Kalium und Magnesium von der Nahrung bis zur Muskelzelle

Der Körper sortiert seine Ionen

Wer verstehen möchte, warum in Ernährungstexten ständig von Elektrolyten die Rede ist, muss zuerst wissen, wie der Körper sein Wasser aufteilt. Bei einer Person von 70 Kilogramm sind rund 42 Liter Wasser im Spiel. Etwa 28 Liter davon liegen innerhalb der Zellen, die restlichen 14 Liter außerhalb — verteilt auf den Zwischenzellraum und etwa drei Liter Blutplasma.

Innen Kalium, außen Natrium: zwei getrennte Flüssigkeitsräume

Beide Räume enthalten die gleiche Menge gelöster Teilchen, aber völlig verschiedene. Im Zellinneren liegt die Kaliumkonzentration bei etwa 140 Millimol pro Liter, außerhalb bei nur 4 bis 5. Bei Natrium ist es umgekehrt: rund 140 Millimol pro Liter außerhalb, etwa 12 innerhalb. Magnesium folgt einem eigenen Muster — das meiste liegt gebunden vor, frei messbar sind nur Bruchteile davon.

Dieses Gefälle entsteht nicht von selbst. Es wird von Transportproteinen in der Zellmembran hergestellt und dauerhaft gegen den Diffusionsdruck gehalten. Sobald die Energieversorgung einer Zelle aussetzt, gleichen sich die Konzentrationen an.

Osmose und Tonizität: warum Wasser den Salzen folgt

Zellmembranen lassen Wasser passieren, gelöste Ionen dagegen nur über Kanäle und Pumpen. Steigt die Teilchenkonzentration auf einer Seite, wandert Wasser dorthin, bis der Druck ausgeglichen ist. Dieses Prinzip heißt Osmose, und es erklärt, weshalb der Salzhaushalt und der Wasserhaushalt in der Physiologie nicht getrennt betrachtet werden.

Als Tonizität bezeichnet man die Wirkung einer Lösung auf das Zellvolumen. Eine isotone Lösung lässt die Zelle unverändert, eine hypotone lässt sie quellen, eine hypertone entzieht ihr Wasser. Infusionslösungen und Getränke werden nach genau dieser Größe eingeordnet.

Kalium im Zellinneren

Kalium ist mengenmäßig das wichtigste positiv geladene Teilchen innerhalb der Körperzellen. Ein Erwachsener trägt etwa 130 bis 140 Gramm davon in sich, ganz überwiegend in der Skelettmuskulatur gespeichert. Weil nur ein bis zwei Prozent außerhalb der Zellen zirkulieren, bildet ein Serumwert die Gesamtmenge im Körper nur eingeschränkt ab.

Die Repolarisation und warum sie Kalium braucht

Nach jedem elektrischen Signal muss eine Muskel- oder Nervenzelle in ihren Ausgangszustand zurückkehren, bevor sie erneut reagieren kann. Diese Rückkehr geschieht dadurch, dass Kaliumkanäle öffnen und Kalium-Ionen der Zelle entlang ihres Konzentrationsgefälles nach außen folgen. Die Innenseite wird dabei wieder negativ. Anschließend holt die Natrium-Kalium-ATPase das Kalium unter ATP-Verbrauch zurück.

Die Geschwindigkeit dieses Vorgangs bestimmt, wie schnell eine Faser hintereinander erregt werden kann. In der Herzmuskulatur ist die Zeitspanne besonders genau abgestimmt, weil dort jede Erregung in eine feste Abfolge eingebettet ist.

Gehaltswerte: Kalium in 100 Gramm Lebensmittel

Richtwerte aus gängigen Nährwerttabellen. Sorte, Anbau, Lagerung und Zubereitung führen zu Abweichungen. Bezugsgröße für Kalium: 2.000 mg pro Tag nach Anhang XIII der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011.

Magnesium zwischen Knochen, Muskel und ATP

Von den etwa 24 bis 26 Gramm Magnesium im Körper eines Erwachsenen sind rund 60 Prozent im Knochenmineral eingelagert, knapp 30 Prozent liegen in der Muskulatur, der Rest verteilt sich auf Leber, Nervengewebe und andere Organe. Im Blutserum befindet sich weniger als ein Prozent der Gesamtmenge.

Der Magnesium-ATP-Komplex als Substrat der Enzyme

Freies ATP ist für die meisten Enzyme kein brauchbares Substrat. Erst wenn sich ein Magnesium-Ion an die Phosphatgruppen anlagert, entsteht der Komplex, den Kinasen, ATPasen und Polymerasen tatsächlich umsetzen. Damit steht Magnesium indirekt hinter jeder Reaktion, die chemische Energie aus ATP freisetzt — von der Muskelkontraktion bis zur Arbeit der Ionenpumpen.

Ein zweiter, gut beschriebener Wirkort liegt an der Pore bestimmter Calciumkanäle. Magnesium-Ionen können sich dort anlagern und den Calcium-Einstrom dämpfen. Da einströmendes Calcium in der Muskelfaser das Signal zur Verkürzung auslöst, beeinflusst das Verhältnis der beiden Ionen, wie eine Faser zwischen Anspannung und Entspannung wechselt.

Gehaltswerte: Magnesium in 100 Gramm Lebensmittel

Richtwerte aus gängigen Nährwerttabellen. Ausmahlungsgrad, Ernte und Zubereitung führen zu Abweichungen. Bezugsgröße für Magnesium: 375 mg pro Tag nach Anhang XIII der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011.

Beide Mineralien nebeneinander gelesen

Kalium und Magnesium tauchen in Ernährungstexten oft im selben Satz auf. Rechtlich gesehen ist das ungenau: Die Verordnung (EU) Nr. 432/2012 führt jede Angabe getrennt und bindet sie an genau einen Mineralstoff. Eine gemeinsame Formulierung für zwei Mineralien ist nach diesem Regelwerk nicht vorgesehen. Deshalb stehen die vier Angaben hier einzeln nebeneinander.

Zufuhr, Verluste und die Rolle der Nieren

Beide Mineralien werden über den Darm aufgenommen und größtenteils über die Nieren wieder ausgeschieden. Die Niere filtert täglich ein Vielfaches der im Blut vorhandenen Menge und holt den weitaus größten Teil in den Tubuli zurück. Wie viel am Ende im Urin landet, hängt von der Zufuhr, vom Flüssigkeitshaushalt und von hormonellen Signalen ab.

Über den Schweiß verlässt ebenfalls ein Teil den Körper, wobei Natrium und Chlorid dort mengenmäßig dominieren; Kalium und Magnesium sind in deutlich geringerer Konzentration enthalten. Bei längerer körperlicher Belastung in warmer Umgebung summieren sich diese Verluste dennoch.

Zur Aufnahme im Darm gibt es einige gut dokumentierte Wechselwirkungen:

• Phytat aus Getreideschalen und Hülsenfrüchten bindet Magnesium und senkt den aufgenommenen Anteil. Einweichen, Keimen und die Säuerung im Sauerteig bauen einen Teil des Phytats ab.
• Sehr hohe Calciumzufuhr in derselben Mahlzeit kann mit Magnesium um Transportwege konkurrieren.
• Kochwasser nimmt Kalium aus Gemüse auf. Dämpfen oder das Mitverwenden der Garflüssigkeit hält mehr im Gericht.
• Der Ausmahlungsgrad von Mehl bestimmt, wie viel Magnesium im Endprodukt verbleibt: Typ 1050 und Vollkornmehle liegen deutlich über Typ 405.

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