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Natrium, Kalium, Kalzium, Bikarbonat und der Flüssigkeitshaushalt im Blut bilden die Grundlage für die Aufrechterhaltung physiologischer Körperfunktionen. Magnesiumionenstörungen sind bislang kaum erforscht. Bereits in den 1980er Jahren galt Magnesium als „vergessener Elektrolyt“. Mit der Entdeckung magnesiumspezifischer Kanäle und Transporter sowie dem Verständnis der physiologischen und hormonellen Regulation der Magnesiumhomöostase vertieft sich das Verständnis für die Rolle von Magnesium in der klinischen Medizin stetig.

Magnesium ist entscheidend für die Zellfunktion und -gesundheit. Magnesium liegt typischerweise in Form von Mg2+ vor und ist in allen Zellen sämtlicher Organismen vorhanden, von Pflanzen bis zu höheren Säugetieren. Magnesium ist ein essentielles Element für Gesundheit und Leben, da es ein wichtiger Cofaktor der zellulären Energiequelle ATP ist. Magnesium ist hauptsächlich an den wichtigsten physiologischen Prozessen von Zellen beteiligt, indem es an Nukleotide bindet und die Enzymaktivität reguliert. Alle ATPase-Reaktionen benötigen Mg2+- ATP, einschließlich Reaktionen im Zusammenhang mit RNA- und DNA-Funktionen. Magnesium ist ein Cofaktor von Hunderten von enzymatischen Reaktionen in Zellen. Darüber hinaus reguliert Magnesium auch den Glukose-, Lipid- und Proteinstoffwechsel. Magnesium ist an der Regulierung der neuromuskulären Funktion, des Herzrhythmus, des Gefäßtonus, der Hormonsekretion und der Freisetzung von N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) im zentralen Nervensystem beteiligt. Magnesium ist der zweite Botenstoff, der an der intrazellulären Signalübertragung beteiligt ist, und ein Regulator der circadianen Rhythmusgene, die den circadianen Rhythmus biologischer Systeme steuern.

Der menschliche Körper enthält etwa 25 g Magnesium, das hauptsächlich in Knochen und Weichteilen gespeichert ist. Magnesium ist ein wichtiges intrazelluläres Ion und nach Kalium das zweitgrößte intrazelluläre Kation. In Zellen binden 90 bis 95 % des Magnesiums an Liganden wie ATP, ADP, Citrat, Proteine ​​und Nukleinsäuren, während nur 1 bis 5 % des intrazellulären Magnesiums in freier Form vorliegen. Die intrazelluläre Konzentration freien Magnesiums beträgt 1,2–2,9 mg/dl (0,5–1,2 mmol/l) und ist damit vergleichbar mit der extrazellulären Konzentration. Im Plasma binden 30 % des zirkulierenden Magnesiums hauptsächlich über freie Fettsäuren an Proteine. Patienten mit langfristig erhöhten Konzentrationen freier Fettsäuren haben typischerweise eine niedrigere Magnesiumkonzentration im Blut, die umgekehrt proportional zum Risiko für Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen ist. Veränderungen der freien Fettsäuren sowie der EGF-, Insulin- und Aldosteronspiegel können den Magnesiumspiegel im Blut beeinflussen.

Es gibt drei Hauptregulationsorgane für Magnesium: den Darm (reguliert die Aufnahme von Magnesium aus der Nahrung), die Knochen (speichern Magnesium in Form von Hydroxylapatit) und die Nieren (regulieren die Magnesiumausscheidung über den Urin). Diese Systeme sind integriert und hochgradig koordiniert und bilden zusammen die Darm-Knochen-Nieren-Achse, die für die Aufnahme, den Austausch und die Ausscheidung von Magnesium verantwortlich ist. Ein Ungleichgewicht im Magnesiumstoffwechsel kann zu pathologischen und physiologischen Folgen führen.

Zu magnesiumreichen Nahrungsmitteln gehören Getreide, Bohnen, Nüsse und grünes Gemüse (Magnesium ist der Hauptbestandteil von Chlorophyll). Etwa 30 bis 40 % des mit der Nahrung aufgenommenen Magnesiums werden über den Darm aufgenommen. Der Großteil der Aufnahme erfolgt im Dünndarm durch interzellulären Transport, einen passiven Prozess, an dem enge Verbindungen zwischen den Zellen beteiligt sind. Der Dickdarm kann die Magnesiumaufnahme über die transzellulären Gene TRPM6 und TRPM7 fein regulieren. Die Inaktivierung des intestinalen TRPM7-Gens kann zu schwerem Magnesium-, Zink- und Kalziummangel führen, der sich nachteilig auf das frühe Wachstum und das Überleben nach der Geburt auswirkt. Die Magnesiumaufnahme wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter Magnesiumaufnahme, pH-Wert des Darms, Hormone (wie Östrogen, Insulin, EGF, FGF23 und Parathormon [PTH]) und die Darmflora.
In den Nieren reabsorbieren die Nierentubuli Magnesium sowohl über extrazelluläre als auch intrazelluläre Wege. Anders als die meisten Ionen wie Natrium und Kalzium wird nur eine kleine Menge (20 %) Magnesium in den proximalen Tubuli reabsorbiert, während der Großteil (70 %) des Magnesiums in der Heinz-Schleife reabsorbiert wird. In den proximalen Tubuli und den groben Ästen der Heinz-Schleife wird die Magnesiumreabsorption hauptsächlich durch Konzentrationsgradienten und Membranpotential gesteuert. Claudin 16 und Claudin 19 bilden Magnesiumkanäle in den dicken Ästen der Heinz-Schleife, während Claudin 10b hilft, eine positive intraluminale Spannung über Epithelzellen aufzubauen, wodurch die Reabsorption von Magnesiumionen gesteuert wird. In den distalen Tubuli reguliert Magnesium die intrazelluläre Reabsorption (5–10 %) über TRPM6 und TRPM7 an der Zellspitze fein und bestimmt so die endgültige Magnesiumausscheidung im Urin.
Magnesium ist ein wichtiger Bestandteil der Knochen, und 60 % des Magnesiums im menschlichen Körper sind in den Knochen gespeichert. Das austauschbare Magnesium in den Knochen bietet dynamische Reserven zur Aufrechterhaltung der physiologischen Plasmakonzentrationen. Magnesium fördert die Knochenbildung, indem es die Aktivität von Osteoblasten und Osteoklasten beeinflusst. Eine erhöhte Magnesiumzufuhr kann den Knochenmineralgehalt erhöhen und so das Risiko von Frakturen und Osteoporose im Alter verringern. Magnesium spielt eine doppelte Rolle bei der Knochenreparatur. Während der akuten Phase einer Entzündung kann Magnesium die Expression von TRPM7 in Makrophagen und die magnesiumabhängige Zytokinproduktion fördern und das immunologische Mikroumfeld der Knochenbildung unterstützen. Während der späten Umbauphase der Knochenheilung kann Magnesium die Osteogenese beeinflussen und die Hydroxylapatit-Ausfällung hemmen. TRPM7 und Magnesium sind auch am Prozess der Gefäßverkalkung beteiligt, indem sie den Übergang von glatten Gefäßmuskelzellen zum osteogenen Phänotyp beeinflussen.

Die normale Serummagnesiumkonzentration bei Erwachsenen beträgt 1,7–2,4 mg/dl (0,7–1,0 mmol/l). Hypomagnesiämie bezeichnet eine Serummagnesiumkonzentration unter 1,7 mg/dl. Die meisten Patienten mit grenzwertiger Hypomagnesiämie haben keine offensichtlichen Symptome. Aufgrund der Möglichkeit eines langfristigen potenziellen Magnesiummangels bei Patienten mit Serummagnesiumspiegeln über 1,5 mg/dl (0,6 mmol/l) schlagen einige vor, den unteren Grenzwert für Hypomagnesiämie anzuheben. Dieser Wert ist jedoch noch immer umstritten und bedarf weiterer klinischer Validierung. 3–10 % der Allgemeinbevölkerung leiden an Hypomagnesiämie, während die Inzidenzrate bei Patienten mit Typ-2-Diabetes (10–30 %) und Krankenhauspatienten (10–60 %) höher ist, insbesondere bei Patienten auf der Intensivstation (ICU), deren Inzidenzrate über 65 % liegt. Mehrere Kohortenstudien haben gezeigt, dass Hypomagnesiämie mit einem erhöhten Risiko für Gesamtmortalität und Mortalität in Verbindung mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbunden ist.

Zu den klinischen Manifestationen einer Hypomagnesiämie gehören unspezifische Symptome wie Schläfrigkeit, Muskelkrämpfe oder Muskelschwäche, die durch unzureichende Nahrungsaufnahme, erhöhten gastrointestinalen Verlust, verringerte renale Rückresorption oder Umverteilung von Magnesium von außen nach innen in die Zellen verursacht werden (Abbildung 3B). Eine Hypomagnesiämie tritt normalerweise gleichzeitig mit anderen Elektrolytstörungen auf, darunter Hypokalzämie, Hypokaliämie und metabolische Alkalose. Daher kann eine Hypomagnesiämie übersehen werden, insbesondere in den meisten klinischen Situationen, in denen der Magnesiumspiegel im Blut nicht routinemäßig gemessen wird. Nur bei schwerer Hypomagnesiämie (Serummagnesium < 1,2 mg/dl [0,5 mmol/l]) werden Symptome wie abnorme neuromuskuläre Erregbarkeit (Handgelenks- und Knöchelkrämpfe, Epilepsie und Tremor), Herz-Kreislauf-Anomalien (Arrhythmien und Vasokonstriktion) und Stoffwechselstörungen (Insulinresistenz und Knorpelverkalkung) sichtbar. Hypomagnesiämie ist mit einer erhöhten Hospitalisierungs- und Mortalitätsrate verbunden, insbesondere wenn sie von einer Hypokaliämie begleitet wird, was die klinische Bedeutung von Magnesium unterstreicht.
Der Magnesiumgehalt im Blut beträgt weniger als 1 %, sodass der Magnesiumgehalt im Blut nicht zuverlässig den Gesamtmagnesiumgehalt im Gewebe wiedergeben kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass selbst bei normaler Serummagnesiumkonzentration der intrazelluläre Magnesiumgehalt erschöpft sein kann. Daher kann die alleinige Betrachtung des Magnesiumgehalts im Blut ohne Berücksichtigung der Magnesiumaufnahme über die Nahrung und des Urinverlusts zu einer Unterschätzung des klinischen Magnesiummangels führen.

Patienten mit Hypomagnesiämie leiden häufig unter Hypokaliämie. Eine hartnäckige Hypokaliämie ist normalerweise mit Magnesiummangel verbunden und kann nur wirksam behoben werden, wenn sich der Magnesiumspiegel wieder normalisiert hat. Magnesiummangel kann die Kaliumsekretion aus den Sammelrohren fördern und so den Kaliumverlust weiter verschlimmern. Ein Rückgang des intrazellulären Magnesiumspiegels hemmt die Na+- K+- ATPase-Aktivität und verstärkt die Öffnung extrarenaler medullärer Kaliumkanäle (ROMK), was zu einem stärkeren Kaliumverlust der Nieren führt. Die Interaktion zwischen Magnesium und Kalium beinhaltet auch die Aktivierung des Natriumchlorid-Cotransporters (NCC), wodurch die Natriumreabsorption gefördert wird. Magnesiummangel reduziert die NCC-Häufigkeit über eine E3-Ubiquitin-Proteinligase namens NEDD4-2, die die Entwicklung neuronaler Vorläuferzellen herunterreguliert, und verhindert die NCC-Aktivierung durch Hypokaliämie. Eine kontinuierliche Herunterregulierung von NCC kann den distalen Na+-Transport bei Hypomagnesiämie verstärken und so zu erhöhter Kaliumausscheidung im Urin und Hypokaliämie führen.

Hypokalzämie tritt auch häufig bei Patienten mit Hypomagnesiämie auf. Magnesiummangel kann die Freisetzung von Parathormon (PTH) hemmen und die Empfindlichkeit der Nieren gegenüber PTH verringern. Ein Abfall des PTH-Spiegels kann die renale Kalziumresorption verringern, die Kalziumausscheidung im Urin erhöhen und letztendlich zu Hypokalzämie führen. Aufgrund der durch Hypomagnesiämie verursachten Hypokalzämie ist ein Hypoparathyreoidismus oft schwer zu korrigieren, es sei denn, der Magnesiumspiegel im Blut normalisiert sich.

Die Messung des Gesamtmagnesiumgehalts im Serum ist die Standardmethode zur Bestimmung des Magnesiumgehalts in der klinischen Praxis. Kurzfristige Veränderungen des Magnesiumgehalts können damit schnell erfasst werden, der Gesamtmagnesiumgehalt im Körper kann jedoch unterschätzt werden. Endogene Faktoren (wie Hypoalbuminämie) und exogene Faktoren (wie Probenhämolyse und Antikoagulanzien wie EDTA) können den Magnesiummesswert beeinflussen und müssen bei der Interpretation von Bluttestergebnissen berücksichtigt werden. Ionisiertes Magnesium im Serum kann ebenfalls gemessen werden, seine klinische Anwendbarkeit ist jedoch noch nicht geklärt.
Bei der Diagnose einer Hypomagnesiämie kann die Ursache in der Regel anhand der Krankengeschichte des Patienten ermittelt werden. Gibt es jedoch keine eindeutige Ursache, müssen spezifische Diagnosemethoden eingesetzt werden, um zu unterscheiden, ob der Magnesiumverlust durch die Niere oder den Magen-Darm-Trakt verursacht wird, wie z. B. die 24-Stunden-Magnesiumausscheidung, die Magnesiumausscheidungsfraktion und der Magnesiumbelastungstest.

Magnesiumpräparate bilden die Grundlage der Behandlung von Hypomagnesiämie. Allerdings gibt es derzeit keine klaren Behandlungsrichtlinien für Hypomagnesiämie. Daher hängt die Behandlungsmethode hauptsächlich von der Schwere der klinischen Symptome ab. Leichte Hypomagnesiämie kann mit oralen Präparaten behandelt werden. Auf dem Markt sind zahlreiche Magnesiumpräparate mit unterschiedlichen Absorptionsraten erhältlich. Organische Salze (wie Magnesiumcitrat, Magnesiumaspartat, Magnesiumglycin, Magnesiumgluconat und Magnesiumlactat) werden vom menschlichen Körper leichter aufgenommen als anorganische Salze (wie Magnesiumchlorid, Magnesiumcarbonat und Magnesiumoxid). Eine häufige Nebenwirkung oraler Magnesiumpräparate ist Durchfall, was eine Herausforderung für die orale Magnesiumpräparatgabe darstellt.
In therapieresistenten Fällen kann eine adjuvante medikamentöse Behandlung notwendig sein. Bei Patienten mit normaler Nierenfunktion kann die Hemmung epithelialer Natriumkanäle mit Aminophenidat oder Triaminophenidat den Magnesiumspiegel im Serum erhöhen. Andere mögliche Strategien umfassen die Verwendung von SGLT2-Hemmern zur Erhöhung des Magnesiumspiegels im Serum, insbesondere bei Patienten mit Diabetes. Die Mechanismen hinter diesen Effekten sind noch nicht klar, aber sie könnten mit einer Abnahme der glomerulären Filtrationsrate und einer Zunahme der renalen tubulären Reabsorption zusammenhängen. Bei Patienten mit Hypomagnesiämie, bei denen eine orale Magnesiumpräparattherapie nicht anschlägt, wie z. B. Patienten mit Kurzdarmsyndrom, Hand- und Fußkrämpfen oder Epilepsie, sowie Patienten mit hämodynamischer Instabilität aufgrund von Arrhythmie, Hypokaliämie und Hypokalzämie, sollte eine intravenöse Therapie erfolgen. Die durch PPI verursachte Hypomagnesiämie kann durch orale Gabe von Inulin gelindert werden, und ihr Mechanismus könnte mit Veränderungen der Darmmikrobiota zusammenhängen.

Magnesium ist ein wichtiger, aber in der klinischen Diagnostik und Therapie oft übersehener Elektrolyt. Es wird selten als herkömmlicher Elektrolyt getestet. Eine Hypomagnesiämie verläuft in der Regel symptomlos. Obwohl der genaue Mechanismus der Regulierung des Magnesiumhaushalts im Körper noch nicht geklärt ist, wurden Fortschritte bei der Erforschung des Mechanismus der Magnesiumverarbeitung in den Nieren erzielt. Viele Medikamente können eine Hypomagnesiämie auslösen. Sie tritt häufig bei Krankenhauspatienten auf und ist ein Risikofaktor für einen längeren Aufenthalt auf der Intensivstation. Eine Hypomagnesiämie sollte mit organischen Salzpräparaten behandelt werden. Obwohl die Rolle von Magnesium für Gesundheit und Krankheit noch immer ungeklärt ist, wurden auf diesem Gebiet bereits viele Fortschritte erzielt, und Ärzte sollten der Bedeutung von Magnesium in der klinischen Medizin mehr Aufmerksamkeit schenken.