Natrium: elementar für den Stoffwechsel

Natrium ist in Form seiner Verbindungen auf der Erde allgegenwärtig. Als Kochsalz stellt es den größten Teil des Salzes im Meerwasser, von dem sich unsere Vorfahren beim Erobern des Landes etwas mitgenommen haben. Daher spielen Natriumionen in unserem Stoffwechsel bis heute eine elementare Rolle. Sie sind einer der wichtigsten Elektrolyte, und weder Muskelkontraktionen noch Nervenleitung wären ohne sie denkbar.

Was ist Natrium?

Chemie ist, wenn es stinkt und kracht: Die meisten von uns sind elementarem Natrium zum ersten Mal im Chemieunterricht begegnet. Bugsierte der Lehrer mit Schutzbrille und Zange bewaffnet ein winziges Stückchen des Metalls in eine wassergefüllte Schale, durfte er sich der ungeteilten Aufmerksamkeit der Klasse sicher sein. Denn Natrium reagiert in einer fulminanten Reaktion mit dem Wasser und entzündet das entstehende Wasserstoffgas mit einer leuchtenden Flamme. Dass der Lehrer das Natrium einem Behältnis mit Öl entnahm, hat seinen Grund: Das Erdalkalimetall ist so reaktionsfreudig, dass es an der Luft mit der darin enthaltenen Feuchtigkeit und Sauerstoff reagieren würde. Ein Stück des hübschen silberglänzenden Materials in die Finger zu nehmen wäre daher eine ausgesprochen schlechte Idee.

Wo kommt Natrium in der Natur vor?

Da es so schnell reagiert, kommt Natrium in freier Wildbahn niemals in elementarer Form vor. Umso häufiger sind seine Verbindungen in Form von Salzen. Die bekanntesten Natriumsalze sind Kochsalz (Natriumchlorid NaCl), Soda (Natriumkarbonat Na2CO3) und Natron (Natriumhydrogencarbonat NaHCO3).

Wie viel Salz ist im Meer?

Kochsalz nennt man nicht umsonst Meersalz, denn es ist der wichtigste Mineralstoff in den Ozeanen. Über Jahrmillionen haben versickernde Niederschläge es aus dem Boden mitgenommen und mit Bächen und Flüssen ins Meer transportiert. Bei der Verdunstung des Wassers blieben die gelösten Substanzen zurück, sodass sich die Salzkonzentration langsam aber stetig auf den heutigen Wert erhöht hat. In den Weltmeeren liegt der Salzgehalt bei durchschnittlich dreieinhalb Prozent. Das entspricht 35 Gramm Salz pro Liter Wasser. Davon entfallen 19,25 Gramm auf Chlorid, 10,7 Gramm auf Natrium, der Rest auf Magnesium, Calcium, Kalium und andere Ionen.

Wie entsteht ein Salzsee?

Im Binnenland liegt der Salzgehalt einiger Seen teilweise wesentlich höher: Rekordhalter ist das vierhundert Meter unter dem Meeresspiegel liegende Tote Meer mit durchschnittlich 28 Prozent und regionalen Spitzenwerten um 33 Prozent. Der Jordan fließt mit jeder Menge gelöster Mineralstoffe hinein, aber der größte Teil seines Wassers verdunstet im trockenen Klima. Zurück bleibt eine Salzlösung mit einer so hohen Dichte, dass selbst Nichtschwimmer an der Oberfläche treiben und nicht untergehen.

Woher kommen die Namen Natron und Soda?

Wie andere Salzseen dient das Tote Meer seit Menschengedenken als Lieferant für Kochsalz. An ihren Rändern, wo das Salz durch die Verdunstung auskristallisiert, findet man weitere Natriumsalze, allen voran Natron und Soda. Auch diese beiden Natriumverbindungen nutzt der Mensch seit Urzeiten für seine Zwecke. So verwendeten die alten Ägypter Natron und Soda aus den Natronseen ihres Landes als Trocknungsmittel zur Mumifizierung. Unweit der Pyramiden von Gizeh liegt in der Sahara noch heute der Salzsee des Wadi an-Natrun. Daher auch der Name: Altägyptisch bezeichnet netjer j etwas, was zu einem Begräbnis gehört. Über das arabische ‏ناترون‎ natrun fand es Eingang in unsere Sprache. Ähnlich erging es dem Soda: Das arabische سواد suwwād bedeutet Pflanzenasche – früher eine häufige Quelle für die Gewinnung von Soda und Seife. Im maurisch besetzten Spanien wurde daraus soda.

Was ist der Unterschied zwischen Natron und Soda?

Beide werden häufig durcheinandergebracht, obwohl sie sich deutlich unterscheiden: Beim Soda dient das Carbonation CO32- als Gegenion des Natriums, beim Natron das Hydrogencarbonat HCO3-. Hinter diesen Verwechslungen stecken nicht zuletzt sprachliche Gründe: Die englische Bezeichnung für Soda lautet natron, Natron ist baking soda. In die kristallinen Strukturen von Soda und Natron ist Wasser eingelagert. Die feinen weißen Pulver sind in Drogeriemärkten und Apotheken erhältlich und ein unerschöpflicher Quell für zahlreiche Hausmittel.

Verwendung von Natrium als Soda und Natron in Haushalt und Industrie

Soda gehört als Waschsoda oder Kristallsoda zu den ältesten Reinigungsmitteln der Menschheit und dient seit Urzeiten als Ausgangsstoff für Seife. Bis heute findet es sich in zahlreichen Wasch- und Bleichmitteln. Zudem wird es bei der Glasherstellung und beim Recycling von Papier verwendet. Natron bezeichnet man auch als doppeltkohlensaures Natron, Natriumbicarbonat, Speisenatron oder Speisesoda. Es ist in Wasch- und Putzmitteln, Backpulver und anderen Treibmitteln sowie Brausepulver enthalten. Als Bullrichsalz hilft es bei Sodbrennen und in Zahnpasta beim Zähneputzen. Die natürlichen Vorkommen von Soda und Natron reichen schon lange nicht mehr aus, um den weltweiten Bedarf der chemischen Industrie zu decken. Daher stellt man die beiden wichtigen Grundsubstanzen nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay-Verfahren) aus dem häufigen Kalkstein (Calciumcarbonat) her.

Kochsalz, Speisesalz, Tafelsalz

Natriumchlorid lässt sich leicht aus Meerwasser oder Salzseen gewinnen und ist ein weiterer wichtiger Ausgangsstoff der chemischen Industrie. Im Binnenland gewinnt man Speisesalz im Bergbau aus Salzstöcken oder aus salzhaltigen Quellen. Die Lüneburger Heide ist das Ergebnis mittelalterlichen Raubbaus an der Natur, denn die Wälder verschwanden in den Siedekesseln Lüneburgs, um das salzhaltige Wasser aus der Saline einzukochen. Daher die Bezeichnung Kochsalz oder Siedesalz für Tafelsalz. Weniger Ressourcen verbrauchen Gradierwerke. Leitet man das Wasser salzhaltiger Quellen über dicke Schichten von Zweigen, verdunstet der größte Teil und liefert eine konzentrierte Lösung von Kochsalz. Vereinzelt finden sich alte Anlagen als Touristenattraktion in Kurorten. Apropos Kurorte: Städtenamen wie Bad Reichenhall, Schwäbisch Hall oder Halle an der Saale erinnern an die Zeiten der Salzgewinnung: Hall heißt im Althochdeutschen Salz.

Elektrolyte: Was bedeutet isotonisch?

Als sich unsere Vorfahren an Land wagten, nahmen sie etwas aus ihrer Heimat mit: Meersalz. Das ist der Grund dafür, dass Natrium und Chlorid noch heute eine wichtige Rolle im Stoffwechsel des Menschen spielen. Als Blutersatz verwendet man physiologische Kochsalzlösung mit 0,9 Prozent Natriumchlorid – sie ist isotonisch. Das bedeutet, sie hat den gleichen osmotischen Druck wie unser Blut. In einer hypotonischen Lösung sind wenig Salze enthalten. Zum Ausgleich der Konzentration würde Wasser in die Blutkörperchen einströmen und diese zum Platzen bringen. Umgekehrt ziehen hypertonische Lösungen mit großen Mengen an Ionen Wasser heraus und bringt die Zellen zum Schrumpfen.

Für was sind Elektrolyte gut?

Bei Sport und Training verliert man durch das Schwitzen Elektrolyte. Isotonische Getränke werden vom Körper schnell aufgenommen und gleichen den Mineralstoffhaushalt aus. Gleichzeitig dienen die darin enthaltenen Kohlenhydrate der Energieversorgung. Der Mineralstoffverlust durch Training wird häufig überschätzt. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung und der Deutsche Sportbund empfehlen Apfelschorle oder ein natriumreiches Mineralwasser. Den gleichen Zweck erfüllt ein alkoholfreies Bier. Spezielle isotonische Getränke sind wesentlich teurer, aber ihr Nutzen erscheint zweifelhaft, sieht man vom Leistungssport ab.

Welche Rolle spielen Elektrolyte im Körper?

Im menschlichen Körper kann man von Salzen wie Natriumchlorid oder Natriumcarbonat streng genommen nicht sprechen, denn diese sind hier alle gelöst. Eine Ausnahme bilden Mineralstoffe, die wie Hydroxylapatit in der Knochensubstanz fixiert sind. Die wichtigsten Elektrolyte sind die Kationen Natrium (Na+), Kalium (K+), Calcium (Ca2+) und Magnesium (Mg2+). Ihnen stehen Anionen wie Chlorid (Cl-) und Phosphat (PO42-) gegenüber. Sie zählen zu den Mengenelementen oder Makroelementen. Das heißt, sie kommen im menschlichen Körper mit mehr als 50 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht vor. Das Eisen bildet definitionsgemäß die Grenze zu den Spurenelementen (Mikroelementen) wie Jod, Kupfer, Selen und Kobalt. Sie sind lebensnotwendig, obwohl sie nur einen geringen Anteil an der Körpersubstanz ausmachen. Entscheidend für die meisten Abläufe im Stoffwechsel ist das richtige Verhältnis der Mengenelemente Natrium, Kalium und Chlorid.

Rolle von Natrium im Körper: Kalium drinnen, Natrium und Chlorid draußen

Für zahlreiche Körperfunktionen ist wichtig, dass Kalium größtenteils innerhalb und Natrium zusammen mit Chlorid außerhalb der Zellen zu finden sind. Die Natriumkonzentration liegt intrazellulär bei 10 – 15 mmol/l, im Extrazellularraum bei 135 – 145 mmol/l. 95 Prozent des Natriums auf der einen und nur fünf Prozent auf der anderen Seite der Membran sind ein erheblicher Unterschied. Für die Zellen bedeutet die Aufrechterhaltung eines solchen Konzentrationsunterschiedes harte Arbeit, die sie mit ATP (Adenosintriphosphat) bezahlen. ATP stellen die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, in der Atmungskette aus Kohlenhydraten und Sauerstoff her. Die universelle Energiewährung dient speziellen Proteinen in der Zellmembran als Treibstoff. Solche Natrium-Kalium-Pumpen schleusen unter Energieverbrauch Natrium aus der Zelle und transportieren im Gegenzug Kalium hinein. Darüber hinaus ist Natrium wichtig für Transportvorgänge, die nur in seiner Gegenwart funktionieren. Glukose, Aminosäuren, Protonen (H+), Chloridionen (Cl-) und Calciumionen (Ca2+) werden mit seiner Hilfe gezielt auf die andere Seite der Zellmembran verlagert.

Natrium bei Nervenleitung und Muskelkontraktion

Die unterschiedlichen Ionenverhältnisse sorgen für eine winzige elektrische Spannung zwischen Zellinnerem und Extrazellularraum. Dieses Membranpotential ist Grundlage für die Reizleitung in Nervenzellen und die Kontraktion von Muskelzellen. Strömt Natrium in die Zelle und Kalium heraus, führt das zu einem elektrischen Impuls, der sich entlang einer Muskelfaser oder des Axons einer Nervenzelle ausbreitet. Im Nervensystem erfolgt so die Weiterleitung eines Reizes, im Muskel löst das Aktionspotential ein Ineinanderschieben der Aktin- und Myosinfilamente aus, sodass sich der Muskel verkürzt und kontrahiert. Kurze Zeit später normalisieren sich die Elektrolytverhältnisse. Natrium gelangt wieder nach außen, Kalium nach innen. Nach einer kurzen Refraktärzeit ist ein neuer Nervenimpuls oder eine erneute Kontraktion möglich.

Natrium: Laborwerte in Blut und Urin

Diese Vorgänge lassen erahnen, wie wichtig der richtige Natriumspiegel im Blutserum ist. Bei Blutuntersuchungen gilt ein Natrium-Blutwert von 135 – 144 mmol/l als normal. Wird er unterschritten, spricht man von einem Natriummangel (Hyponatriämie), bei einem Überschreiten von Natriumüberschuss (Hypernatriämie). Natrium gelangt über Nahrung und Getränke in den Körper und wird vor allem im Dünndarm resorbiert. Die Ausfuhr erfolgt in erster Linie über den Urin, in geringerem Maße mit dem Stuhl und dem Sekret der Schweißdrüsen. Die Natriumwerte von Blut und Urin stehen daher in unmittelbarem Zusammenhang. Geht zu viel Natrium über die Nieren verloren, steigt der Urinwert an und sinkt der Blutwert. Bei unzureichender Zufuhr des Mineralstoffs erniedrigt sich die Konzentration im Blut und gleichzeitig die im Harn.

Regulation des Natriumhaushaltes

Für die Einhaltung des Normwertes von Natrium im Blut und damit im gesamten Körper sind die Nieren zuständig. Die kleinen Natriumionen passieren in den Nierenkörperchen die dünne Membran zwischen Blutgefäß und Nierenkanälchen zusammen mit Wasser und anderen kleinen Ionen und Molekülen, ähnlich wie bei einer Blutwäsche (Dialyse). Größere Teilchen wie Eiweiße hält die semipermeable (halbdurchlässige) Membran wie ein Filter zurück. Diese Ultrafiltration bildet den Primärharn – und das in erheblichen Mengen. Würden wir die rund 180 Liter (!) täglich mit allen darin gelösten Ionen verlieren, wären wir in Windeseile dehydriert und und all unsere Elektrolyte los. Patienten mit Wasserharnruhr (Diabetes insipidus) kommen dem gefährlich nahe. Diese spezielle Diabetesform ist meistens auf das Fehlen von Vasopressin zurückzuführen, eines Hormons, das der Hypothalamus des Gehirns bildet. Man bezeichnet es auch als antiduretisches Hormon, denn es wirkt der Harnausscheidung (Diurese) entgegen. Das geschieht durch die gezielte Rückresorption von Wasser und Ionen in den distalen Nierenkanälchen. Als Vermittler dient dabei ein weiteres Hormon, das Aldosteron der Nebennierenrinde. Es sorgt mit speziellen Natrium-Kalium-ATPasen für den Rücktransport von Natrium ins Blut. Zum Ausgleich der Osmolarität folgen Wassermoleküle den Natriumionen und entgehen so ebenfalls der Ausscheidung. Zwei weitere Hormone spielen bei der Diurese eine Rolle, Renin und Angiotensin. Renin setzen die Nieren bei verminderter Durchblutung frei. Es wandet die Vorstufe Angiotensinogen in Angiotensin I um. Unter Vermittlung des Angiotensin Converting Enzyme ACE entsteht daraus die hormonell wirksamere Form Angiotensin II. Es verengt die Gefäße (Vasokonstriktion), was den Blutdruck und die Aldosteronausschüttung aus der Nebenniere erhöht.

Elektrolythaushalt, Natrium und Blutdruck

Natrium, Nieren und Blutdruck bilden durch das beschriebene Zusammenspiel von Hormonen einen Regelkreis, den man als Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) bezeichnet. Zusammen mit dem Blutdruck reguliert das RAAS den gesamten Wasser- und Elektrolythaushalt. Patienten mit Bluthochdruck (Hypertonie) nehmen häufig ACE-Hemmer ein: Ist das Enzym gehemmt, entsteht weniger Angiotensin II und sinkt mit dem Blutvolumen der Blutdruck. Ähnlich wirken Aldosteronantagonisten, indem sie die Rückresorption von Wasser und Natrium verhindern. Bei der Regulation des Blutdrucks spielt Natrium eine zentrale Rolle. Steigt die Plasmakonzentration deutlich über den Normalwert von 144 mmol/l, resultiert daraus Bluthochdruck. Das ist einer der Gründe, warum Patienten mit essenzieller Hypertonie eine natriumarme Diät empfohlen wird.

Natrium in Lebensmitteln

Zurück zum Speisesalz: Lüneburg und andere Salinenstädte wurden im Mittelalter mit dem weißen Gold reich. Pökeln mit Salz war über Jahrhunderte eine der wenigen Möglichkeiten, Fleisch und Fisch haltbar zu machen. Als Gewürz in der Küche war es fast so rar wie der noch kostbarere Pfeffer aus fernen Landen. Dementsprechend wurde beides wesentlich weniger davon benutzt als heutzutage – Fleisch und Gemüse vor der Zubereitung zu salzen und zu pfeffern galt als Luxus. Heute ist unser Geschmackssinn von dem reichhaltigen Angebot an Eindrücken verwöhnt, um nicht zu sagen abgestumpft. Das natürliche Aroma von Speisen genügt uns lange nicht mehr, und Fertigprodukte wie auch Konserven sind häufig mit Salz, Zucker und Aromastoffen überfrachtet. Gut für Appetit und Umsatz, schlecht für die Gesundheit: Übermäßiger Zuckerkonsum macht bereits unsere Kinder dick und reichlich Natriumchlorid im Essen sorgt im Alter für Bluthochdruck. Bluthochdruck und Fettleibigkeit sind die wichtigsten Risikofaktoren für Arterienverkalkung. Arteriosklerose ist in Europa der Killer Nummer Eins, denn sie ruft zahlreiche Herz-Kreislauf-Erkrankungen hervor. Dazu gehören die periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK), tiefe Bein- und Beckenvenenthrombosen sowie Angina pectoris und Herzinfarkt. Ebenso häufen sich Durchblutungsstörungen im Gehirn und Schlaganfälle.

Tagesdosis: Wie viel Natrium sollte man aufnehmen?

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt Erwachsenen eine tägliche Aufnahme von maximal 1,5 Gramm Natrium. Die deutsche Realität sieht anders aus: In der Studie zur Gesundheit Erwachsener in Deutschland (DEGS1) stellte das Robert-Koch-Institut (RKI) eine mittlere Natriumzufuhr von 3,31 Gramm bei Frauen und 3,94 Gramm bei Männern fest – ob mehr als das Doppelte der Empfehlungen unserer Gesundheit zuträglich ist, darf bezweifelt werden.

Natriumgehalt von Lebensmitteln

Den Orientierungswert von sechs Gramm Speisesalz am Tag überschreiten Europäer dank verarbeiteter Lebensmittel meist locker. Hauptquelle sind Brot, Käse, Wurstwaren, Konserven, Fertiggerichte und vor allem Fast Food wie Pizza, Burger und Chips, die zudem mit Zucker und Fett negativ punkten. Wer es etwas würziger mag, sollte anstelle von Salz mehr Kräuter und Gewürze verwenden. Damit lässt sich tagtäglich eine Menge Natrium einsparen. Ernährungsforscher empfehlen ausdrücklich eine vermehrte Aufnahme von Kalium. Kaliumreich und zugleich natriumarm ist vor allem frisches Obst und Gemüse. Insbesondere Bananen, Aprikosen, Tomaten und Karotten gelten als Kaliumbomben.

Sollte man natriumarmes Wasser trinken?

In Anbetracht der bei uns üblichen Mengen an Kochsalz in Nahrungsmitteln ist die Antwort ein klares Ja. Allerdings sollte man im Hinterkopf behalten, dass bei der täglichen Natriumzufuhr das Natriumchlorid im Mineralwasser weniger das Problem darstellt als jenes in Lebensmitteln. Wer auf natriumarme Kost achtet, fährt man mit Leitungswasser am besten. Alles was man an Elektrolyten benötigt, liefert eine gesunde Ernährung ohnehin, sodass man auf den Mineralstoffgehalt von Getränken nicht explizit zu achten braucht.

Natrium in Trinkwasserverordnung und Mineral- und Tafelwasserverordnung

Den Gehalt von Elektrolyten, Schadstoffen, Bakterien und Radioaktivität im Wasser regeln in Deutschland die Trinkwasserverordnung (TrinkWV) und die Mineral- und Tafelwasserverordnung (Min/TafelWV). Sie stellen die hohe Qualität von Wasser aus dem Hahn und Mineralwasser, Tafelwasser oder Heilwasser aus der Flasche sicher.

  • In Trinkwasser ist gemäß Trinkwasserverordnung ein Natriumgehalt bis zu 200 Milligramm pro Liter zulässig.
  • Dagegen sieht die Mineral- und Tafelwasserverordnung keinen Höchstwert für Natrium vor. Durch die Angleichung an die Regelungen der EU ist bei Mineralwasser sogar das vor 1980 vorgeschriebene Minimum von 1000 Milligramm Mineralien pro Liter weggefallen. Stiftung Warentest stellte fest, dass von 30 untersuchten Mineralwassersorten nur acht mehr Elektrolyte enthielten als das mineralstoffreichste Leitungswasser.
  • Tafelwasser mit mindestens 570 Milligramm Natriumhydrogencarbonat pro Liter kann als Sodawasser bezeichnet werden.
  • Tafelwasser und Quellwasser mit dem Hinweis Für die Zubereitung von Säuglingsnahrung geeignet darf einen Natriumgehalt von 20 Milligramm pro Liter nicht überschreiten.
  • Die Angabe natriumhaltig bedeutet, dass mehr als 200 Milligramm Natrium pro Liter enthalten sind.
  • Geeignet für natriumarme Ernährung ist Wasser mit einem Natriumgehalt unter 20 Milligramm pro Liter.

Ist Leitungswasser trinken gesund?

Wasser aus dem Hahn ist auf jeden Fall gesünder als zuckerhaltige Limonaden oder Zero-Produkte mit ihren Süßungsmitteln. Säfte sind lecker und reich an Vitaminen, aber man darf den darin enthaltenen Zucker nicht unterschätzen. Bei reichlichem Genuss wandelt er sich schnell in Hüftgold um. Ob man Mineralwasser, Tafelwasser oder Heilwasser dem Wasser aus der Leitung vorzieht, ist in erster Linie Geschmackssache. Man sollte bedenken, dass die Mineral- und Tafelwasserverordnung teils wesentlich höhere Grenzwerte erlaubt als die Trinkwasserverordnung. Beispiel: Der von Blei überschreitet den im Leitungswasser um Faktor 50. In jedem Fall ist unser Trinkwasser in Deutschland eines der besten in der Welt und unschlagbar billig. Man kann es bedenkenlos genießen und spart außer Kistenschleppen jede Menge Geld.

Quellen, Links und weiterführende Literatur