Basiswissen Ernährung (Folge 12)

Das einwertige Mengenelement Kalium ist aus chemischer Sicht zu den Alkalimetallen zu zählen und ist im menschlichen Organismus mit einer Konzentration von 150 bis 160 mmol/l das bedeutendste Kation des Intrazellulärraumes [1]. Im Jahr 1808 entdeckte Humphrey Davy dieses Element; Harry G. Miller erkannte dann 1926 die Essentialität von Kalium für das normale Wachstum und in den 1940er Jahren stellten Elsa Orent-Keiles et al. fest, dass niedrige Kaliumwerte zu Herz- und Nierenschäden sowie zu Sterilität bei Ratten führen. Schließlich beschrieb 1966 Woodbury die Natrium-Kalium-Pumpe in Zellmembranen, die eine Elektrizität erzeugt [2].

In der Erdkruste ist Kalium das siebenthäufigste Element. Es kommt chemisch gebunden in Mineralien, Organismen und im Meerwasser vor. Zwar ist es sowohl in tierischen als auch pflanzlichen Lebensmitteln enthalten, doch sind vor allem letztere von nutritiver Bedeutung, da intrazellulär hohe Kaliumkonzentrationen vorliegen [2; 3]. Gut geeignete Lebensmittel sind einige Gemüsesorten wie Spinat, Mangold und Feldsalat sowie diverse Obstsorten. Das bekannteste Beispiel ist sicherlich die Banane, die ca. 250 mg Kalium/100 g enthält. Gleichzeitig ist sie aber sehr energiereich. Bezogen auf die Energiedichte schneiden andere Obstsorten genauso gut ab [4]. Weiterhin eignen sich Hülsenfrüchte, Nüsse und Getreidevollkorn als Kaliumlieferanten [1]. Arm an Kalium sind dagegen verarbeitete Lebensmittel, Fette und Öle, Stärkemehle sowie Zucker und Marmeladen [2]. Bei der Zubereitung erweist es sich als problematisch, dass es durch Garen der Lebensmittel zu starken Kaliumverlusten kommt, da Kalium zu großen Teilen ins Kochwasser übergeht [1¸3].

Stoffwechsel: Das häufigste Kation

In der intrazellulären Flüssigkeit ist Kalium mit einer Konzentration von 140 mmol/l das häufigste Kation. Und obwohl sich nur zwei Prozent des gesamten Kaliumbestandes im Extrazellulärraum befinden, reagiert der Organismus sehr empfindlich auf Schwankungen. Sowohl Erhöhungen als auch Erniedrigungen der extrazellulären Kaliumkonzentration können schwere neuromuskuläre bzw. muskuläre Störungen hervorrufen [3]. Doch durch das Zusammenwirken der Na⁺ /K⁺ -Pumpe und renalen Kaliumexkretion und eine komplexe endokrine Regulation wird die Kaliumhomöostase aufrechterhalten [1].

Neugeborene verfügen im Durchschnitt über einen Kaliumbestand von 5 g. Bei erwachsenen Frauen beträgt er ca. 100 g, bei Männern 150 g. Der Kaliumbestand steht nach Abschluss des Wachstums in direkter Beziehung zur Körperoberfläche und spiegelt den Bedarf für die stoffwechselaktive Körpermasse – Zellmagermasse – wider [3]. Die Absorption von Kalium erfolgt sehr rasch und größtenteils über die H⁺ /K⁺ -ATPase im oberen Abschnitt des Dünndarms. Des Weiteren ist eine Absorption auch durch passive Diffusion, die parazellulär erfolgt, möglich [1]. Der Großteil des Kaliums befindet sich in metabolisch aktivem Gewebe wie der Muskulatur. Kalium wird fast ausschließlich (zu 90%) renal ausgeschieden, der Rest wird via Fäzes abgegeben [3].

Hauptfunktion: Den Ionengradienten erhalten

Kalium ist das wichtigste intrazelluläre Kation und hält gemeinsam mit Natrium im Extrazellulärraum einen Ionengradienten aufrecht, der für die normale Zellfunktion unverzichtbar ist. Mit Hilfe der Na⁺ /K⁺ -Pumpe, die sich in der Zellmembran befindet, kann ein Ungleichgewicht erzeugt werden, indem intrazelluläres Natrium in den Extrazellulärraum gelangt und Kalium den entgegengesetzten Weg nimmt. Dadurch entsteht ein Membranpotenzial, wodurch Nervenimpulse, der Herzrhythmus und die Muskelarbeit gesteuert werden. Daneben spielt Kalium eine Rolle bei der Resorption von Aminosäuren und Glucose sowie bei deren Transport. Auch an der Glykogenspeicherung und als Cofaktor einiger Enzyme wie der Pyruvatkinase ist es beteiligt. Schließlich ist es für die Insulin-Sekretion und die Regulation des Säure-Base-Haushalts der Zellen wichtig [5].

Empfehlungen: Meist höher als Soll

Da der Kaliumbedarf abhängig von der Zellmasse ist, lässt er sich nicht exakt ermitteln. So geben die DACH-Referenzwerte auch lediglich Schätzwerte für eine Mindestkaliumzufuhr an, die notwendig für das Wachstum der Zellmasse und für die Erhaltung der Elektrolythomöostase ist [5] (Tab. 1). Da Säuglinge in den ersten vier Lebensmonaten ein besonders rasches Wachstum aufweisen, beträgt ihr Bedarf an Kalium 400 mg pro Tag. Bis zum 12. Lebensjahr liegt der Kaliumbedarf für Mädchen und Jungen dann zwischen 650 und 1700 mg täglich. In der Pubertät, in der ein großer Wachstumsschub erfolgt, steigt er auf bis zu 1900 mg pro Tag. Für Jugendliche und Erwachsene gilt schließlich ein Kaliumbedarf von mindestens 2000 mg pro Tag. Unter üblichen Lebensbedingungen ist diese Menge ausreichend; auch für Schwangere und Stillende ergibt sich kein nennenswerter Mehrbedarf [3]. In Abhängigkeit vom Obst- und Gemüseverzehr nehmen Personen in westlichen Industrienationen zwischen 1,56 und 5,86 g Kalium/Tag auf [5]. Auch in Deutschland wird die empfohlene Zufuhr im Durchschnitt mehr als erreicht [6] (Tab. 2 und 3). Da der heute z. T. sehr hohe Kochsalzverzehr die renale Ausscheidung von Kalium jedoch erhöht und einige präventive Wirkungen höherer Kaliumkonzentrationen diskutiert werden, wird in der Wissenschaft in Erwägung gezogen, die Zufuhrempfehlungen zu erhöhen [5].

Kaliummangel und die Folgen

Ein Kaliummangel kann verschiedene Ursachen haben (Tab. 4). Da die Niere eine unzureichende Nahrungszufuhr nicht durch eine verminderte Ausscheidung kompensiert, kann bereits eine leichte Unterschreitung des Bedarfs zu Mangelsymptomen führen [3]. Des Weiteren spielen gastrointestinale Verluste, die durch Diarrhoen, Erbrechen und Laxanzienabusus auftreten können, eine wichtige Rolle. Auch endokrine Störungen wie Hyperaldosteronismus, Glucocorticoidüberschuss (Cushing-Syndrom) und Schleifendiuretika steigern die Kaliumausscheidung, die zu einem Abfall des Kaliumspiegels im Blut führen kann. Wird wie bei einer Alkalose ein Teil des Kaliums des Extrazellulärraums in den Intrazellulärraum verschoben, so senkt dies ebenso den Kaliumspiegel, da bei einem erhöhten pH-Wert Kalium verstärkt ins Zellinnere gelangt. Da Kalium eine zentrale Bedeutung im Stoffwechsel von Muskel- und Nervenzellen hat, treten vor allem neuromuskuläre Symptome auf. Es kommt neben allgemeinen Erschöpfungszuständen zu Muskelschwäche und -krämpfen, Parästhesien, Lähmungen und Obstipation. Weiterhin kann durch Hyperpolarisation am Herzen die Erregungsleitung gestört sein, die sich bis zu Rhythmusstörungen entwickeln kann; bei digitalisierten Personen können zudem Extrasystolen auftreten [1].

Hyperkaliämie und die Folgen

Eine Hyperkaliämie tritt ab einer Plasmakonzentration von > 5 mmol/l auf [2]. Oft beruht diese auf einer gestörten renalen Ausscheidung wie sie bei endokrinen Erkrankungen, etwa der Addison-Krankheit oder Niereninsuffizienz zu beobachten sind (Tab. 5). Bei einer chronischen Niereninsuffizienz kommt es zu einer gestörten Kaliumausscheidung, wenn die Aldosteron-Wirkung inhibiert ist, was eine erhöhte Kaliumsekretion in den Harn zur Folge hat. Als weitere Ursache für Hyperkaliämie kann die Acidose genannt werden. Dabei gelangt Kalium im Austausch mit H+-Ionen vermehrt in den Extrazellulärraum. Auch Digitalis-Intoxikationen steigern über eine Hemmung der Na⁺ /K⁺ -ATPase die Kaliumkonzentration im Blut [1]. Insgesamt treten Kalium-Intoxikationen selten auf, doch müssen die daraus resultierenden Folgen als gefährlich eingestuft werden. Durch die erhöhten Kaliumwerte im Blut sinkt in Muskel- und Nervenzellen das Membranpotenzial. Klinisch kann dies zur Störung der Herzfunktion bis hin zu einer Herzlähmung (ab 7 bis 10 mmol/l) führen. Erste Indizien für eine veränderte Herzfunktion können am EKG abgelesen werden. Weitere Folgen einer erhöhten Kaliumkonzentration im Extrazellulärraum sind Ohrensausen, Taubheit, Verwirrtheit, Halluzinationen, aber auch Parästhesien, Gliederschwere bis hin zu Muskellähmungen [2].Weitere mögliche Symptome sind Bauchschmerzen und Diarrhoe. Als besonders gefährdet gelten Kinder und Senioren, da bei ihnen die Nierenfunktion entweder noch nicht voll ausgereift oder reduziert ist. So nimmt mit steigendem Alter die Nierenmasse und damit die Tubuluszahl ab, so dass die Anpassung der Kaliumausscheidung bei überhöhten Kaliumkonzentrationen ungenügend ist. Weiterhin ist bei Senioren zu beachten, dass diese häufig Tabletten oder -kombinationen einnehmen, die den Kaliumspiegel erhöhen [5].

Einfluss von Arzneistoffen

Zu den Medikamenten, die Hyperkaliämien hervorrufen können, gehören z. B. Heparin, ACE-Hemmer sowie Spironolakton. Zu beachten ist, dass durch nicht-steroidale Schmerzmittel bei vorher geringen Renin- oder Aldosteronspiegeln auch ohne Symptome schwere Hyperkaliämien auftreten können. Weiterhin steigern das virostatische Pentamidin, die kaliumsparenden Diuretika Amilorid und Triamteren, das Immunsuppressivum Cyclosporin A sowie das Antibiotikum Clotrimoxazol den Kaliumspiegel, da sie alle die Sekretion von Kalium in den distalen Tubulus hemmen.

Erhöhte Kaliumspiegel aufgrund einer Rhabdomyolyse werden einerseits durch Benzodiazepine, Statine und Antidepressiva und andererseits durch Rauschgifte wie Opiate, LSD und Kokain begünstigt. Betablocker und Digitalis hemmen die Natrium-Kalium-Pumpe, so dass weniger Kalium in die Zellen transportiert werden kann. Bei einer kombinierten Anwendung von Arzneistoffen, die den Kaliumhaushalt beeinflussen, etwa kaliumsparende Diuretika und nicht-steroidale Antiphlogistika, steigt das Risiko für eine Hyperkaliämie. Besonders kritisch sind Kombinationen mit ACE-Hemmern. Gerade Diabetiker sind gefährdet, da diese ohnehin weniger Renin ausscheiden.

Ernährung bei einem gestörten Kaliumhaushalt

Liegen die Blutkaliumwerte bei < 3 mmol/l oder sind bereits Symptome einer Hypokaliämie erkennbar, sollte nicht nur die Grundkrankheit behandelt werden und der Patient mit einer kaliumreichen Diät ernährt werden, sondern auch eine orale Substitution vorgenommen werden. Bei schweren Hypokaliämien (< 2,5 mmol/l) sollte Kalium parenteral verabreicht werden. Allerdings sollte nicht mehr als 20 mmol Kalium/h gegeben werden. Eine kaliumreiche Kost sollte etwa sechs Gramm Kalium enthalten. Dazu gehören reichlich Kartoffeln, kaliumreiches Obst und Gemüse, Vollkornerzeugnisse, Trockenobst und Obstsäfte. Bei der Zubereitung sollte langes Wässern vermieden werden sowie Koch- und Konservenwasser mit verwendet werden.

Patienten mit einer Hyperkaliämie sollten sich dagegen kaliumarm ernähren, bis sich die Werte wieder normalisiert haben. Kaliumreiches Obst und Gemüse ist zu meiden. Empfohlen werden können aber kaliumarme Sorten wie Pfirsiche, Kirschen, Erdbeeren, Apfelmus, Chinakohl, Kopfsalat, grüne Bohnen und Auberginen [5].

Kaliumsupplemente zu den Mahlzeiten nehmen

Bei der Einnahme von Kaliumsupplementen können Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, aber auch Geschwüre im Gastrointestinaltrakt auftreten. Diese können mit Kalium-Retard-Dragees, die zu den Mahlzeiten eingenommen werden, vermieden werden. Etwa 0,8 g Kalium/Tag reichen bereits zur Prävention von Hypokaliämien; zur Therapie werden 1,6 bis 3,9 g Kalium/Tag, meist in Form von Kaliumchlorid eingesetzt. Es muss beachtet werden, dass für Nierenkranke eine chronische Einnahme von bereits 6 g schädlich sein kann, wohingegen bei gesunden Erwachsenen erste Intoxikationserscheinungen erst bei Supplementierungen von über 11 g beobachtet werden konnten. Risikogruppen wie Kinder und Senioren sowie Patienten, die von einem Kaliumüberschuss betroffen sind, sollten keine Kaliumsupplemente ohne Absprachen mit dem Arzt einnehmen [5].

Kalium in Prävention und Therapie

Aufgrund seiner physiologischen Eigenschaften ist Kalium auch aus ernährungsmedizinischer Sicht bedeutsam. Beispielsweise wird das Blutdruckverhalten stark von der zugeführten Kaliummenge beeinflusst: so kann mit einer kaliumreichen Ernährung bzw. mit Supplementen und einer gleichzeitig verminderten Kochsalzzufuhr der Blutdruck effektiv gesenkt werden (Tab. 6). Außerdem kann eine hohe Kaliumzufuhr das Risiko für einige Erkrankungen wie calciumhaltige Nierensteine oder den apoplektischen Insult senken. Weiterhin wird diskutiert, ob Kalium die Glucosetoleranz verbessert [1].

[1] Hahn, A.; Ströhle, A.; Wolters, M.: Ernährung – Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart 2., überarbeitete und aktualisierte Auflage, 128 –130

[2] Elmadfa, I, Leitzmann, C: Ernährung des Menschen. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 4., korrigierte und aktualisierte Auflage, 224 –226, (2004).

[3] Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE); Österreichische Gesellschaft für Ernährung (ÖGE); Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung (SGE) (Hrsg.): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Frankfurt/Main 1. Auflage, 154 –157, 2000.

[4] Biesalski, H.-K.; Grimm, P.: Taschenatlas der Ernährung. Thieme, Stuttgart 2., aktualisierte Auflage, 218f. (2001).

[5] Hofmann, L.: Grundlagen Update: Kalium; Ernährung im Fokus 3-08, 253 – 257 (2003).

[6] Mensink, G. und M.; v. Beitz, R.; Henschel, Y.: Beiträge zur Gesundheitsberichtserstattung des Bundes: "Was essen wir heute? Ernährungsverhalten in Deutschland". Robert-Koch-Institut Berlin, 72 f. (2002).