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Biochemie
Die Osmolalität ( in mosmol/kg) ist die Summe der Konzentrationen aller gelösten Teilchen pro kg Lösungsmittel (Wasser). Art, Masse und Ladung der Teilchen spielen dabei keine Rolle. Der Organismus versucht über die Wasserausscheidung (ADH) und den Durstmechanismus die Osmolalität in engen Grenzen konstant zu halten. Störungen der Osmolalität sind Störungen der Wasserbilanz oder werden durch erhöhte Konzentrationen osmotisch aktiver Substanzen verursacht.
Die Osmolalität des Plasmas wird hauptsächlich durch die Konzentrationen von Natrium, Chlorid, Bicarbonat, Glucose und Harnstoff bestimmt. Sie lässt sich mit einem Osmometer messen. Man kann sie aber auch approximativ berechnen nach der Gleichung:
Osmolalität (mosmol/kg) = 1.86 × [Na+] + [Harnstoff] + [Glucose] + 9
wobei die gemessenen Natrium, Harnstoff und Glucosekonzentrationen in mmol/L eingesetzt werden.
Die Differenz zwischen gemessener und berechneter Osmolalität wird als osmotische Lücke bezeichnet und beträgt normalerweise weniger als + oder -10 mosmol/kg. Eine vergrösserte osmotische Lücke weist auf eine, in der Gleichung nicht berücksichtigte, osmotisch wirksame Substanzen hin. In Frage kommen da meist: Bicarbonat (bei Azidose), Lactat, Ketonkörper, Medikamente wie Salicylate und bei Intoxikationen mit Alkohol (1 Promille vergrössert die osmotische Lücke um 22 mosmol/kg), Ethylenglykol, Methanol, Isoporpyl-Alkohol.Der Wert der Osmotischen Lücke wird nicht beeinflusst durch Aceton.
Mit Alkohol kann die zu erwartende Osmolalität auch berechnet werden nach der folgenden Formel:
Osmolalität (mosmol/kg) = 1.86 × [Na+] + [Harnstoff] + [Glucose] + [EtOH]+ 9 (2)
Eine Nierenisuffizienz beeinflusst die Osmotische Lücke per se nicht.(3)
Im Urin kann die Osmolalität in weiten Grenzen variieren (50 - 1400 mosmol/kg). Bei normaler Nierenfunktion ist die Urinosmolalität abhängig von:
- der Zufuhr osmotisch aktiver Substanzen mit der Nahrung
- der Wasserzufuhr
Pro Tag werden normalerweise etwa 450 - 600 mmol osmotisch aktive Substanzen in 1 - 1.5 Liter Urin ausgeschieden.
Beim unbehandelten Diabetes insipidus werden pro Tag bis zu 20 Liter eines verdünnten Urins
(< 150 mosm/kg) ausgeschieden und ebensoviel Flüssigkeit getrunken. Sitz der Störung kann die Hypophyse oder die Niere selbst sein:
- zentraler Diabetes insipidus (Mangel an ADH)
- renaler Diabetes insipidus (verminderte Ansprechbarkeit des distalen Tubulus auf ADH)
Klinik
Die Osmolalität wird in den Osmorezeptoren im Hypothalamus und im Bereich des III. Hirnventrikels gemessen. Regulationen finden beim Gesunden durch die Steuerung des Durst- und Salzhunger-Gefühls statt. Eine zu hohe bzw. zu tiefe Osmolalität wird direkt korrigiert v. a. durch die Regulation der Freisetzung von ADH aus der Hypophyse.
Grundsätzlich ist es wichtig zu wissen, ob eine Hyper- oder Hypoosmolalität durch eine Substanz verursacht wird, für welche die Zellmembranen permeabel sind, oder nicht. Na+ permeiert nicht gut, weil die Natriumkanäle in den Zellmembranen normalerweise geschlossen sind. Eine erhöhte interstitielle Natriumkonzentration führt zu einem erhöhten Wasseraustritt und somit schrumpft die Zelle (bei Erythrozyten bekannt als Stachelzelle).
Erhöhte Glucosespiegel im Rahmen eines dekompensierten Diabetes mellitus sind Ursache für das hyperosmolare Koma. Auch eine Erhöhung des Harnstoffs bei fortgeschrittener Niereninsuffizienz kann eine Hyperosmolalität verursachen. Harnstoff dringt leicht in die Zellen ein, so dass kein Gefälle auftritt und die Zellen kein Wasser verlieren.
Hyperosmolalität, eine Erhöhung von osmotisch wirksamen Substanzen wird meist durch eine Erhöhung des Natriums verursacht (Hypernatriämie), welche offenbar nicht durch eine erhöhte ADH-Ausschüttung kompensiert werden kann (zentraler oder renaler Diabetes insipidus).
Auch eine Störung der Harnkonzentrierung in der Henle-Schleife der Niere kann Ursache sein für eine Hyperosmolalität. Mineralocorticoide steigern die Rückresorption von Natrium aus dem Primärharn. Daher ist eine Hypernatriämie beim M. Cushing nicht selten.
Die Symptome einer Hyperosmolalität sind hauptsächlich zentralnervöser Art: Somnolenz, Krampfanfälle, Koma. Beim Schrumpfen des Gehirns können cerebrale Blutungen entstehen.
Hypoosmolalität kommt fast nur in Zusammenhang mit einem tiefen Natrium vor. Eine pathologische Polydipsie, beispielsweise bei Anorektikern, welche exzessiv Wasser trinken und nicht genug Salze mit der Nahrung einnehmen, oder bei anderen psychogenen Störungen, kann eine Hypoosmolalität zur Folge haben. Bei Herz- oder Niereninsuffizienz kann eine Hypervolämie mit entsprechender Symptomatologie (periphere Ödeme, Lungenstauung, Lungenödem und Blutdruckerhöhung).
SIADH (Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion): Eine fehlende Kontrolle des Plasmavolumens durch mangelhafte ADH-Freisetzung kann teilweise durch das Renin-Angiotensin-Aldosteron System und durch natriuretische Peptide (ANP/BNP) aufgefangen werden. Vermehrte ADH-Freisetzung kommt bei Hirntumoren, Hirntraumen vor, bei denen die Hypophyse komprimiert wird, oder bei ektoper Produktion, beispielsweise durch Tumorgewebe. Weitere Ursachen für SIADH: Lungenerkrankungen, Hypothyreose, intermittierender Porphyrie und durch Medikamente (Vincristin [Zytostatikum], Clofibrat [Lipidsenker], Carbamazepin [Antiepileptikum])