Osmoregulation

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 23. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Osmoregulation bezeichnet den Ausgleich des osmotischen Drucks innerhalb eines lebenden Organismus. Ihre Grundlage bildet die Osmose: ein biologischer Vorgang, bei dem Wasser durch eine semipermeable Membran diffundiert. Die Osmoregulation führt im Falle eines biochemischen Ungleichgewichts zur Entstehung von Ödemen.

Was ist die Osmoregulation?

Die osmotische Regulation bezeichnet einen biochemischen Vorgang, der den Konzentrationsausgleich von gelösten Stoffen innerhalb eines Organismus zum Ziel hat.

Die osmotische Regulation bezeichnet einen biochemischen Vorgang, der den Konzentrationsausgleich von gelösten Stoffen innerhalb eines Organismus zum Ziel hat. Die Membranen lebender Zellen stellen eine sogenannte semipermeable (halb durchlässige) Oberfläche dar. Das bedeutet, sie lassen einen teilweisen Austausch von Flüssigkeit zwischen dem Inneren der Zelle und ihrer Umgebung zu.

Die Osmoregulation hat die Aufgabe, einen ausgeglichenen und gleichbleibenden Zustand herzustellen. Dieser ausbalancierte Zustand heißt Homöostase und bezieht sich sowohl auf das Gleichgewicht auf zellulärer Ebene als auch auf das Gleichgewicht zwischen ganzen Organen und ihrer jeweiligen Umwelt. Ein Ungleichgewicht hingegen erzeugt osmotischen Druck, der auf der Grundlage physikalischer Naturgesetze einen Ausgleich erzwingt.

Funktion & Aufgabe

Die Osmoregulation folgt zwei fundamentalen Prinzipien. Beim Ausgleich aufgrund des Konzentrationsgradienten diffundiert das Wasser auf die Seite der Membran, die eine höhere Konzentration eines gelösten Stoffes aufweist. Befindet sich eine Zelle beispielsweise in einem Milieu, das eine hohe Konzentration an Salz aufweist, bewegt sich das Wasser der Zelle durch den osmotischen Druck aus ihr hinaus und die Zelle verliert im Inneren an Flüssigkeit. Dieser Zustand hält so lange an, bis sich der Konzentrationsgradient verschiebt und dadurch erneutes Ausbalancieren erzwingt: Die Osmoregulation ist ein stetiger Prozess, den der menschliche Körper nicht hemmen oder fördern kann.

Das zweite Wirkprinzip der Osmose ist der Ausgleich aufgrund der elektrischen Ladung. Elektrisch geladene Teilchen, sogenannte Ionen und Anionen, spielen auf biochemischer Ebene eine wichtige Rolle für die Funktionsweise von Zellen. Ionen besitzen eine positive elektrische Ladung, während Anionen negativ geladen sind. Spannungsänderungen in der Zelle nehmen beispielsweise Einfluss auf die Beschaffenheit der Membran und verändern dadurch ihre Durchlässigkeit für bestimmte Stoffe.

Die Osmoregulation strebt eine identische elektrische Ladung auf beiden Seiten der Membran an. Wenn beispielsweise innerhalb einer Zelle eine negative Polarisierung vorherrscht, entsteht dadurch wie beim Konzentration-Ungleichgewicht ein osmotischer Druck und Wasser diffundiert in die Zelle hinein. Im Extremfall kann eine übermäßige Diffusion von Wasser in die Zelle zu irreversiblen Schädigungen oder gar zu ihrem Zerplatzen führen. Ein solch extremer Zustand ist jedoch im menschlichen Körper mehr als nur unwahrscheinlich.

Mithilfe der Osmoregulation gleicht der Organismus nicht nur das Verhältnis von gelösten Stoffen innerhalb und außerhalb einzelner Zellen aus, sondern steuert auch auf makroskopischer Ebene die Diffusion für ganze Gewebe-Strukturen.

Das Organ, das für die Osmoregulation des Organismus insgesamt am wichtigsten ist, sind die Nieren – denn sie bestimmen über die Ausscheidung von Wasser in Form des Urins. Ihre Regulation erfolgt über verschiedene Hormone, unter anderem Aldosteron und Angiotensin II; die Nieren bilden auch ihrerseits Hormone, die zahlreiche Stoffwechselvorgänge beeinflussen. Sie sind darüber hinaus für die Regulation des pH-Wertes des Blutes, die Filterung und die Energiespeicherung durch Glukose verantwortlich.

Krankheiten & Beschwerden

Osmoregulation spielt im Zusammenhang verschiedener Grunderkrankungen eine Rolle, zum Beispiel bei der Entstehung von Ödemen. Bei einem Ödem handelt es sich um eine Schwellung des Gewebes, die durch vermehrte Speicherung von Wasser verursacht wird. Übermäßige Einlagerung von Flüssigkeit in den Zellzwischenräumen (Stroma), insbesondere dem Binde- oder Stützgewebe, verursachen das charakteristische aufgequollene Erscheinungsbild der Ödeme. Allerdings können sich die Schwellungen auch verborgen manifestieren, beispielsweise im Gehirn, wo sie zum Teil schwere Schädigungen verursachen.

In der Regel treten Ödeme nicht isoliert auf, sondern stellen die Folge einer anderen Erkrankung dar. Beispiele hierfür sind Nieren-, Leber- oder Herzinsuffizienz. Die eingeschränkte Funktion eines der genannten Organe hat zur Folge, dass unerwünschter osmotischer Druck im Gewebe entsteht, der in dieser Form biologisch nicht vorgesehen ist. Wegen der automatischen Osmoregulation strömt Wasser in die Zellzwischenräume; das Lymphsystem kann die überschüssige Flüssigkeit nicht abtransportieren und das Gewebe schwillt an. Je nach Ausprägung und Lokalisation kann die Schwellung Schmerzen verursachen und die Beweglichkeit einschränken.

Eine Grunderkrankung, wegen der die Osmoregulation solche Beschwerden hervorruft, ist die Hypalbuminämie. Dabei handelt es sich um einen Mangel des Eiweißes Albumin, welches von allen Proteinen im menschlichen Organismus am häufigsten vorkommt. Potenzielle Gründe für einen Albumin-Mangel sind fehlerhafte Ernährung, Leber- oder Nierenschäden sowie Verbrennungen oder akute Entzündungen. Physiologisch bedingt kann die Hypalbuminämie auch während der Schwangerschaft in Erscheinung treten.

Der Mangel des Proteins Albumin führt zu einer Veränderung in der Osmoregulation des Körpers: Entlang des Konzentrationsgradienten diffundiert Wasser aus dem Blutplasma hinaus und sammelt sich in bekannter Weise in den Zellzwischenräumen.

In Entwicklungsländern, Krisengebieten und Regionen mit mangelhaftem Nahrungsangebot taucht häufig das Hungerödem (Kwashiorkor) als spezielle Variante der Hypalbuminämie auf. Seine Therapie besteht im Wesentlichen in der Versorgung mit eiweißreicher Nahrung, um den Mangel an Protein auszugleichen.

Wassereinlagerungen sind jedoch nicht zwingend die Folge einer schweren Erkrankung. Übermäßige Aufnahme von Salz über die Nahrung löst zum Teil ebenfalls die ungewollte Speicherung von Flüssigkeit im Stroma aus. Die Einnahme diuretischer Medikamente kann die Osmoregulation zugunsten einer vermehrten Ausscheidung von Flüssigkeit verschieben.

Quellen

Classen, M., Diehl, V., Kochsiek, K. (Hrsg.): Innere Medizin. Urban & Fischer, München 2009
Piper, W.: Innere Medizin. Springer, Berlin 2013
Renz-Polster, H., Krautzig, S. (Hrsg.): Basislehrbuch Innere Medizin. Urban & Fischer, München 2012

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