Biologie für das Hauptfach II

Transport von Elektrolyten

Elektrolyte, wie z. B. Natriumchlorid, ionisieren in Wasser, d. h., sie dissoziieren in ihre Teilionen. Natriumchlorid (NaCl), dissoziiert in Wasser in das Natrium-Ion (Na+) und das Chlorid-Ion (Cl-). Die wichtigsten Ionen, deren Konzentrationen in den Körperflüssigkeiten sehr genau reguliert werden, sind die Kationen Natrium (Na+), Kalium (K+), Calcium (Ca+2), Magnesium (Mg+2) und die Anionen Chlorid (Cl-), Carbonat (CO3-2), Bicarbonat (HCO3-) und Phosphat(PO3-). Elektrolyte gehen durch Urinieren und Schwitzen aus dem Körper verloren. Aus diesem Grund sollten Sportler in Zeiten erhöhter Aktivität und Transpiration Elektrolyte und Flüssigkeit ersetzen.

Der osmotische Druck wird von der Konzentration der gelösten Stoffe in einer Lösung beeinflusst. Er ist direkt proportional zur Anzahl der gelösten Atome oder Moleküle und nicht abhängig von der Größe der gelösten Moleküle. Da Elektrolyte in ihre Komponenten-Ionen dissoziieren, fügen sie im Wesentlichen mehr gelöste Teilchen in die Lösung ein und haben einen größeren Einfluss auf den osmotischen Druck pro Masse als Verbindungen, die in Wasser nicht dissoziieren, wie z. B. Glukose.

Wasser kann durch passive Diffusion durch Membranen hindurchtreten. Wenn Elektrolyt-Ionen passiv durch Membranen diffundieren könnten, wäre es unmöglich, spezifische Konzentrationen von Ionen in jedem Flüssigkeits-Kompartiment aufrechtzuerhalten, daher benötigen sie spezielle Mechanismen, um die semipermeablen Membranen im Körper zu überwinden. Diese Bewegung kann durch erleichterte Diffusion und aktiven Transport erreicht werden. Die erleichterte Diffusion erfordert Kanäle auf Proteinbasis für die Bewegung der gelösten Stoffe. Aktiver Transport erfordert Energie in Form von ATP-Umwandlung, Trägerproteinen oder Pumpen, um Ionen gegen den Konzentrationsgradienten zu bewegen.

Osmolalität und Milliäquivalent

Um den osmotischen Druck zu berechnen, ist es notwendig zu verstehen, wie gelöste Konzentrationen gemessen werden. Die Einheit zur Messung von gelösten Stoffen ist das Mol. Ein Mol ist definiert als das Gramm Molekulargewicht des gelösten Stoffes. Zum Beispiel beträgt das Molekulargewicht von Natriumchlorid 58,44. Somit wiegt ein Mol Natriumchlorid 58,44 Gramm. Die Molarität einer Lösung ist die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes pro Liter Lösung. Die Molalität einer Lösung ist die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel. Wenn das Lösungsmittel Wasser ist, ist ein Kilogramm Wasser gleich einem Liter Wasser. Während Molarität und Molalität verwendet werden, um die Konzentration von Lösungen auszudrücken, werden Elektrolytkonzentrationen normalerweise in Milliäquivalenten pro Liter (mEq/L) ausgedrückt: Das mEq/L ist gleich der Ionenkonzentration (in Millimol) multipliziert mit der Anzahl der elektrischen Ladungen des Ions. Die Einheit Milliäquivalent berücksichtigt die in der Lösung vorhandenen Ionen (da Elektrolyte in wässrigen Lösungen Ionen bilden) und die Ladung der Ionen.

Für Ionen, die eine Ladung von eins haben, ist also ein Milliäquivalent gleich einem Millimol. Für Ionen, die eine Ladung von zwei haben (wie Calcium), entspricht ein Milliäquivalent 0,5 Millimol. Eine weitere Einheit für den Ausdruck der Elektrolytkonzentration ist das Milliosmol (mOsm), das die Anzahl der Milliäquivalente des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel angibt. Körperflüssigkeiten werden normalerweise im Bereich von 280 bis 300 mOsm gehalten.

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