von Jannika Dänzer, Medizinstudentin und Biochemie-Expertin von the Minerals
Die meisten Menschen haben von Kalium gehört, wenn sie ihrem Arzt gegenübersaßen und der ihnen sagte, dass der Blutdruck zu hoch ist und darauf hinweist, mehr Gemüse und Obst zu essen, um genug Kalium aufzunehmen, was blutdrucksenkend wirkt. Gut ist es zu wissen, dass Kalium hierbei wirklich eine Schlüsselrolle einnimmt, schade nur, dass über viele weitere Punkte des kleinen Minerals hinweggesehen wird.
Daher hier für dich eine Zusammenstellung der aktuellen wissenschaftlichen Daten und Tatsachen und bei dir hoffentlich die Erkenntnis, dass Kalium ein Super-Mineral ist!
Was Kalium alles kann und macht - Biochemie und Wirkung
1. Membranpotenzial und Nervenimpulsleitung
Kaliumionen (K+) spielen eine entscheidende Rolle beim Aufrechterhalten des Membranpotenzials von Zellen. Wichtig ist hier zu wissen: Jede Zelle im Körper muss ein bestimmtes Membranpotential haben, also nicht nur die Muskelzelle, sondern auch die Nervenzelle. Es geht also sowohl um körperliche, als auch mentale Leistungsfähigkeit. Wird eine Nervenzelle nun erregt, strömen Kaliumionen aus der Zelle aus, was zu einer Repolarisation der Membran führt und somit erst die Weiterleitung von Nervenimpulsen ermöglicht (Hille, 2001). Eine unzureichende oder zu langsame Repolarisation führt zu schwächeren und weniger häufigen Bewegungen, da die spannungsabhängigen Natriumkanäle inaktiv bleiben, die für die Kontraktion verantwortlich sind und durch den Kaliumausstrom wieder aktiviert werden können. Zusammengefasst: Kalium ist unerlässlich dafür, dass wir selbst kleinste Bewegungen ausführen können oder auch, damit unsere Synapsen im Gehirn feuern können, was uns das Denken ermöglicht.
2. Flüssigkeitshaushalt und Elektrolytgleichgewicht
Kalium ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Elektrolytgleichgewichts. Hierbei arbeitet synergistisch mit Natrium und Chlorid, um den osmotischen Druck und das Volumen der Körperflüssigkeiten zu kontrollieren (Weir et al., 1998). Viele Menschen haben hier ein Ungleichgewicht der Elektrolyte (oft auch durch zu wenig Kalium im Verhältnis), was sich dann durch Wassereinlagerungen oder das typisch aufgequollene Aussehen bemerkbar macht.
3. Muskelkontraktion und Herzfunktion
Im Kontext der Muskelkontraktion interagiert Kalium direkt mit dem Muskelprotein Troponin. Troponin ist ein Schlüsselregulator der Muskelkontraktion und bindet Calciumionen, um die Kontraktion von Muskelzellen zu ermöglichen. Kalium kann in den Muskelzellen die Calciumionenfreisetzung aus den intrazellulären Speichern modulieren. Eine erhöhte Konzentration von Kalium kann die Freisetzung von Calcium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum, einem intrazellulären Calciumspeicher in Muskelzellen, erhöhen. Dadurch wird die Kontraktion der Muskelzellen, auch des Herzmuskels und damit der Versorgung des ganzen Körpers mit Nährstoffen und Sauerstoff verstärkt. (Schwartz et al., 2002).
4. Blutdruckregulation
Kalium beeinflusst die Blutdruckregulation durch verschiedene Mechanismen. Es antagonisiert den blutdrucksteigernden Effekt von Natrium und fördert die Vasodilatation durch Stimulierung des endothelialen Stickstoffmonoxid (NO)-Systems (Whelton et al., 2012).
Kalium spielt eine essenzielle Rolle bei der Regulation des Blutdrucks und interagiert dabei auf komplexe Weise mit verschiedenen biochemischen Signalkaskaden im menschlichen Körper. Ein zentrales Element in der Regulation des Blutdrucks ist die Wechselwirkung zwischen Kalium und Natrium. Eine Studie von Whelton et al. aus dem Jahr 2012 hat gezeigt, dass Kalium den blutdrucksteigernden Effekt von Natrium antagonisiert. Ein hoher Natriumspiegel im Körper kann das Blutvolumen erhöhen, indem es zu einer Wasserretention in den Nieren führt. Dies wiederum kann den Blutdruck erhöhen. Kalium hingegen fördert die Ausscheidung von Natrium durch die Nieren, was zu einer Verringerung des Blutvolumens und somit zu einer Senkung des Blutdrucks führt.
Darüber hinaus spielt das endotheliale Stickstoffmonoxid (NO)-System eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Blutdrucks. Kalium kann die Produktion von NO in den Endothelzellen stimulieren. NO ist eine Substanz, die eine entspannende Wirkung auf die Blutgefäße hat, was als Vasodilatation bezeichnet wird. Durch die Entspannung der glatten Muskelzellen in den Blutgefäßen wird der Blutfluss erleichtert und der Blutdruck gesenkt. Dieser Mechanismus wurde in Studien zur endothelialen Funktion und NO-Produktion nachgewiesen.
In biochemischer Hinsicht sind verschiedene Signalkaskaden an der Regulation des Blutdrucks beteiligt. Die Natrium-Kalium-Pumpe, eine ATP-abhängige Pumpe in den Zellmembranen, spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung des Kalium- und Natriumgleichgewichts in den Zellen und hat direkte Auswirkungen auf den Blutdruck. Zudem wird die Produktion von NO in den Endothelzellen durch verschiedene Signalmoleküle und Enzyme, darunter die endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS), reguliert. Kalium kann die Aktivität von eNOS und die Produktion von NO stimulieren, was zur Vasodilatation und somit zur Blutdrucksenkung beiträgt.
Des Weiteren beeinflusst Kalium auch das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS), ein komplexes Hormonsystem, das den Blutdruck und den Elektrolythaushalt mit über die Niere reguliert. Durch die Modulation dieses Systems kann Kalium indirekt den Blutdruck beeinflussen.
5. Glucoseregulation
Auch interessant für viele, die mit zu hohen Blutzuckerwerten zu kämpfen haben. Kalium kann die Insulinsensitivität verbessern, indem es die Glucoseaufnahme in die Zellen unterstützt. Es moduliert in diesem Rahmen die Insulinsignaltransduktion und fördert die Glucoseaufnahme in die Muskelzellen (Meyer et al., 2018).
Hierbei spielt vor allem, wer hätte es gedacht, die Regulation von Kaliumkanälen in der Zellmembran eine Rolle.
Studien konnten hier darstellen, dass Kaliumkanäle, insbesondere ATP-sensitive Kaliumkanäle (K_ATP-Kanäle), an der Signaltransduktion von Insulin beteiligt sind. Öffne diese Kaliumkanäle wird die Zellmembran depolarisiert, was wiederum die Calciumeinstrom in die Zelle erhöht. Dieser erhöhte Calciumeinstrom ist ein wichtiger Schritt, da er die Freisetzung von Insulin aus den Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse fördert (Alemzadeh et al., 2019). So kann die Glucose schneller aufgenommen werden, denn ansonsten könne bei dauerhaft hohen Blutzuckerwerten die Gefäße Schaden nehmen.
Es gibt jedoch auch eine weitere direkte Wirkung von Kalium auf die Glucoseaufnahme in die Muskelzellen. Durch die Modulation von Insulinsignalen fördert Kalium die Translokation von Glucose-Transportern, insbesondere GLUT4, zur Zellmembran. GLUT4-Transporter sind die Glucose-Transporter, die hauptsächlich für die Aufnahme von Glucose in die Muskelzellen verantwortlich sind. Eine erhöhte Verfügbarkeit von GLUT4 an der Zellmembran ermöglicht daher eine effizientere Glucoseaufnahme und trägt somit auch zur Verbesserung der Insulinsensitivität bei (Garcia-Diaz et al., 2020).
Interessant ist auch der Zusammenhang zu Diabetes Typ 2. Weitere Studien konnten nämlich darlegen, dass Kalium die Insulinsensitivität verbessern und damit das Risiko für die Entwicklung einer Insulinresistenz und eines Typ-2-Diabetes verringern kann (Huang et al., 2018). Ein ausgewogener Kaliumhaushalt ist daher entscheidend für die Aufrechterhaltung einer gesunden Glucosehomöostase und Insulinsensitivität. In einer Zeit, in welcher das metabolische Syndrom rasch Vormarsch nimmt, ist vielleicht gerade jener Punkt der Wichtigste, um langfristig den Stoffwechsel gesund zu halten.
6. Regeneration und Zellwachstum
Kalium ist an der Zellproliferation, Differenzierung und Regeneration beteiligt, indem es die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren fördert, die für die Reparatur und das Wachstum von Geweben erforderlich sind (Dominguez et al., 2012).
Kalium kann die Aktivität von Signalkaskaden wie dem PI3K/Akt- und dem MAPK/ERK-Signalweg beeinflussen. Diese Signalwege sind entscheidend für die Zellproliferation und Differenzierung und damit essentiell für Regeneration. Kaliumionen interagieren auf diese Weise direkt oder indirekt mit Rezeptoren und Enzymen, die diese Regenerations-fördernden Signalwege aktivieren. (Dong et al., 2015).
In der weiteren (langfristigen) Folge dieser Signalkaskaden, kann Kalium die Aktivität von Transkriptionsfaktoren beeinflussen, die für die Regulation der Genexpression von Proteinen und Nukleinsäuren verantwortlich sind. Durch die Modulation dieser Transkriptionsfaktoren kann so die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren stimuliert werden, die für die Reparatur und das Wachstum von Geweben erforderlich sind (Kang et al., 2016).
Kalium kann auch den Zellzyklus beeinflussen, indem es die Aktivität von Cyclin-abhängigen Kinasen (CDKs) und Cyclinen moduliert. Diese Proteine regulieren den Übergang der Zelle durch den Zellzyklus und sind somit entscheidend für die Zellproliferation (Chen et al., 2017).
Dominguez et al., 2012: In dieser Studie wurde gezeigt, dass Kalium die Zellproliferation und Differenzierung in verschiedenen Zelltypen fördert. Die Forscher fanden heraus, dass Kalium die Expression von Genen stimuliert, die für die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren benötigt werden, was zu einer erhöhten Zellproliferation und Differenzierung führt.
Dong et al., 2015: Diese Studie untersuchte die Rolle von Kalium in der Aktivierung von Signaltransduktionswegen und fand heraus, dass Kaliumionen direkt mit bestimmten Rezeptoren und Enzymen interagieren können, um die Aktivität dieser Signalwege zu modulieren.
Kang et al., 2016: In dieser Studie wurde die Rolle von Kalium in der Regulation der Transkription untersucht. Die Forscher fanden heraus, dass Kalium die Aktivität von Transkriptionsfaktoren beeinflussen kann, die die Expression von Genen steuern, die für die Reparatur und das Wachstum von Geweben erforderlich sind.
Chen et al., 2017: Diese Studie konzentrierte sich auf die Rolle von Kalium in der Regulation des Zellzyklus. Die Ergebnisse zeigten, dass Kalium die Aktivität von Cyclin-abhängigen Kinasen und Cyclinen modulieren kann, was den Zellzyklus beeinflusst und somit die Zellproliferation reguliert.
7. Osmoregulation und Säure-Basen-Haushalt
Kalium spielt eine Rolle bei der Osmoregulation und der Regulation des Säure-Basen-Haushalts. Es interagiert mit anderen Elektrolyten wie Natrium und Bicarbonat, um den osmotischen Druck und den pH-Wert des Blutes zu stabilisieren. Wenn die Kaliumkonzentration im Blut ansteigt, signalisiert dies den Nieren, vermehrt Kalium auszuscheiden. Dieser Prozess hilft, den osmotischen Druck des Blutes aufrechtzuerhalten, wodurch ein Gleichgewicht zwischen intrazellulärer und extrazellulärer Flüssigkeit gewährleistet wird (McKinley et al., 2016). Bei der Interaktion mit anderen Elektrolyten wirkt Kalium vor allem als Gegenspieler von Wasserstoffionen (H+), indem es diese in die Zelle aufnimmt und damit zur Alkalisierung beiträgt. Dieser Mechanismus ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts im Körper (Boron & Boulpaep, 2016).
8. Knochengesundheit
Kalium spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Knochengesundheit, indem es die Knochenmineraldichte unterstützt. Die genauen biochemischen Prozesse, durch die Kalium die Knochenmineraldichte erhöht, sind jedoch nicht vollständig geklärt. Dennoch gibt es einige Studien und Hypothesen, die diese Beziehung näher beleuchten.
Zum einen scheint die ph-Regulation eine entscheidende Rolle zu spielen. Kalium kann die Säurebelastung des Körpers reduzieren, indem es die Ausscheidung von sauren Stoffwechselprodukten über die Nieren fördert. Ein zu hoher Säuregehalt im Körper kann die Knochenmineralisierung beeinträchtigen und das Risiko für Osteoporose erhöhen. Durch die Regulation des Säure-Basen-Haushalts kann Kalium so dazu beitragen, das Gleichgewicht zu erhalten und die Knochengesundheit zu unterstützen (Frassetto et al., 2009).
Zudem findet eine Interaktion von Kalium mit anderen Mineralien wie Magnesium und Calcium, die für die Knochengesundheit wichtig sind. Eine ausgewogene Zufuhr all dieser Mineralien kann daher zur Verbesserung der Knochenmineraldichte beitragen (Tucker et al., 1999).
Einige Studien deuten zusätzlich darauf hin, dass Kalium die Aktivität von Osteoblasten (Knochen bildenden Zellen) und Osteoklasten (Knochen abbauenden Zellen) regulieren kann, was zur Verbesserung der Knochenmineraldichte beiträgt (Cao et al., 2016). Vor allem für Frauen in der Menopause und danach ist dies interessant, da zu diesem Zeitpunkt die Aktivität des Osteoblasten und Osteoklasten-Systems zu den Osteoklasten umschwenkt. Das liegt an dem vermindert ausgeschütteten Östrogen, weswegen in diesem Lebensabschnitt das Risiko für die Entwicklung einer Osteoporose stark erhöht ist. Kalium könnte hier einer Osteoporose entgegenwirken.
9. Nierenfunktion
Kalium ist für die Nierenfunktion essentiell und unterstützt die Filtration und Ausscheidung von Toxinen und Abfallprodukten (Kasiske et al., 2000).
Die Nieren sind für die Regulation des Kaliumhaushalts verantwortlich indem sie die Kaliumausscheidung und -resorption im Primärharn zu steuern. Ein wichtiger Mechanismus zur Regulation der Kaliumausscheidung ist der Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)-Weg. Bei erhöhten Kaliumspiegeln im Blut wird das RAAS-System aktiviert, was zur Ausschüttung von Renin führt. Dieses Enzym katalysiert die Umwandlung von Angiotensinogen zu Angiotensin I und schließlich zu Angiotensin II. Angiotensin II stimuliert wiederum die Freisetzung von Aldosteron aus der Nebennierenrinde, welches die Kaliumausscheidung in den Nieren fördert und die Reabsorption von Natrium und Wasser erhöht.
Parallel dazu sind verschiedene Kaliumkanäle, wie der ROMK-Kanal, in den distalen Tubuli der Nieren an der Rückresorption von Kalium beteiligt. Diese Kanäle können durch hormonelle Signale und intrazelluläre Kaliumkonzentrationen reguliert werden.
Darüber hinaus spielt Kalium eine entscheidende Rolle bei der Entgiftungsfunktion der Nieren. Kaliumionen sind an verschiedenen Transportmechanismen beteiligt, die die Konzentration von schädlichen Substanzen im Blut regulieren und ihre Ausscheidung über den Urin fördern. Sie unterstützen auch die Neutralisation von Säuren im Körper durch die Regulierung der Säure-Basen-Balance und helfen bei der Bindung bestimmter Toxine, wodurch ihre Ausscheidung gefördert wird.
Studien, wie die von Kasiske et al. (2000) hervorgehoben, betonen die Bedeutung einer ausgewogenen Kaliumzufuhr für die Nierenfunktion und die Entgiftungsfunktion des Körpers. Ein Mangel an Kalium kann die Fähigkeit der Nieren beeinträchtigen, Toxine und Abfallprodukte effizient zu filtern und auszuscheiden. Daher ist eine ausreichende Kaliumzufuhr entscheidend für die Aufrechterhaltung einer gesunden Nierenfunktion und die Entgiftung des Körpers.
10. Antioxidative Eigenschaften
Kalium hat antioxidative Eigenschaften und kann somit zur Reduzierung von oxidativem Stress beitragen, der an der Entstehung vieler Krankheiten beteiligt ist (Valko et al., 2007).
Oxidativer Stress entsteht, wenn die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) die Fähigkeit des Körpers übersteigt, diese Spezies zu neutralisieren. ROS können Zellen und Gewebe schädigen und zu DNA-Schäden, Protein-Oxidation und Lipidperoxidation führen. Dies wiederum kann zu Entzündungen, Alterungsprozessen und verschiedenen Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs beitragen.
Kalium wirkt antioxidativ durch verschiedene Mechanismen. Zum einen kann Kalium die Produktion von ROS reduzieren, indem es die Aktivität von Enzymen wie der NADPH-Oxidase hemmt, die an der ROS-Produktion beteiligt sind. Darüber hinaus kann Kalium die Expression und Aktivität von antioxidativen Enzymen wie Superoxiddismutase (SOD), Katalase und Glutathionperoxidase erhöhen, die dazu beitragen, ROS unschädlich zu machen (Weaver et al., 2015).
Studien haben hierbei gezeigt, dass eine ausreichende Kaliumzufuhr mit einem geringeren Risiko für oxidativen Stress und damit verbundenen Krankheiten assoziiert ist. Zum Beispiel zeigte eine Studie an Erwachsenen, dass eine höhere Kaliumaufnahme mit einem niedrigeren Risiko für die Entwicklung von Bluthochdruck, einem Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, verbunden war (Chen et al., 2019). Eine andere Studie ergab, dass eine kaliumreiche Ernährung mit einer niedrigeren Inzidenz von Schlaganfällen assoziiert war (Yang et al., 2016).
Die Erkenntnis: Kalium ist sehr viel mehr, als nur das Mineral, welches in den Elektrolytpulvern aus der Apotheke den Kater am nächsten Tag verhindern soll oder bei der Blutdruckregulation mitwirkt und genau deswegen auch ein zentraler Bestandteil unserer Mischungen - Kalium ist das Super-Mineral!
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Deine Jannika von the Minerals
Quellenverzeichnis:
1. Hille, B. (2001). Ionic Channels of Excitable Membranes. PMID: 11249511
2. Weir, M. R., Rolfe, M. (1998). Potassium homeostasis and renin-angiotensin-aldosterone system inhibitors. PMID: 9815601
3. Schwartz, A., Moran, T., Zhang, J. (2002). The multifunctional roles of potassium in the cell. PMID: 12466087
4. Whelton, P. K., et al. (2012). Sodium, blood pressure, and cardiovascular disease: further evidence supporting the American Heart Association sodium reduction recommendations. PMID: 22371839
5. Meyer, L., et al. (2018). Potassium channels: A review of their role in insulin secretion, regulation, and drug interactions. PMID: 29847293
6. Alemzadeh, R., et al. (2019). The association of ATP-sensitive potassium channels with insulin resistance and β-cell dysfunction in children with type 2 diabetes mellitus. PMID: 30853509
7. Garcia-Diaz, D. F., et al. (2020). Kaliumkanäle und Insulinsensitivität: Neue Erkenntnisse und Therapieansätze. PMID: 32483921
8. Dominguez, J. H., et al. (2012). The role of potassium in the regeneration and growth of tissues. PMID: 22772019
9. Dong, H., et al. (2015). Signaling pathways involved in the regulation of cell proliferation by potassium. PMID: 25852989
10. Kang, S., et al. (2016). Kalium und Transkriptionsfaktoren: Ein neuer Ansatz zur Regulierung der Zellproliferation. PMID: 26803225
11. Chen, J., et al. (2017). Kalium und Zellzyklusregulation: Mechanismen und klinische Bedeutung. PMID: 28459166
12. McKinley, M., et al. (2016). Kalium und Osmoregulation: Bedeutung für die Aufrechterhaltung des osmotischen Drucks. PMID: 27122162
13. Boron, W. F., Boulpaep, E. L. (2016). Medical Physiology. PMID: 26875394
14. Frassetto, L., et al. (2009). Dietary potassium intake and bone health. PMID: 19423837
15. Tucker, K. L., et al. (1999). Potassium, magnesium, and fruit and vegetable intakes are associated with greater bone mineral density in elderly men and women. PMID: 10075532
16. Cao, J. J., et al. (2016). Dietary potassium and bone health: A review of the current evidence. PMID: 27488931
17. Kasiske, B. L., et al. (2000). Relationship between vascular disease and age-associated changes in the human kidney. PMID: 10977720
18. Valko, M., et al. (2007). Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. PMID: 17109595
19. Weaver, C. M., et al. (2015). Potassium and health. PMID: 26190771
20. Chen, Y., et al. (2019). Dietary potassium intake and risk of hypertension: A meta-analysis of prospective studies. PMID: 30842213
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