Der Wasseranteil im menschlichen Gehirn: Zusammensetzung, Funktionen und Bedeutung

Wasser ist die Grundlage allen Lebens, und der menschliche Körper bildet da keine Ausnahme. Gut zwei Drittel des Menschen bestehen aus Wasser. Es ist an unzähligen Prozessen beteiligt, von der Nährstoffversorgung bis zur Temperaturregulation. Besonders bemerkenswert ist der hohe Wasseranteil im Gehirn. Dieser Artikel beleuchtet die Zusammensetzung des Gehirns, die Rolle von Wasser und die Konsequenzen eines Ungleichgewichts im Flüssigkeitshaushalt.

Zusammensetzung des Gehirns: Mehr als nur Wasser

Rund zwei Drittel des Menschen bestehen aus Wasser, im Gehirn beträgt der Wasseranteil sogar stolze 90 Prozent. Es besteht zu 70 % aus Wasser. Die restlichen 30 % der Gehirnmasse bestehen zu knapp zwei Drittel aus Fetten und verwandten Substanzen wie dem Cholesterin, zu knapp einem Drittel aus Eiweißen und nur zu max. 10 % aus Kohlenhydraten. Fett und Cholesterin sind somit neben Wasser die wichtigsten Bestandteile sowie unentbehrliche Bau- und Wirkstoffe unseres Gehirns. Das aus dem Volksmund stammende Wort „Hirnschmalz“ bekommt hiermit eine besondere Bedeutung.

Neben Wasser, Fetten, Eiweißen und Kohlenhydraten enthält das Gehirn auch eine Vielzahl von Mikronährstoffen, darunter Vitamine und Mineralstoffe. Diese Stoffe sind essenziell für die Funktion der Nervenzellen und die Signalübertragung im Gehirn.

Die Rolle des Wassers im Gehirn

Wasser ist für zahlreiche Funktionen im Gehirn unerlässlich:

• Transportmittel: Wasser transportiert Vitamine, Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate und andere Nährstoffe in die einzelnen Zellen. Es werden aber auch Hormone durch das Blut transportiert. Das ist sogar eine der wichtigsten Funktionen, da sie alles steuern, was im Körper passiert. Der lebenswichtige Sauerstoff gelangt über den Blutfarbstoff Hämoglobin von der Lunge in die einzelnen Zellen, wo er dafür sorgt, dass aus Nährstoffen Energie gewonnen wird.
• Osmotischer Druck: Wasser reguliert den osmotischen Druck in den Zellen. Somit ist Wasser auch der Hauptbestandteil unserer Zellen und reguliert dort zum Beispiel den osmotischen Druck.
• Zellreparatur und -produktion: Wasser wird beim Aufbau sowie bei der Erneuerung von Zellen und Gewebe benötigt. Ohne Wasser könnte unser Körper also keine Zellen reparieren oder produzieren.
• Temperaturregulation: Das Blut, das in unserem Körper zirkuliert, sorgt dafür, dass sich die Körpertemperatur eines gesunden Menschen bei etwa 36,5°C hält. Wenn es warm ist oder wenn wir Sport machen, schwitzen wir. Das macht unser Körper, damit mit dem Schweiß die Hitze aus dem Körper transportiert wird. Da Schweiß zu 99% aus Wasser besteht, solltest du immer genügend davon trinken, damit dein Körper nicht austrocknet.
• Fließgeschwindigkeit des Blutes: Sinkt der Wasseranteil im Körper, weil man zu wenig trinkt, beeinträchtigt dies zunächst die Fließgeschwindigkeit des Blutes. Das vermindert die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung, und der Körper beginnt, mit dem verfügbaren Wasser zu haushalten. Der Grund: Die Nieren spülen weniger Wasser aus. Doch das heißt auch, dass Giftstoffe im Körper zurückbleiben, lebenswichtige Nährstoffe werden schlecht transportiert.
• Regulation des Wasserhaushalts im Hirn: Die Masse des menschlichen Gehirns besteht zu 80 Prozent aus Wasser. Umso wichtiger ist es, dass der Wasserhaushalt im Hirn ständig reguliert wird. Störungen bei der Regulation von Fließrichtung und Fließgeschwindigkeit des Wassers bilden die Ursache für Krankheitsbilder wie beispielsweise Hydrocephalus („Wasserkopf“).

Zerebrospinalflüssigkeit (CSF): Schutz und Nährstoffversorgung des Gehirns

Menschliche Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) ist eine klare, farblose Körperflüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark im zentralen Nervensystem (ZNS) umgibt und umspült. Sie füllt das Ventrikelsystem im Gehirn, den Subarachnoidalraum um Gehirn und Rückenmark sowie den Zentralkanal des Rückenmarks.

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Die menschliche Zerebrospinalflüssigkeit ist ein essentielles flüssiges Medium, das den mechanischen Schutz, die metabolische Balance und die immunologische Integrität des zentralen Nervensystems unterstützt. Ihre einzigartige Zusammensetzung und dynamische Zirkulation spiegeln ihre spezialisierte Rolle in der neuronalen Gesundheit und Krankheit wider.

Zusammensetzung der CSF

Die Zusammensetzung der CSF ähnelt der des Blutplasmas, unterscheidet sich jedoch deutlich im Proteingehalt (CSF ist nahezu proteinfrei im Vergleich zu Plasma) und in den Elektrolytkonzentrationen (insbesondere niedrigerer Chloridgehalt und höhere Natriumwerte in der CSF). Normale CSF enthält keine roten Blutkörperchen und weniger als 5 weiße Blutkörperchen/mm³.

Funktion der CSF

• Schutz: Die CSF wirkt als Stoßdämpfer und schützt das Gehirn und das Rückenmark vor Verletzungen.
• Nährstoffversorgung: Die CSF transportiert Nährstoffe und entfernt Abfallprodukte aus dem Gehirn.
• Immunologische Funktion: Die CSF enthält Immunzellen, die das Gehirn vor Infektionen schützen.

Flüssigkeitsmangel: Auswirkungen auf das Gehirn

Da das menschliche Gehirn zu 75 bis 80 Prozent aus Wasser besteht, ist es besonders abhängig von einer stabilen Flüssigkeitszufuhr. Schon ein bis zwei Prozent weniger Wasser können zu Kopfschmerzen, Schwindel und Konzentrationsstörungen führen.

Ursachen für Flüssigkeitsmangel

Für diesen Zustand kommen verschiedene Ursachen in Betracht: Der Wassermangel kann etwa durch Diarrhö, nach der Anwendung von Diuretika oder durch ein vermindertes Durstempfinden hervorgerufen werden. Gerade ältere Menschen leiden oft unter Flüssigkeitsmangel, da sich im Alter das Sättigungsgefühl und damit das Durstempfinden verändert.

Symptome von Flüssigkeitsmangel

Ein deutlich spürbares Symptom von Dehydration kennen wir alle: ein trockener Mund. Die Haut verliert an Spannung und sieht trocken aus, weil kein Schweiß mehr hergestellt wird. Lebensgefahr besteht, wenn Symptome wie Benommenheit, Apathie oder ein Kreislaufkollaps drohen. Bei geriatrischen Patienten kann eine ausgeprägte Exsikkose zu einem akuten Nierenversagen führen.

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Häufig sind es ältere Menschen, die zu wenig trinken. Denn im Alter arbeiten die Durst-Rezeptoren im Gehirn nicht mehr verlässlich: Trotz Wassermangels verspüren ältere Menschen häufig keinen oder wenig Durst. Die mangelnde Flüssigkeit führt dann oft zu Verwirrtheitszuständen. Ein anderes Problem ist Schwindel, der durch die Dehydrierung häufig entsteht. In der Folge kommt es oft zu Stürzen und Verletzungen.

Hyponatriämie und Hypernatriämie

Hyponatriämie: eine Abnahme des Na + -Spiegels im Körper. Nebenniereninsuffizienz und Morbus Addison auf. Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH) auftreten und zu einem Zellödem fortschreiten, das schließlich zu einer Hirnschädigung führen kann, die sich mit neurologischen Symptomen wie Kopfschmerzen, Übelkeit und Lethargie äußert.

Hypernatriämie: eine Erhöhung des Na + -Spiegels im Körper. Eine Hypernatriämie tritt am häufigsten als Folge einer schweren Dehydratation auf. Betroffene Personen sind oft asymptomatisch, da Symptome typischerweise erst auftreten, wenn der Na + -Spiegel etwa 160 mmol/l beträgt.

Empfehlungen zur Flüssigkeitsaufnahme

Um den Wasserhaushalt im Gleichgewicht zu halten, empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE), täglich rund 1,5 bis zwei Liter Wasser zu sich zu nehmen. Das gilt allerdings nur für Normalbürger mit Bürojob, bei Bauarbeitern und Mitarbeitern mit schwerer körperlicher Arbeit kann der Bedarf auch mal das Doppelte übersteigen. Wie viel der Einzelne zum Ausgleich des Flüssigkeitshaushalts wirklich braucht, hängt von vielen Faktoren ab. Tendenziell gilt: Je höher Körpergewicht, Umgebungstemperatur, körperliche Aktivität und Schweißrate, desto größer ist die erforderliche Trinkmenge.

Die Deutsches Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt als Richtwert für Erwachsene, täglich mindestens 1,5 Liter Wasser zu trinken. Auch ungezuckerte Früchte- und Kräutertees eignen sich als Flüssigkeitslieferanten. Bei großer Hitze oder sportlicher Aktivität sollte demnach mehr getrunken werden - zusätzlich einen halben bis einen Liter Wasser pro Stunde, je nachdem, wie aktiv man in der Hitze ist. Auch nach stark gewürztem Essen brauchen wir mehr Wasser.

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Tipps zur Verbesserung der Flüssigkeitsaufnahme

• Trinkmenge notieren: Wer Schwierigkeiten hat, ausreichend Wasser zu trinken, kann sich jeden Tag die Trinkmenge notieren, bis sich eine Gewohnheit etabliert hat.
• Wasserhaltige Lebensmittel: Einen Teil unseres Wasserbedarfs decken wir auch über die feste Nahrung. Und wer viel Gemüse oder wasserhaltiges Obst wie zum Beispiel Wassermelone isst, sorgt schon für eine gewisse Grund-Wasserzufuhr.
• Regelmäßiges Trinken: Körperlich hart arbeitende Menschen müssen bei Hitze kontinuierlich trinken, um Leistungseinbußen und Gesundheitsschäden zu vermeiden.

Die Bedeutung von Elektrolyten

Im Wasser gelöste Elektrolyte, zum Beispiel Natrium, Calcium oder Magnesium, benötigt unser Körper für Stoffwechselprozesse. Über Urin, Schweiß und Atmung scheiden wir jeden Tag viel Wasser aus.

Achim Sam, Ernährungsexperte der IKK-Classic, rät bei hohen Schweißverlusten zu isotonischen Getränken. Diese haben die gleiche Konzentration an Mineralstoffen, Zucker und Vitaminen wie das menschliche Blut, so dass die zugeführten Nährstoffe im Darm schneller von den Körperzellen aufgenommen werden können. Bei anderen Getränken wie etwa den beliebten Limonaden muss der Körper erst einen Ausgleich schaffen, da sie deutlich mehr Glukose enthalten als das menschliche Blut. Diese liegen durch ihre deutlich längere Verweildauer deshalb zunächst genauso schwer im Magen wie eine Wassersorte, die weniger Natrium enthält als das menschliche Blut. Je nach mineralischer Zusammensetzung kann auch das normale Leitungswasser das ideale Getränk zum Durschlöschen bei großer Hitze und anstrengender Arbeit sein. Dafür sollte es jedoch nach Aussage des IKK-Experten ausreichend Natrium, Magnesium und Calcium enthalten. Das im Wasser enthaltene Eisen fördert die Blutbildung und den Energiestoffwechsel, während Calcium wichtig für unsere Knochen und Zähne ist.

Regulation des Wasserhaushalts im Gehirn durch GABA

Neurobiologen der Universität Heidelberg haben nun den Mechanismus entdeckt, der die Fließgeschwindigkeit und die Fließrichtung des Wassereinstroms zwischen Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit und Gehirnzellen reguliert. Dieser Mechanismus kann auch für die Behandlung von Hydrocephalus-Erkrankungen von großer Bedeutung sein.

Das Wasser zirkuliert zwischen Blutgefäßen, der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Cerebrospinalflüssigkeit) sowie innerhalb und außerhalb von Hirnzellen. Es folgt dabei dem osmotischen Gefälle, dessen Hauptkomponenten Ionen wie beispielsweise Chloridionen sind. Die Fließgeschwindigkeit wird größtenteils durch das Vorhandensein von Wasserkanälen in der Zellmembran beeinflusst, den sogenannten Aquaporin-Kanalproteinen (AQP), die je nach Bedarf in die Zellmembran eingebaut werden.

Die Forschungsgruppe von Francesca Ciccolini hat nun den Mechanismus entdeckt, der den Einbau eines bestimmten AQP-Kanalproteins in sogenannten ependymalen Gehirnzellen kontrolliert, die als Barriere zwischen Gehirn und Ventrikelsystem dienen. Dadurch wird die Fließgeschwindigkeit des Wassereinstroms zwischen Cerebrospinalflüssigkeit und Gehirnzellen reguliert. Eine zentrale Rolle bei diesem Mechanismus spielen der Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und die GABAA-Rezeptoren.

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