Kalium

1926 wurde die Essentialität des Kaliums für normales Wachstum entdeckt, 1966 eine Elektrizität erzeugende Natrium-Kalium-Pumpe in Zellmembranen postuliert. Kalium (Atomgewicht ca. 39; 1 mmol entspricht 39 mg) ist mit 2,4 % das siebthäufigste Element in der oberen Erdkruste und der mengenmäßig wichtigste Pflanzennährstoff. Kalium kommt zu 98 % in den Zellen, dem intrazellulären Raum, vor. Ein Teil des Kaliums liegt in den Zellen in Form von Ionen, also im Zellsaft gelöst, vor. Der andere Teil ist an Plasmakolloide in der Pflanzenzelle gebunden, wodurch der Quellungszustand beeinflusst wird.

Photosynthese und Atmung werden durch Kalium mit gesteuert, es aktiviert eine größere Zahl von Enzymen. Ein Kaliummangel bei Pflanzen beispielsweise führt zu einer Verringerung der Cellulosebildung, die Standfestigkeit der Pflanzen nimmt dadurch ab. Im tierischen Organismus werden der Kohlenhydrat- und auch der Fettstoffwechsel durch Kalium beeinflusst: Kaliumionen steigern die Vorgänge der Glykolyse und auch das Glykogen in der Leber, der Lipolyse, der Gewebsatmung und auch der Synthese von Eiweißstoffen.

Bedeutung für den menschlichen Organismus

Der menschliche Körper besteht zu etwa 0,25 % der Körpermasse aus Kalium, d. h. bei einem Körpergewicht von 70 kg etwa 175 g. Die Kalium-Resorption erfolgt fast vollständig im oberen Dünndarm. Die Normalwerte für Kalium im Plasma betragen 3,5 bis 5 mmol/l. Zusammen mit Phosphat und Proteinen ist Kalium bei einer intrazellulären Konzentration des Ions von 140 mmol/l für den osmotischen Druck der Zelle bestimmend. Außerdem wird das Ruhepotenzial einer Zelle durch den so genannten K-Ausstrom, die Kaliumionen-Leitfähigkeit bestimmt.

In allen Fällen, in denen Kaliumionen einen biochemischen Vorgang beschleunigen, wirken Natriumionen als Antagonisten. Diese befinden sich im Körper überwiegend außerhalb der Zellen. Um dieses Gefälle zwischen den Konzentrationen an Natrium- und Kaliumionen in und außerhalb der Zelle aufrecht zu erhalten, gibt es einen Mechanismus, der als Kalium-Natrium-Pumpe bezeichnet wird. Sie bewirkt den Transport von Kalium- und Natriumionen in oder aus Zellen. Die Erregbarkeit von Zellen, d.h. auch von Nervenzellen, ist von diesem Konzentrationsgefälle abhängig.

Werden Nervenzellen gereizt, so ändert sich die Durchlässigkeit der Zellmembranen für die Natrium- und Kaliumionen: Die Kaliumionen treten aus dem Zellinneren heraus, die Natriumionen können nun in die Zelle hinein gelangen. Um den Normalzustand des biologischen Systems wieder herstellen zu können, tritt die Kalium-Natrium-Pumpe in Aktion. Mit Hilfe eines speziellen Transportenzyms (Na-K-ATPase – wird nach einer Mahlzeit über den Insulinrezeptor aktiviert) wird dieser Transport wieder rückgängig gemacht und damit auch der ursprüngliche (osmotische) Druck wieder hergestellt.

Der tägliche Kaliumbedarf liegt bei Kindern etwa bei 1 bis 2 g, beim Erwachsenen zwischen 2 und 3 g. Das Kalium wird aus dem Darm etwas langsamer als Natrium und Chlorid resorbiert. Etwa 90 % des aufgenommenen Kaliums werden nach der Resorption aus dem Dünndarm durch die Nieren ausgeschieden. Bei körperlich schwer arbeitenden Menschen findet eine Ausscheidung bis zu 30 % über den Schweiß statt.

Zwei bis drei Prozent des gesamten Kalium-Gehaltes im menschlichen Körper werden täglich umgesetzt. Die Niere ist in der Lage, auf die Veränderungen der Kaliumkonzentrationen im Raum außerhalb der Zellen rasch zu reagieren und somit die Ausscheidung zu steuern, sofern Überschüsse vorliegen (als renale Elimination, primär über eine aktive Sekretion in den distalen Tubulus, reguliert u.a. durch Aldosteron). Eine Anpassung an einen Kaliummangel, z. B. durch Zurückhaltung des Kaliums aus dem Urin, ist der Niere jedoch nicht möglich. Zwei innersekretorische Drüsen, die Nebennierenrinde und der Hypophysenhinterlappen, üben hier die entscheidenden Einflüsse aus.

Nach der Resorption gelangt das Kalium zuerst in die Leber. Hier kann es auch vorübergehend gespeichert werden. Es spielt hier eine wichtige Rolle bei der Spaltung des Glykogens. Eine vergleichbare Funktion hat das Kalium auch in den Muskeln. In der Muskulatur sind 60 bis 70 % des gesamten Kaliumgehaltes eines Menschen lokalisiert. Die beschriebene Nerven- und Muskelreizung führt zur Abgabe von Kaliumionen und zur Aufnahme von Natriumionen. D. h., die Erregbarkeit von Nerven und Muskeln wird entscheidend von der Kaliumkonzentration außerhalb der Zellen bestimmt.

Kaliummangel

Ein Kaliummangel kann bei einer zu geringen Nahrungsaufnahme bzw. bei gleichzeitigem starken Schwitzen und kaliumarmer Kost auftreten. Aber auch Störungen im Säure-Base-Haushalt und Durchfälle oder Erbrechen mit hohen Kaliumverlusten können zu einem Kaliummangel führen. Solche kaliumbedingten Mangelzustände machen sich in Krämpfen in der Beinmuskulatur, Kreislaufschwäche (mit Veränderungen im EKG: Auftreten von U-Wellen bei einer Hypokaliämie), Kopfschmerzen und Übelkeit sowie Muskelschmerzen bemerkbar. Hungerkuren und auch der Missbrauch von Laxanzien können die Ursache von Kaliummangel werden.

Diese Symptome lassen sich durch kaliumhaltige Infusionen schnell wieder beseitigen. Speziell durch einen übermäßigen Lakritzgenuss kann es zu einer Hypokaliämie kommen: Durch Lakritz werden aldosteronähnliche Wirkungen ausgelöst, welche die tubuläre Kaliumsekretion in der Niere fördern. Das Konzentrationsverhältnis von Kalium und Natrium im Harn wird durch Corticosteroide reguliert. Bei chronischen Nierenerkrankungen ist in manchen Fällen auch die Kaliumausscheidung gestört. Auch in Krebszellen wurden wesentliche Veränderungen beim Kaliumstoffwechsel festgestellt. Kalium ist somit zu Recht zu den lebensnotwendigen Elementen zu rechnen.

Zuviel an Kochsalz begünstigt den Bluthochdruck. Vor allem, wenn Wasseransammlungen die Ursache für einen erhöhten Blutdruck sind, kann durch eine verminderte Natriumzufuhr, z. B. durch Verwendung von Kaliumsalzen, für eine Normalisierung der Wasserausscheidung gesorgt werden. Durch einen zu hohen Gehalt an Natrium im Organismus können sich Ödeme bilden, auch die Blutflüssigkeit nimmt insgesamt zu. Damit wird durch den Natriumgehalt im Körper indirekt der Blutdruck bestimmt. Eine Diät bei Bluthochdruck ist in vielen Fällen auch eine natriumarme Diät.

Nach der Verordnung über diätetische Lebensmittel (Diätverordnung) sind die Kaliumsalze folgender Säuren als Zusatzstoffe zugelassen (Anlage 3 der Diätverordnung): Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutaminsäure, Kohlensäure, Milchsäure, Salzsäure, Weinsäure und Zitronensäure, außerdem Kaliumsulfat sowie Kaliumguanylat und Kaliuminosinat.

Kaliumgehalte einiger ausgewählter Lebensmittel sind in der Tabelle zusammengestellt. Die Bioverfügbarkeit ist auf Grund der Löslichkeit von Kaliumsalzen aus allen Lebensmittel allgemein als gut zu bezeichnen. Kaliumreiche Lebensmittel sind Gemüse, Fleisch und Fisch sowie Obst (s. Tabelle). Bei akutem Kaliummangel empfiehlt sich eine Dosis von 1 g/Tag.

Literatur
_{[1] Schwedt, G.: Unser täglich Brot. Inhaltsstoffe der Lebensmittel, Franckh-Kosmos, Stuttgart 1986 bzw. -, -: Lebensmittel- und Umweltanalytik mit Teststäbchen, Aulis Verlag, Köln 1997 [2] Biesalski, H.K., Grimm, P.: Taschenatlas der Ernährung, Thieme, Stuttgart 3. Aufl. 2004 [3] Meyer, A. H. (Hrsg.): Lebensmittelrecht, Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2004}