaltigen Infusionslösungen nur zugespritzt werden, wenn die Kompatibilität vom Hersteller geprüft wurde (Gefahr der Ausfällung von Ca-Phosphat). Hypercalcämie Calciumkonzentration im Serum > 2.7 mmol / l (ionisiert <1.1 mmol / l) Ursachen Osteolytische Prozesse Knochenmetastasen Hämoblastosen Hyperthyreose Vitamin-D-Intoxikation Morbus Addison Immobilisation (Osteoporose, Morbus Paget u. a.) Idiopathische familiäre Hyercalcämie Klinische Symptomatik Renal: Gastro-intestinal : Cardiovaskulär : Neuromuskulär : Polyurie, Polydipsie, Konzentrationsschwäche, Neigung zu Dehydration Inappetenz, Meteorismus, Obstipation, Erbrechen, Hyperacidität mit Ulcusneigung Hypertonie, Bradykarie, Neigung zu Arrhythmien Hyporeflexie, Muskelschwäche, Bewusstseinsänderungen 38 39

21 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Symptome der hypercalcämischen Krise Akuter Verlauf Polyurie, gefolgt von Oligurie / Anurie Erbrechen, Obstipation, Paralytischer Ileus Verwirrtheit, Somnolenz, Koma Gefahr des Herzstillstandes Therapie der hypercalcämischen Krise (Notfall) Steigerung der Ca-Ausscheidung durch Flüssigkeitszufuhr und Gabe von Furosemid (forcierte Diurese) Furosemid 100 mg 2 stdl. (Na, K, Ca, Mg-Kontrollen sind erforderlich) Corticoide zur Hemmung der intestinalen Ca-Resorption: Prednisolon 100 mg / tägl. i.v. Hemmung der Osteolyse durch Calcitonin: 4 E / kg / Tag als Dauertropf i.v. Hämodialyse gegen Ca-freies Dialysat bei lebensbedrohlicher Hypercalcämie Magnesium Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf mmol / l 0.9 mmol / l mmol / kgkg / Tag Magnesium ist wichtiger Kofaktor von Enzymen des Intermediärstoffwechsels. Als Calciumantagonist ist es für die neuromuskuläre Erregbarkeit von Bedeutung. Hypomagnesiämie Magnesiumkonzentration im Serum < 0.8 mmol / l Ursachen Herabgesetzte enterale Aufnahme: Chronischer Alkoholismus Fasten (magnesiumarme Diät) Störungen der Absorption: Transportdefekte, Durchfall, Darmresektion Laxantienabusus Parenterale Ernährung mit magnesiumfreien Lösungen Renale Verluste: Renal tubuläre Acidose, chronische Diuretikagabe Hyperaldosteronismus Hyperthyreose Extrarenale Verluste: Massives Schwitzen, Laktation, akute Pankreatitis Klinische Symptomatik Muskulär-tetanische Zeichen: Tremor, (Waden-) Krämpfe, Parästhesien Zentrale Zeichen: Apathie, Depression, Schwindel, Angst, Nervosität Kardiale Zeichen: Tachykardie, Rhythmusstörungen Viszerale Zeichen: Magen-Darm-Krämpfe, Übelkeit, Erbrechen Therapie der Hypomagnesiämie Orale Substitution: magnesiumreiche Kost (Nüsse, Frischgemüse) Medikamentös: mmol Mg / Tag oral Substitution im Rahmen der parenteralen Ernährung: ca. 20 mmol tgl. per infusionem Cave: Magnesiumzufuhr bei Niereninsuffizienz! Elektrolyt-Konzentrate: Magnesiumchlorid 0.5 molar B. Braun Nur als Zusatz zu Infusionslösungen verwenden! 40 41

22 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Hypermagnesiämie Magnesiumkonzentration im Serum > 1.0 mmol / l Ursachen Renal: Niereninsuffizienz Exzessive Zufuhr: Magnesiumhaltige Einläufe und Antacida-Gabe Therapeutische Zufuhr (z. B. Eklampsie) Parenterale Ernährung Klinische Symptomatik Übelkeit, Erbrechen, Obstipation, Magen-Darm-Atonie bis zum paralytischen Ileus Allgemeine Muskelschwäche, Hyporeflexie Lähmungen Am Herzen: Erregungsbildungs- und Ausbreitungsstörungen Bei Konzentrationen über mmol / l im Serum besteht Lebensgefahr: Koma, Atemstillstand, Herzstillstand Therapie der Hypermagnesiämie Vermeidung jeglicher Magnesiumzufuhr 10 % Ca-Gluconat ml langsam i.v. als Akutmassnahme Glucose-Insulin-Therapie als %ige Glucoselösung (1 I.E. Altinsulin pro 4 5 g Glucose) Evtl. künstliche Beatmung Evtl. Dialyse Phosphat Ist das wichtigste intrazelluläre Anion. Als energiereiches Phosphat liefert es Energie für wesentliche Stoffwechselvorgänge, aktive Transportmechanismen, Enzymaktivitäten. Es ist Bestandteil von RNS und DNS und aller Membranstrukturen. Zusammen mit Calcium ist es an der Mineralisierung des Knochens beteiligt. Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf mmol / l 1.2 mmol / l 0.3 mmol / kgkg / Tag Hypophosphatämie Phosphatkonzentration im Serum < 0.8 mmol / l Ursachen Phosphatbindende Antacida (Aluminiumhydroxid) Erbrechen, Durchfall Insulinbehandlung beim Coma diabeticum Zufuhr von Kohlenhydraten zur parenteralen Ernährung Alkoholismus Diuretika Klinische Symptomatik der Hypophosphatämie Neuromuskuläre Symptome meist bei Phosphatwerten unter 0.3 mmol / l Diffuse Schmerzen Allgemeine Muskelschwäche Übelkeit, Erbrechen, Anorexie Herzarrhythmien Störungen der Atemfunktion Zentralnervöse Symptomatik Blutchemisch werden am häufigsten ein Retikulozytenanstieg und ein Anstieg der Lactatdehydrogenase beobachtet (LDH) 42 43

23 II. Der Wasser- / Elektrolythaushalt Therapie der Hypophosphatämie Elektrolyt-Konzentrat: z. B. Kaliumphosphat B. Braun 13.6 % (1 molar) oder Aequifusine (enthält zuätzlich Glucose) Die Infusion von Phospat richtet sich nach den Phosphatspiegeln im Serum. Als Anhaltswerte können gelten: mmol Phosphat / Tag bei der parenteralen Ernährung 2 6 mmol Phosphat / h in den ersten 24 Std. bei Coma diabeticum Hinweise zur Anwendung von Phosphat: Elektrolyt-Konzentrate als Zusatz zu Infusionslösungen verwenden (Nicht direkt injizieren!). Hyperphosphatämie Phosphatkonzentration im Serum > 1.5 mmol / l Ursachen Renal: Verminderte Ausscheidung bei Niereninsuffizienz Erhöhte Phosphatresorption (Hypoparathyreoidismus) Exzessive Zufuhr: Enteral oder im Rahmen der parenteralen Ernährung Transfusion älteren Blutes Vitamin-D-Intoxikation Zellzerfall: Hämolyse, Myolyse, Tumorzellzerfall (Zytostatikatherapie) Klinische Symptomatik Ausfallen von Calciumphosphat in verschiedenen Geweben Chlorid Normalbereich Serum Mittelwert Serum Tagesbedarf mmol / l 103 mmol / l 1.5 mmol / kgkg / Tag Chlorid steht in enger Beziehung zu Natrium und ist mit diesem wesentlich an der osmotischen Isotonie der extrazellulären Flüssigkeit beteiligt. Daneben hat Chlorid Einfluss auf die Regulation des Säuren-Basen-Haushalts. Reich an Chlorid sind die Schweissdrüsen der Haut und die salzsäure-produzierenden Zellen des Magens. Erbrechen von Magensaft führt zu grossen Chloridverlusten. Chlorid wird im Wesentlichen über die Nieren ausgeschieden. Hypochlorämie Chloridkonzentration im Serum < 95 mmol / l Ursachen Gastrointestinale Verluste, z. B. starkes Erbrechen, Absaugen von Magensaft Längerfristige, hochdosierte Therapie mit NNR-Hormonen (NNR = Nebennierenrinde) Hyperhydration Metabolische Alkalosen Diuretika Klinische Symptomatik Allgemeine Schwäche Verstärkte neuromuskuläre Erregbarkeit Ähnliche Symptome wie bei Alkalose und Hypokalämie Therapie der Hypochlorämie Infusion von Kochsalz-Lösung 0.9 % B. Braun mit KCI-Zusatz (¼ der Chloridzufuhr sollte als KCI erfolgen) 44 45