Kalium, Magnesium und das Gleichgewicht im Körperwasser

Wasser, Salze und elektrische Spannung im Gewebe

Etwa 60 Prozent des Körpergewichts eines erwachsenen Menschen bestehen aus Wasser. Dieses Wasser liegt nicht als reine Flüssigkeit vor, sondern als wässrige Lösung geladener Teilchen: Natrium, Kalium, Chlorid, Magnesium, Calcium, Phosphat und Hydrogencarbonat. In der Physiologie heißen diese Teilchen Elektrolyte, weil sie in gelöster Form elektrischen Strom leiten.

Ihre Verteilung ist alles andere als zufällig. Rund zwei Drittel des Körperwassers liegen innerhalb der Zellen, ein Drittel außerhalb — im Zwischenzellraum und im Blutplasma. Innen und außen unterscheiden sich in der Zusammensetzung deutlich: Natrium dominiert den Raum außerhalb der Zelle, Kalium den Raum innerhalb. Dieses Gefälle wird von der Zelle aktiv aufrechterhalten und kostet dauerhaft Energie.

Die Natrium-Kalium-Pumpe und das Ruhemembranpotenzial

In der Membran nahezu jeder Körperzelle sitzt ein Transportprotein, die Natrium-Kalium-ATPase. Es befördert pro Arbeitszyklus drei Natrium-Ionen nach außen und zwei Kalium-Ionen nach innen und verbraucht dabei ein Molekül ATP. Weil mehr positive Ladung hinaus- als hineingeht, bleibt das Zellinnere gegenüber außen negativ geladen. Bei Muskel- und Nervenzellen liegt diese Spannungsdifferenz typischerweise zwischen −70 und −90 Millivolt und heißt Ruhemembranpotenzial.

Auf diesen Zusammenhang bezieht sich eine von der EU zugelassene Angabe: „Kalium trägt zu einer normalen Funktion des Nervensystems bei“ — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.

Schätzungen zufolge entfallen bei einem ruhenden Organismus 20 bis 30 Prozent des gesamten ATP-Umsatzes allein auf diese Pumparbeit. In Nerven- und Muskelgewebe liegt der Anteil noch höher, weil dort nach jedem Signal die ursprüngliche Ionenverteilung wiederhergestellt werden muss.

Kalium bei Depolarisation und Repolarisation der Muskelzelle

Erreicht ein Nervensignal die Muskelfaser, öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle. Natrium strömt ein, die Spannung kippt kurzzeitig ins Positive — das ist die Depolarisation. Unmittelbar danach öffnen sich Kaliumkanäle, Kalium verlässt die Zelle und die Spannung fällt auf den Ausgangswert zurück. Diese Repolarisation dauert nur wenige Millisekunden und ist die Voraussetzung dafür, dass die Faser überhaupt ein zweites Mal ansprechbar ist.

Zu dieser Funktion existieren zwei getrennte, jeweils einem Mineralstoff zugeordnete Angaben. Kalium trägt zu einer normalen Muskelfunktion bei. Magnesium trägt ebenfalls zu einer normalen Muskelfunktion bei. Beide Angaben sind in der Verordnung (EU) Nr. 432/2012 einzeln aufgeführt und gelten jeweils für den genannten Mineralstoff allein.

Magnesium als Gegenion des ATP und an der Calciumkanal-Pore

Magnesium erscheint in der Biochemie selten als freies Ion. Innerhalb der Zelle liegt der weitaus größte Teil an ATP gebunden vor: Erst der Komplex aus Magnesium und ATP wird von den meisten Enzymen als Substrat erkannt. Damit ist Magnesium indirekt an jeder Reaktion beteiligt, die ATP spaltet — einschließlich der Arbeit der Natrium-Kalium-Pumpe aus dem vorigen Abschnitt.

Ein zweiter Wirkort liegt an der Pore bestimmter Calciumkanäle, an die sich Magnesium-Ionen anlagern und den Calcium-Einstrom dämpfen können. In der Muskelfaser ist einströmendes Calcium das Signal zur Kontraktion; das Zusammenspiel beider Ionen beeinflusst daher, wie stark und wie lange eine Faser angespannt bleibt.

Für Magnesium ist zusätzlich eine eigene Angabe zum Salzhaushalt zugelassen: „Magnesium trägt zum Elektrolytgleichgewicht bei“ — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.

Woher Kalium und Magnesium in der täglichen Kost stammen

Beide Mineralien kommen in gewöhnlichen Lebensmitteln vor, allerdings in sehr unterschiedlicher Dichte. Kalium ist breit verteilt: Pflanzliche Zellen speichern es in großer Menge, weshalb Gemüse, Obst und Hülsenfrüchte durchweg gute Lieferanten sind. Magnesium konzentriert sich dagegen stärker auf einzelne Warengruppen, vor allem auf Ölsaaten, Nüsse und Vollkorngetreide.

Die Verarbeitung verändert diese Werte. Beim Ausmahlen von Getreide wandern Keimling und Randschichten in die Kleie — und mit ihnen der größte Teil des Magnesiums. Ein Weißmehl vom Typ 405 enthält deshalb nur einen Bruchteil dessen, was im vollen Korn steckte. Kalium wiederum ist wasserlöslich: Wird Gemüse in reichlich Wasser gekocht und das Kochwasser weggeschüttet, geht ein messbarer Anteil verloren. Dämpfen oder Garen im eigenen Saft hält mehr davon im Lebensmittel.

Auf der Verbraucherseite gilt in der EU eine einheitliche Bezugsgröße. Nährwerttabellen und Nährstoffangaben rechnen gegen die Referenzmengen aus Anhang XIII der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 — für Kalium sind das 2.000 mg pro Tag, für Magnesium 375 mg. Ein Lebensmittel darf erst dann als Quelle eines Mineralstoffs bezeichnet werden, wenn es mindestens 15 Prozent dieser Referenzmenge je 100 Gramm liefert.

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Wer wissen möchte, wie sich der eigene Speiseplan zusammensetzt, findet in unserem Leitfaden Tabellen mit Gehaltswerten pro 100 Gramm, ein Glossar der Fachbegriffe aus dem Salz- und Wasserhaushalt sowie die genauen Fundstellen der vier Angaben im Amtsblatt der Europäischen Union.