Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik. Teil 9. Wasser- und Elektrolythaushalt

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1 Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik Teil 9 Wasser- und Elektrolythaushalt Prof. Dr. Ralf Lichtinghagen Medizinische Hochschule Hannover Klinische Chemie Tel.:

2 Elektrolytverteilung zwischen EZR und IZR EZR: Extrazellulärraum, IZR: Intrazellulärraum Na + : Natrium, K + : Kalium, Ca 2+ : Calcium, Mg 2+ : Magnesium, Cl - : Chlorid, HPO 4 2- : Hydrogenphosphat, HCO 3 - : Bicarbonat, SO 4 2- : Sulfat

3 Tubuläre Rückresorption von Elektrolyten

4 Natrium

5 Natrium Wichtigste Messgröße für eine Beurteilung des Wasser- und Elektrolythaushaltes Natrium ist das häufigste Kation des Extrazellulärraums. Nahrungsaufnahme: ca g Kochsalz täglich hormonell regulierte renale Ausscheidung (ca. 95%) unter Beteiligung des antidiuretischen Hormons (ADH), des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems und natriuretischer Peptide aus dem Herzen. Aufgabe: Konstanthaltung der Osmolalität des EZR. Analytik Ionenselektive Elektrode (ISE) für Natrium Flammenphotometrie Referenzbereich: Referenzwerte liegen in engen Grenzen, Schwankungen beim Gesunden im Rahmen der Messungenauigkeit Serum, Plasma: mmol/l Urin: mmol/tag Extremwerte: Hypernatriämie mit Gefahr eines Herz-/Kreislaufstillstands Serum/Plasma-Natrium-Werte >155 mmol/l sind lebensbedrohlich! Hyponatriämie mit Gefahr von Muskelschwäche (<120) und neurologischen Ausfallerscheinungen (<105). Einflussgr./Störf: Pseudohyponatriämie im Serum/Plasma durch lipämische Proben.

6 Natrium Hypernatriämie Hyponatriämie verminderte Flüssigkeitszufuhr (insbes. Säuglinge, alte Menschen) vermehrter Wasserverlust Niere: zentraler Diabetes insipidus renaler Diabetes insipidus Darm: Infektionskrankheiten (Ruhr, Cholera) Hyperaldosteronismus schwere Herzinsuffizienz mit Überwässerung Aldosteronmangel bei Nebenniereninsuffizienz

7 Hormoneller Regelkreis Hypothalamus Durst Hypophysen hinterlappen ADH Angiotensin II Aldosteron Hyperosmolalität H 2 O-Aufnahme Plasmavolumen- Defizit Volumenabnahme Im EZR Renin Juxta- Glomerulärer Apparat distaler Tubulus + Na + -Rückresorption + H 2 O-Rückresorption Volumenzunahme im EZR

8 Pseudohyponatriämie Normale Probe Direkte ISE Ergebnisse (z.b. 0,5% Lipide) Analyse Na: 140 mmol/l Na: 140 mmol/l K: 4,0 K: 4,0 mmol/l Verdünnung Messung Ergebnis x 200 Ergebnisse 1/200 Indirekte ISE Na: 139,3 Aufgrund des Lipidanteils im Plasma wäre der richtige Faktor: 201 K: 3,98 Lipämische Probe Ergebnisse Direkte ISE (z.b. 5% Lipide) Analyse Na: 140 mmol/l Na: 140 mmol/l K: 4,0 K: 4,0 mmol/l Verdünnung Messung Ergebnis x 200 Ergebnisse 1/200 Indirekte ISE Na: 133,3 K: 3,8 Aufgrund des Lipidanteils im Plasma wäre der richtige Faktor: 210

9 Osmolalität Konzentration aller osmotisch aktiven, gelösten Teilchen in 1 kg Körperflüssigkeit. Bestimmungsindikation bei Störungen des Wasserhaushaltes, intensivmedizinischer Behandlung, Vergiftungsverdacht mit niedermolekularen Stoffen. Analytik Bestimmung der Gefrierpunktserniedrigung am Osmometer bzw. rechnerisch nach folgender Formel: Osmolalität = 1,86 x Na + (mmol/l) + Glucose (mmol/l) + Harnstoff (mmol/l) + 9 Referenzbereich: Referenzwerte für Serum liegen in engen Grenzen, große Schwankungen beim Gesunden im Urin abhängig vom Trinkverhalten. Durstversuch: Test auf Konzentrierfähigkeit der Niere Serum, Plasma: mosmol/kg Urin: mosmol/kg Urin (12h Durst) >950 mosmol/kg Osm. Lücke gemessene Osmolalität berechnete Osmolalität Ist die Differenz >10 liegt eine osmotische Lücke vor. Erhöhung nicht berücksichtigter endogene/exogener Substanzen.

10 Osmolalität Hypoton Verminderte Wasserausscheidung Hypotone Infusion Proteinmangel Hyperton Wasserzufuhr vermindert, Wasserverlust, Erhöhung endo- und exogener Substanzen Osmolalität erhöht Na + osmotische Lücke + 0 vermehrter Wasserverlust bei Durchfällen, Hyperglykämie, Diabetes insipidus ungenügende Wasserzufuhr 0 0 Niereninsuffizienz (Harnstoff erhöht) Hyperglykämie 0 + Laktatazidose (ungewöhnl. Stoffwechselmetabol.) Vergiftung mit Äthanol, Methanol, Ethylenglykol Osmolalität erniedrigt Na + osmotische Lücke - 0 Leberzirrhose (Hypoproteinämie und Ödembildung) akute und chronische Niereninsuffizienz

11 Chlorid

12 Chlorid Im EZR das Anion mit der höchsten Konzentration. Aufgaben: Indikation: Analytik Referenzbereich: Serum, Plasma: Urin: Extremwerte: Konstanthaltung der Osmolalität im EZR (Na-Bestimmung wichtiger) Regulation des Säure-Basen-Haushaltes (Austausch gegen Bicarbonat (Chloridverschiebung): Bei Acidose strömt Bicarbonat aus Erys ins Plasma und Chlorid im Austausch in die Erys ) Metabolische Alkalose und bei Acidose infolge gestörter Nierenfunktion, intensivmedizinische Elektrolytbilanzierung Ionenselektive Elektrode (ISE) für Chlorid Coulometrie mmol/l mmol/tag Hyperchlorämie und Hypochlorämie. Einflussgr./Störf: Pseudohypochlorämie durch lipämische Proben, Pseudohyperchlorämie durch z.b. Bromid-Medikation

13 Chlorid Merke: Veränderungen der Chlorid- und der Natriumkonzentration im Serum erfolgen meist parallel! Hyperchlorämie: Hypochlorämie: Gastrointestinal durch Verlust von Bicarbonat bei schweren Diarrhöen. Kompensatorischer Anstieg im Serum. gastrointestinaler Verlust starkes Erbrechen (HCL-Verlust) renaler Verlust Diuretika-Gabe (Hemmung der CL - - Rückresorption)

14 Anionenlücke Unter den Anionen sind klinisch nur neben dem Chlorid das Phosphat und das Bicarbonat von Bedeutung (Chlorid etwa 100x konzentrierter im Serum als Phosphat). Anionenlücke legt das Vorliegen anderer Anionen in höherer Konzentration offen: Anionenlücke (mmol/l) = Na + (mmol/l) Cl - (mmol/l) Bicarbonat (mmol/l) Beim Gesunden ist die Lücke nicht größer als 8-16 mmol/l! (Proteinanionen, Sulfat, Citrat, Laktat, Phosphat, Pyruvat in obiger Formel nicht berücksichtigt) Vergrößerte Anionenlücke bei: Hyperglykämie (D. mellitus) Laktatacidose Ketoazidose (Alkoholintoxikation)

15 Kalium

16 Kalium Wichtigstes Kation des Zellinneren. Nur 2% des Kaliums in der Extrazellulärflüssigkeit. Intrazelluläre Kaliumkonzentration durch Na/K-ATPase reguliert. Beschleunigter Einstrom in die Zelle durch Insulin. Hormonell (Aldosteron) regulierte renale Ausscheidung sowie Blut-pH-Abhängigkeit (niedriger ph: H + -Ausscheidung K + - Aufnahme). Aufgabe: Aufrechterhaltung der Osmolalität im IZR. Analytik Ionenselektive Elektrode (ISE) für Kalium Flammenphotometrie Referenzbereich: Referenzbereiche unterschiedlich für Serum und Plasma. Schwankungen bei der Kaliumkonzentration durch die Nahrungsaufnahme. Dadurch Referenzbereich relativ breit. Serum: 3,6-5,4 mmol/l Plasma: 3,2-4,9 mmol/l (auch Blutwasser) Urin: mmol/tag Extremwerte: Hyperkaliämie und Hypokaliämie führen zu einer Veränderung des Membranpotentials von Herz- und Muskelzellen mit Gefahr eines Herz-/Kreislaufstillstands. Serum/Plasma-Kalium-Werte >6 mmol/l

17 Hyperkaliämie Hypokaliämie Kalium verminderte renale Ausscheidung Azidose akute und chronische Niereninsuffizienz Aldosteronmangel Gabe Kalium-sparender Diuretika orale Kaliumübersubstitution Verschiebung zwischen intra- und extrazellulärem Kalium schwerer Insulinmangel Freisetzung von Kalium bei massivem Zelluntergang Hämolytische Krisen Fehltransfusionen oder zu altes Blut Verbrennungen und schwere Weichteilverletzungen Zytostatikatherapie gastrointestinale Kaliumverluste Laxantienabusus massive Diarrhöen erhöhte renale Ausscheidung Hyperaldosteronismus Leberzirrhose

18 Calcium

19 Calcium 99% abgelagert im Knochen als Hydroxylapatit. Rest vorwiegend im EZR. Serum/Plasma-Anteil besteht aus 50% ionisierte Form (aktiv, unter hormoneller Kontrolle), 40% proteingebundene Form, 10% komplexgebunden (Citrat, Phosphat, Bicarbonat). Proteinbindung ist ph-abhängig: Alkalose mit weniger aktivem Calcium und Tetaniegefahr! Hormoneller Regelkreis: eng verknüpft mit Phosphathaushalt. Parathormon (PTH: gebildet in der Nebenschilddrüse, Überfunktion: Hyperparathyreoidismus, Hormonmangel: Hypoparathyreoidismus)) führt zu Ca-Freisetzung aus Knochen, steigert Ca-Rückresorption bei gleichzeitiger Ausscheidung von Phosphat; VitD-abhängige Erhöhung der Resorption aus dem Darm; 1,25 Dihydroxycholecalciferol (Calcitrol: Mangel des VitD- Hormons bei Sonnenmangel, schweren Leber- und Nierenerkrankungen) steigert Calcium + Phosphatresorption aus dem Darm; Calcitonin als Antagonist der Erstgenannten führt zu einer Steigerung der renalen Ca-Ausscheidung, hemmt den Knochenabbau.

20 Calcium Indikationen: Analytik Störungen der PTH-Synthese in der Nebenschilddrüse, Vit.D- Mangel/Überdosierung, Nierensteine, Tumorerkrankungen, Krampfleiden, Bluthochdruck Photometrie, Flammenphotometrie und AAS für Gesamt-Calcium Ionenselektive Elektrode (ISE) für ionisiertes Calcium Referenzbereich: Unterscheiden zwischen Gesamt-Calcium und ionisiertem Calcium Serum/Plasma: 2,15-2,60 mmol/l Serumwasser: 1,17-1,30 mmol/l (für ph 7,4) Urin: 2,5-10 mmol/tag Extremwerte: Hypercalciämie > 4 mmol/l führt zu Tachykardie, Herzrhythmusstörungen und Koma mit Lebensgefahr. Einflussgr./Störf: Körperlage vor Blutentnahme wegen der Proteinbindung wichtig

21 Hypercalciämie Hypocalciämie Calcium Störungen der hormonellen Regulation Hyperparathyreoidismus (Ca Phosphat PTH ) vermehrte Freisetzung aus Knochen Osteolysen durch Knochentumor/metastasen Plasmozytom paraneoplastisch (Mamma-Ca, Bronchial-Ca) ektope Bildung von PTH langandauernde Immobilisation Störungen der hormonellen Regulation Hypoparathyreoidismus (Ca Phosphat PTH ) Hypomagnesiämie Unzureichende Ca 2+ -Resorption Mangelernährung Vit.D 3 -Mangel Mangel an 1,25-Dihydroxycholecalciferol chron. Niereninsuffizienz (1,25-D.-Bildung ) verminderte Albuminkonzentration (Gesamt-Ca ion.ca ) nephrotisches Syndrom (Pseudohypocalciämie) Leberzirrhose (Pseudoh.) akute Pankreatitis

22 Magnesium

23 Magnesium Magnesium ist wichtig für die Muskelfunktion, Wirksamer Anteil ist das freie Magnesium (10% im IZR (90% gebunden an Nukleinsäuren) und 50-60% im Plasma (30% proteingebunden, Rest an Phosphat, Citrat und weitere Komplexbildner)). Es gibt viele Übereinstimmungen mit dem Calciumstoffwechsel (Krampfbereitschaft bei Calciumund Magnesiummangel). Bestimmungsindikationen sind: Muskelschwäche und krämpfe, Herzrhythmusstörungen, forcierte Diurese, parenterale Ernährung Analytik Referenzbereich: Serum/Plasma: Urin: Extremwerte: Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) Photometrischer Farbtest mit z.b. Xylidylblau (roter Farbkomplex entsteht) 0,75-1,10 mmol/l 2,5-8,5 mmol/tag Hypermagnesiämie und Hypomagnesiämie. Erniedrigte Werte sind von klinischer Bedeutung. Einflussgr./Störf: Hämolyse (falsch-hohe Werte) EDTA-Plasma (Komplexbildung).

24 Magnesium Hypermagnesiämie (eher selten) Hypomagnesiämie akutes und chronisches Nierenversagen Hypothyreose (Mg 2+ hormonell erhöht im Blut, gesenkt im IZR) Mg-haltige Medikamente (Antiacida, Laxantien) verminderte Zufuhr (Fasten, Alkoholismus) verminderte Resorption (Diarrhöen) vermehrte renale Ausscheidung Tubulusschaden Nephrotisches Syndrom Schleifendiuretika Hyperthyreoidismus (Mg 2+ hormonell gesenkt im Blut, erhöht im IZR)

25 Phosphat

26 Phosphat Wichtigstes Anion des Zellinneren. Ca % sind in Knochen und Zähnen fixiert. Der Stoffwechsel des Phosphats ist eng mit dem des Calciums verbunden, Parallel zu einer Calciumbestimmung sollte eine Phosphatbestimmung durchgeführt werden. Phosphatkonzentration im Serum/Plasma abhängig von: Nahrungszufuhr, Resorption aus dem Darm, Einstrom in die Zellen, renale Elimination. Hormoneller Regelkreis: Parathormon (PTH) hemmt Rückresorption, fördert Phosphatausscheidung; 1,25 Dihydroxycholecalciferol steigert Phosphatresorption aus dem Darm Analytik Photometrischer Farbtest (Ammoniummolybdat zu Molybdänblau) Referenzbereich: Serum/Plasma: 0,83-1,67 mmol/l Urin: mmol/tag Extremwerte: Hyperphosphatämie und Hypophosphatämie bei einer Reihe verschiedener Ursachen. Einflussgr./Störf: 12h Nahrungskarenz vor Blutentnahme, Hämolyse setzt Phosphatester frei.

27 Phosphat Merke: Phosphat- und Calciumstoffwechsel sind eng verknüpft, unterliegen demselben Regelkreis. Hyperphosphatämie: Hypophosphatämie: physiologisch im Wachstum Hypoparathyreoidismus chron. Niereninsuffizienz Vit.D-Intoxikation Erkrankungen mit vermehrtem Knochenabbau Hyperthyreoidismus Malabsorptionssyndrom Vit.-D-Mangel (Rachitis)

28 Befund 1 Patientin, 70 J, Bewusstlosigkeit, trockene Schleimhäute Hyperosm. Koma bei Diabetes mellitus Typ II Konzentrationshypernatriämie, Volumenmangel, intrazell. Dehydratation

29 Befund 2 Patientin, 40 J, Ständige Kopfschmerzen, erhöhte Blutdruckwerte (180/110) Frage: Hormonstörung? Conn-Syndrom Hyperaldosteronismus Prim: Aldosteron Renin Sek: Renin Aldost.

30 Befund 3 Patientin, 36 J, Rezidivierende Koliken, die von der Lendengegend zur Blase hin ausstrahlen. Nephrolithiasis bei Hyperparathyreoidismus