Einleitung
Chronische Müdigkeit und Erschöpfung, Kraftverlust, Krämpfe, Fibromyalgie, Herzrhythmusstörungen, schlechte Verdaulichkeit und Magenentleerung, wechselnder Stuhlgang, Stimmungsstörungen, Reizbarkeit, „funktionelle bipolare Erkrankung“ sind einige der vagen Symptome (MUS), die unser Körper zeigen kann, wenn die Übertragung der Nervenimpulse durch Schwankungen bei den Ionenkonzentration verändert wird. Insbesondere sind Veränderungen am Kalium- und Magnesiumspiegel ausschlaggebend für Gleichgewichtsstörungen in der Nervenleitung, die sich durch Symptome im Muskel-, Herz-, Nerven- und Magen-Darm-System äußern können.
Kalium ist ein Elektrolyt, das der Körper für zahlreiche Funktionen benötigt, darunter die Regulierung des Wasser-Elektrolyt-Haushalts, die Nervenübertragung, die Umwandlung von Blutzucker in Glykogen (Gly) [41] und die Proteinsynthese, während Magnesium für zahlreiche Aktivitäten unerlässlich ist, u.a. enzymatische Reaktionen, die Aufrechterhaltung des Elektrolythaushalts, den Energiestoffwechsel und die Zellproliferation. Beide Mineralien sind sowohl einzeln als auch zusammen betrachtet von Bedeutung. Zwischen ihren Konzentrationen besteht ein Zusammenhang: Zahlreiche Studien zeigen, dass ein Magnesiumdefizit mit einem Kaliummangel verbunden ist [29] und dass vereinzelte Störungen im Kaliumhaushalt keine Veränderungen an der Magnesiumhomöostase mit sich bringen. Eine Magnesiumverarmung bewirkt hingegen eine sekundäre Kaliumverarmung.
Das Kalium/Magnesium-Verhältnis (K/Mg-Ratio) (BIA-ACC) beschreibt das Verhältnis zwischen den beiden Ionen und ist ein prognostischer Indikator für die Funktionsfähigkeit der Aktionspotenziale: Je mehr sein Wert von 4,8 nach unten abweicht, desto stärker sind das Membranpotenzial und damit die Erzeugung von Aktionspotenzialen in den erregbaren Geweben verändert.
Die Wiederherstellung bzw. Aufrechterhaltung eines korrekten Kalium-Magnesium-Verhältnisses ist daher von wesentlicher Bedeutung, um die Membranpolarisationswerte innerhalb physiologischer Grenzen zu halten und somit eine Veränderung der Aktionspotenziale zu vermeiden. Deren Schwankungen treten in den erregbaren Geweben (Muskel-, Herz-, Magen-Darm- und Nervengewebe) in Form von MUS auf.
Kalium
Kalium ist ein Ion, das hauptsächlich in den intrazellulären Flüssigkeiten vorhanden ist, wo es zu etwa 98 % verteilt ist (ICK-intrazelluläres Kalium) [41], während die restlichen 2 % in den extrazellulären Flüssigkeiten enthalten sind (ECK-extrazelluläres Kalium) [41]. Für die Aufrechterhaltung dieser Kompartimentierung sorgt die Natrium-Kalium-Pumpe, die für den Transport von Molekülen über die Zellmembran gegen die elektrochemischen und Konzentrationsgefälle von grundlegender Bedeutung ist. Der unterschiedliche intra- und extrazelluläre Konzentrationsgradient ist für die zelluläre Polarisierung notwendig. Diese beeinflusst verschiedene Prozesse wie Nervenimpulse und Muskelzellkontraktion (auch des Herzmuskels), so dass relativ kleine Veränderungen bei der Serumkonzentration dieses Ions erhebliche klinische Auswirkungen haben können. Bei den Erwachsenen liegen die Mindestkaliumwerte bei etwa 2500 mmol Gesamtkalium (TBK-Gesamtkaliumgehalt) [41].
Innerhalb der Zellen wird Kalium für das normale Zellwachstum und die Proteinsynthese benötigt. Der größte Anteil an intrazellulärem Kalium ist in den Muskelzellen enthalten, so dass der Gesamtkaliumgehalt im Körper proportional zur fettfreien Masse [1] und insbesondere zur Muskelmasse (Skeletal Muscle FFM) [41] ist.
Abbildung 1: JN THE JOURNAL OF NUTRITION
Das Diagramm zeigt die Linearität zwischen dem Gesamtkaliumgehalt (TBK) [41] und dem Gesamtproteingehalt (Tbprotein) [41]: Mit steigendem TBprotein steigt auch der Gesamtgehalt an Kalium. Die Ursachen für den Kaliumverlust stehen klar im Zusammenhang mit allen Situationen, in denen es zu einem Verlust an Magermasse kommt (Unterernährung bzw. „Starvation“, Sarkopenie, Kachexie, Sesshaftigkeit, entzündliche Erkrankungen, Nieren- und Darmerkrankungen und Krebs).
Extrazelluläres Kalium und Aktionspotenziale
Extrazelluläres Kalium ist von grundlegender Bedeutung für die dauerhafte Effizienz der Natrium-Kalium-Pumpe, die dazu dient, die elektrische Ladung innerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten - eine Funktion, die besonders für Nervenmuskelzellen wichtig ist.
Es spielt eine zentrale Roll
Der Verlust von Kalium aus dem intrazellulären Milieu in den Extrazellularraum (ECK) [41] führt zu einer veränderten Polarisierung des Membranpotentials, wodurch die Erregbarkeit der Gewebe herabgesetzt und die Funktion des neuromuskulären Systems, des Herzens und des Magen-Darm-Systems verändert wird. Dies führt zu vagen und unspezifischen Symptomen (MUS), die die verschiedenen Systeme betreffen:
Außerdem ist Kalium unerlässlich für die Umwandlung von Blutzucker in Glykogen (Gly), d.h. die Form, in der Glukose in den Muskeln und der Leber gespeichert wird (Gly bzw. glycogen mass) [41]. Ein Absinken des gespeicherten Glykogengehalts führt zu erhöhter Müdigkeit und Muskelschwäche [3], was wiederum einen Anstieg des freien Glykogens (Gly Free - freies Glykogen) hervorruft [41]. Die Folgen sind eine Lipogenese und damit eine Zunahme des Fettgewebes, insbesondere mit Ansammlung von viszeralem Bauchfett [39].
Veränderungen im Aktionspotenzial
Die Abbildung zeigt die Entwicklung des Aktionspotenzials unter verschiedenen intra- und extrazellulären Kaliumverhältnissen. Veränderungen des intra-/extrazellulären Kaliumverhältnisses führen nicht nur zu einer Verschiebung des elektrischen Ruhemembranpotentials (REMP), sondern auch insgesamt zu einer Verlängerung des Aktionspotentials wegen einer längeren hauptsächlich durch Kaliumströme verspätete Repolarisationsphase. Der Verlust an intrazellulärem Kalium durch eine Störung des Ki/Ke-Ausgleichs führt zu einer zellulären Hyperpolarisation sowie zu verlängerten Aktivierungszeiten und zellulärer Depolarisation. Grundsätzlich sollte die Hyperpolarisation eines einzelnen Zelltyps keine Arrhythmien hervorrufen, da sie eine Abweichung des REMP vom Aktivierungspotenzial impliziert. In Wirklichkeit begünstigt die Hyperpolarisation Wiedereintrittsphänomene. Im Herzen sind mehrere Zelltypen vorhanden (Knoten-, Leitungs- und Muskelzellen), deren unterschiedliche Polarisierung einen Dissynchronismus verursacht und einen Mechanismus auslöst, der die Grundlage für die Entstehung von Wiedereintrittskreisen darstellt. Ein Absinken von intrazellulärem Kalium stellt daher ein Risikofaktor für Herzrhythmusstörungen dar. Dazu wurde in einer Studie nachgewiesen, dass Dialysepatienten mit Herzrhythmusstörungen eine niedrigere intraerythrozytären Kaliumkonzentration aufwiesen als Patienten ohne Herzrhythmusstörungen. In jüngster Zeit hat sich gezeigt, dass der hohe Kaliumverlust, der bei Standard-Hämodiafiltration auftritt, die zellulären elektrischen Potenziale beeinflusst, was zu einem erhöhten Arrhythmierisiko bei Dialysepatienten führt [43].
Die elektrische Stabilität des Herzens ist nämlich empfindlicher für die extrazelluläre Kaliumkonzentration (ECK-extrazelluläres Kalium) [41] als für intrazelluläres Kalium: Im Falle einer Ischämie verliert das Myokard innerhalb von Sekunden Kalium im Extrazellularraum und die Zelle wird depolarisiert [40].
Veränderungen am extrazellulären Kaliumgehalt können auch unter normalen Bedingungen auftreten wegen
Es zeigt sich ein ähnliches Phänomen wie oben beschrieben: Das Ruhemembranpotenzial, das unter physiologischen Bedingungen bei -84 mV liegt, steigt an und kann ca. -67 mV erreichen; bei Transmembranpotenzialen über -70 mV sind die Natrium-Inaktivierungskanäle jedoch geschlossen, so dass das Gewebe nicht erregbar ist [14]. So verändert ein Anstieg der extrazellulären Kaliumwerte (ECK) [41] nicht nur die Stimulationsschwelle, sondern auch den Erregungsmechanismus. Dieser Zustand scheint auf die Öffnung ATP-sensitiver Kanäle zurückzuführen zu sein [22,23,42].
Magnesium
Magnesium ist das zweithäufigste intrazelluläre Kation. Etwa die Hälfte des Gesamtmagnesiums (TBMg- Gesamtmagnesiumgehalt) [41] im Körper befindet sich im Weichteilgewebe (Stm-Mineralien im Weichteilgewebe) [41], die andere Hälfte in den Knochen (etwa 60%) und weniger als 1% in den extrazellulären Flüssigkeiten (diese Konzentration ist wichtig für die Übertragung von Nervenimpulsen und für die Kontrolle der Muskelkontraktionen). Magnesium ist für zahlreiche enzymatische Aktivitäten essentiell: Es ist an den Regulationsmechanismen von 300 verschiedenen Enzymkomplexen beteiligt, darüber hinaus ist es wichtig für die Aufrechterhaltung des Elektrolythaushalts und entscheidend für eine normale neuromuskuläre Funktion sowie für den Kalzium- und Kaliumtransport, es ist auch notwendig für die Aktivierung der Natrium-Kalium-Pumpe, für den Energiestoffwechsel und die Zellproliferation [12, 44].
Absorption
Magnesium wird über den Dünndarm aufgenommen und die Serumkonzentration wird durch die Nierenausscheidung kontrolliert.
Magnesiummangel ist sehr häufig und hängt mit einer Reihe von Faktoren zusammen, die die Magnesiumabsorption verringern bzw. die Magnesiumausscheidung erhöhen. Mögliche Ursachen:
Die häufigsten Symptome eines Magnesiummangels sind:
Magnesiummangel und Erkrankungen
Ein niedriger Magnesiumspiegel erhöht die Anfälligkeit für Krankheiten wie Herzkrankheiten, Bluthochdruck, Nierensteine und Depressionen: Eine in den Vereinigten Staaten durchgeführte Studie mit Personen mit Magnesiummangel zeigte, dass sie anfälliger für Krankheiten wie Arteriosklerose, Herzinfarkt, Bluthochdruck, Krebs, Nierensteine, prämenstruelles Syndrom und psychiatrische Störungen waren [4].
Andere Forschungsarbeiten haben sich darauf konzentriert, die Wirksamkeit von Magnesium bei der Behandlung von Herzrhythmusstörungen, schwerem Asthma und Migräne nachzuweisen. Seine Verwendung bei Verstopfung und Dyspepsie wird trotz begrenzter Evidenz als Standardtherapie akzeptiert [2,3,5,6,7]. Diejenigen, die also am ehesten von einer erhöhten Magnesiumeinnahme profitieren, sind Patienten mit:
Magnesium und Aktionspotenzial
Ein Magnesiummangel kann zu akuten elektrokardiographischen Veränderungen an der Herzmuskulatur führen, wobei eine Hypomagnesiämie mit schweren ventrikulären Arrhythmien in Verbindung gebracht wird [10]. Studien zeigen, dass das Ion eine dämpfende Wirkung auf das Herz hat: Ein induzierter Anstieg der Magnesiumionenkonzentration führt zu einer Verringerung der Sinusrate.
In vivo-Experimente haben gezeigt, dass ein Anstieg der Magnesiumkonzentration infolge einer Gefäßerweiterung zu Hypotonie führt, während eine Abnahme der Magnesiumkonzentration häufig mit einem Anstieg des Blutdrucks durch Vasokonstriktion einhergeht. Diese Daten legen nahe, dass Magnesium die Erregungs-Kontraktions-Kopplung in der glatten Gefäßmuskulatur beeinflussen kann. Die Auswirkungen einer erhöhten extrazellulären Magnesiumkonzentration auf die mechanischen und elektrophysiologischen Eigenschaften der glatten Muskulatur wurden untersucht: Eine Erhöhung der extrazellulären Magnesiumkonzentration reduzierte die Amplitude sowohl der elektrisch induzierten als auch der spontanen Kontraktionen. Ein Anstieg der Magnesiumkonzentration führt zu einer Regulierung des Kalziumeinstroms über spannungsabhängige Kanäle und reguliert so die Muskelkontraktilität [11].
Bedeutung von Magnesium für die Kontrolle von Kalium (K/Mg-Verhältnis)
Beide Mineralien sind aufgrund des Zusammenhangs zwischen ihren Konzentrationen sowohl einzeln als auch zusammen betrachtet von Bedeutung. Es gibt Hinweise darauf, dass ein Magnesiummangel mit einem Kaliummangel einhergeht [29]: Hypomagnesiämie ist mit dem Auftreten von Hypokaliämie und Hypokalzämie verbunden; Hypokaliämie ist bei Patienten mit Hypomagnesiämie häufig und tritt in 40 bis 60 % der Fälle auf. Dies scheint darauf zurückzuführen zu sein, dass die Zelle nicht in der Lage ist, eine normale intrazelluläre Kaliumkonzentration aufrechtzuerhalten, möglicherweise wegen einer erhöhten Membrandurchlässigkeit für Kalium bzw. einer Hemmung der Na-K-ATPase. Infolgedessen verlieren die Zellen Kalium, das mit dem Urin ausgeschieden wird. Die Kaliumverarmung in den Zellen erfordert einen Ausgleich des Magnesiumdefizits.
Vereinzelte Störungen im Kaliumhaushalt führen nicht zu Veränderungen an der Magnesiumhomöostase, eine Magnesiumverarmung führt hingegen zu einer sekundären Kaliumverarmung.
Mit BIA-ACC ist es möglich, sowohl die extrazellulären Kaliumwerte als auch die Magnesiumwerte und das K/Mg-Verhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen den beiden Ionen, zu ermitteln.
Das K/Mg-Verhältnis ist ein prognostischer Indikator für die Funktionsfähigkeit der Aktionspotenziale, sein Idealwert liegt bei 4,8 (Normalwert 4.6-5) und stellt die maximale Aktivierung der Aktionspotenziale dar (siehe Nahrungsergänzungsmittel mit dem richtigen Magnesium-Kalium-Verhältnis). Die Aufrechterhaltung des K/Mg-Verhältnisses ist wichtig
Je mehr dieser Wert unterschritten wird, desto stärker werden vage Symptome (MUS) wahrgenommen: Ein lineares Absinken des K/Mg-Verhältnisses unter 4,5 führt zu einem starken Auftreten vager Symptome (MUS) in erregbaren Geweben.
Die betroffenen Systeme sind daher
Magnesium und Kalium: Anwendungsbereiche
Kalium und Muskelermüdung
Wie oben beschrieben, ist Kalium für die Umwandlung von Blutzucker in Glykogen (Gly) unerlässlich [41]. Ein Absinken des gespeicherten Glykogengehalts führt zu erhöhter Müdigkeit und Muskelschwäche.
Herz-Kreislaufsystem: Bluthochdruck
Kalium und Magnesium sind bei Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems von Nutzen: Das Potenzial einer kaliumreichen Ernährung zur Senkung des Blutdrucks ist zumindest teilweise auf die natriuretische Wirkung des Ions zurückzuführen, das die Ausscheidung von Natrium über die Nieren fördert und die negativen Auswirkungen einer natriumreichen Ernährung abschwächt. Darüber hinaus wirkt sich der relativ kleine Anstieg des Kaliumgehalts im Serum infolge einer kaliumreichen Ernährung auf die Hyperpolarisierung des Gefäßendothels aus, was im Endeffekt zu einer Steigerung der endothelialen Stickstoffoxidproduktion und einer Unterdrückung der Superoxidproduktion führt. Epidemiologische Studien zeigen, dass eine erhöhte Kaliumzufuhr das Risiko eines Herzinfarkts und insbesondere eines Schlaganfalls verringern kann [13].
Andere Untersuchungen zeigen einen umgekehrten Zusammenhang zwischen Blutdruck und Kaliumzufuhr. Dieser Effekt scheint bei Menschen mit Hypertonie größer zu sein als bei Menschen mit einem normalen Blutdruck [14].
Magnesium scheint auch bei der Behandlung von Bluthochdruck nützlich zu sein: Geringe Veränderungen des Magnesiumspiegels können erhebliche Auswirkungen auf die Erregbarkeit des Herzens, den Gefäßtonus, die Kontraktilität und die Reaktivität des Herzens haben. Die meisten epidemiologischen und experimentellen Studien haben einen umgekehrten Zusammenhang zwischen Magnesiumkonzentration und Blutdruck gezeigt, so dass eine Magnesiumsupplementierung bei Hypertonikern, die Diuretika einnehmen und an resistenter oder sekundärer Hypertonie leiden, empfohlen wird [8,15].
Eine andere Studie zeigt, dass der Grad des intrazellulären Magnesiummangels bei Frauen mit Angina eng mit der Häufigkeit von Brustschmerzen zusammenhängt [16].
Zu diesen Vorteilen kommen noch die Überlegungen zur Bedeutung beider Mineralien bei der Modulation der Aktionspotentiale hinzu.
Neurologische Probleme
Magnesium spielt eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Nervensystems. Magnesiummangel ist ein bekannter Risikofaktor für die Entwicklung von Neuropathologien, u.a. Depressionen: Erwiesenermaßen kann mit einer Magnesiumzufuhr eine rasche Erholung (weniger als 7 Tage) von depressiven Symptomen erzielt werden. Auch Menschen mit Schädeltrauma, Kopfschmerzen, Selbstmordgedanken, Angstzuständen, Reizbarkeit, Schlaflosigkeit, postpartalen Depressionen und Verlust des Kurzzeitgedächtnisses haben von der Magnesiumeinnahme profitiert [17]. Magnesiummangelerkrankungen lassen sich dadurch erklären, dass Magnesiummangel eine Öffnung der N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Kalziumkanäle verursacht, was zu neuronalen Schäden und neurologischen Funktionsstörungen führt, die sich als schwere Depressionen äußern können. Die orale Verabreichung von Magnesium hat zu Wirkungen geführt, die mit denen von Antidepressiva vergleichbar sind [8,9,18].
Die häufigsten Angstzustände sind auch mit einem Magnesiummangel verbunden: Es gibt einen Zusammenhang zwischen einer Störung der Magnesiumhomöostase und pathologischen Angstzuständen; Magnesiummangel führt zu einem Anstieg der CRH-Transkription (Corticotropin Releasing Hormon) im paraventrikulären Nukleus des Hypothalamus. Dies führt wiederum zu einem Anstieg von ACTH, was eine stärkere Stimulation der HPA-Achse anzeigt.
Neuere Forschungen haben gezeigt, dass Krampfanfälle häufig mit einem Anstieg der extrazellulären Kaliumkonzentration einhergehen: Experimentelle Ergebnisse haben eine hohe Konzentration von extrazellulärem Kalium während epileptischer Anfälle ergeben [19].
Vor diesem Hintergrund wurden die Auswirkungen einer hohen extrazellulären Kaliumkonzentration auf die Interneuronen des Hippocampus untersucht: Mit zunehmender Konzentration kam es zu einem Anstieg der Entladungsaktivität, was darauf hindeutet, dass das während eines Anfalls beobachtete erhöhte Kalium die Interneuronenaktivität stimuliert und einen Verlust bzw. eine Beeinträchtigung der neuronalen Hemmfunktion zeigt [20].
Es scheint auch, dass hohe extrazelluläre Kaliumwerte zur Pathophysiologie wichtiger neurologischer Erkrankungen, u.a. zerebraler Ischämie und Migräne, beitragen können [21].
Magen-Darm-Störungen
Eine magnesiumarme Ernährung hat auch Auswirkungen auf den Magen-Darm-Trakt, die Motilitätsstörungen im Verdauungstrakt hervorrufen und sogar zu einer Kolonatonie führen können. Der Magnesiummangel kann zu einem erheblichen Anstieg der Darmentzündung (gemessen an der Neutrophileninfiltration) führen und erhebliche funktionelle Veränderungen in den lokalen Organen sowie eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber oxidativem Stress bewirken. Die Zufuhr dieses Ions ist nützlich, weil es die Freisetzung von Cholecystokinin (CCK) erhöht, was zu einer Ansammlung von Darmflüssigkeit führt und die Motilität im Dünndarm stimuliert [25,26,27,28].
Schlussfolgerungen
Magnesium ist wichtig für [30,31,32,33,34,35,36]
Wie bei der Kalzium- und Kaliumhomöostase ist ein Magnesiummangel mit einem Kalium- und Kalziummangel verbunden, so dass eine Supplementierung auch für die Knochen- und Zahngesundheit sinnvoll ist.
Kalium ist an folgenden Prozessen beteiligt [37,38]:
Es liegt auf der Hand, dass die Vorteile einer kombinierten Supplementierung beider Ionen für alle erregbaren Gewebe des Körpers, von den Muskeln über das Herz-Kreislauf-System bis hin zu den Nerven und dem Magen-Darm-Trakt, offensichtlich sind.
Es ist auch zu beachten, dass beide Ionen nicht nur einzeln, sondern auch als Ganzes wichtig sind: Das K/Mg-Verhältnis gibt uns einen Richtwert für die Aktivierung der Aktionspotentiale in den erregbaren Geweben: Je mehr dieses Verhältnis den Idealwert (4,8) unterschreitet (Normalwert 4,6-5), desto stärker ist die Wahrnehmung von MUS.
Kalium ist ferner vom Magnesium abhängig: Ein Magnesiummangel führt zu einem sekundären Kaliummangel, während ein Kaliummangel nicht mit einem Magnesiummangel verbunden ist.
Magnesium- und Kalium-Nahrungsergänzungsmittel (idealerweise am Vormittag, vor dem Essen einzunehmen), bei denen das K/Mg-Verhältnis (1:4,8) instrumentell durch die Messung des wiederhergestellten Gesamtkalium- (TBK) [41] und extrazellulären Kaliumgehalts (ECK) bewertet wurde, zielen hauptsächlich darauf ab, die extrazelluläre Kaliumkonzentration bei max. 2 % des Gesamtkaliumgehalts zu stabilisieren, wobei die zelluläre Effizienz der erregbaren Gewebe erhöht wird. Dadurch steigt die Zahl der aktivierten Aktionspotenziale. Je höher die Frequenz der Aktionspotenziale, desto größer ist die Rückkopplung vom zentralen und peripheren Nervensystem mit physiologischer Aktivierung des neurovegetativen Systems (SNV).
Die Aktivierung der Aktionspotenziale, die aus verschiedenen Gründen durch die Depolarisation verändert werden, bringt erhebliche Vorteile für alle erregbaren Gewebe (Muskel-, Herz-, Magen-Darm- und Nervengewebe) mit sich.
Autor: Dario Boschiero - Datum: 29/06/2021
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Literaturverzeichnis
