Osmolalität

OSMOL – Auf einen Blick

Was ist die Osmolalität?
pixabay / GSquare

Warum wird die Osmolalität untersucht?

→ Als zusätzliche Diagnostik bei Störungen des Wasser– und Elektrolythaushaltes, insbesondere zur näheren Untersuchung einer veränderten Natriumkonzentration im Blut oder Urin.

→ Als Hinweis auf die mögliche Aufnahme von Giftstoffen (z. B. Methanol).

→ Zur Überwachung von therapeutischen Maßnahmen bei bekannter Osmolalitätsstörung.

→ Als Hilfe zur Ermittlung der Ursachen chronischer Durchfälle.

Krankheiten & Symptome

Bei welchen Erkrankungen oder Symptomen sollte die Osmolalität bestimmt werden?

Bei Patienten mit zu hohen oder zu niedrigen Natriumkonzentrationen, bei Verdacht auf Störungen des Wasserhaushalts sowie bei Einnahme bestimmter osmotisch wirksamer Substanzen (z.B. Mannitol). Weiterhin bei Verdacht auf eine Vergiftung mit bestimmten potentiellen Toxinen wie Methanol oder Ethylenglykol. Bei Patienten, die auffallend zu viel oder zu wenig Urin produzieren oder an chronischem Durchfall leiden.

Die Osmolalität

Was wird untersucht?

Die Bestimmung der Osmolalität im allgemeinen Sinne reflektiert die Anzahl der gelösten Teilchen in einer Flüssigkeit. Sie wird verwendet, um den Flüssigkeitshaushalt des Körpers zu bewerten und basiert auf dem Prinzip, daß sich Änderungen in der Anzahl der gelösten Teilchen auf die physikalischen Eigenschaften ihres Lösungsmittels auswirken.

Der Wasserhaushalt des Körpers ist dynamischen Prozessen unterworfen; er wird einerseits über die Erhöhung oder Verringerung der Flüssigkeitszufuhr bzw. über das Durstgefühl und andererseits über Veränderungen der Ausscheidung von Flüssigkeit oder von Elektrolyten und anderen osmotisch wirksamen Substanzen über den Urin reguliert.

Steigt die Osmolalität, was entweder einem Verlust von Wasser oder einem Anstieg der gelösten Teilchen im Blut entspricht, wird vom Hypothalamus (einer kleinen Drüse im Gehirn) das sogenannte antidiuretische Hormon (ADH) ausgeschüttet, das in den Nieren dafür sorgt, daß Wasser zurückgehalten wird. Dies hat einen Konzentrationsanstieg der gelösten Teilchen im  Urin und eine Verdünnung des Plasmas zur Folge (höhere Urin-Osmolalität bzw. niedrigere Blut-Osmolalität).

Sinkt dagegen die Osmolalität des Plasmas, was entweder einem Zuviel an freiem Wasser oder einem Zuwenig an gelösten Teilchen entspricht, wird die ADH-Sekretion gehemmt. Dies hat einen verdünnten Urin zur Folge und führt letztlich zu einer Verminderung der Wassermenge des Körpers;, entsprechend kehrt die Blut-Osmolalität auf Normalwerte zurück.

Aufgrund der Verteilungsmuster haben die verschiedenen gelösten Teilchen eine unterschiedliche Bedeutung in den Körperflüssigkeiten. Während die Blut-Osmolalität im wesentlichen durch das Elektrolyt Natrium bestimmt wird, kommt im Urin zusätzlich Stoffwechselendprodukten wie Harnstoff und Kreatinin eine wichtige Aufgabe zu.

Elektrolyte & Teilchen

Natrium ist das Haupt-Elektrolyt in Blut, Urin und Stuhl. Da es fast ausschließlich außerhalb der Körperzellen vorkommt, ist es in gewisser Weise ein Gegenspieler des Kaliums (das hauptsächlich innerhalb der Körperzellen vorkommt).

Natrium ist das wichtigste Elektrolyt in Blut

Andere Elektrolyte wie Chlorid und co2 (in Form von Bikarbonat) zeigen eine enge Wechselwirkung mit Natrium, insbesondere um die elektrische Neutralität und das Säure-Basen-Gleichgewicht aufrecht zu erhalten. Natrium gelangt über die Nahrung in den Körper und wird durch Ausscheiden oder Rückhalten in der Niere innerhalb eines schmalen optimalen Konzentrationsbereichs gehalten. Die Abfallprodukte Harnstoff und Kreatinin werden mengenmäßig relativ gleichmäßig vom Körper produziert und über den Urin ausgeschieden.

Glukose und Harnstoff sind Beispiele für gelöste Teilchen, die zwar keine Elektrolyte (geladene Teilchen) sind, aber dennoch zur Osmolalität beitragen. Normalerweise sind diese beiden Teilchen nur wenig an der Blut-Osmolalität beteiligt.

Weist ein Patient jedoch hohe Blutzuckerspiegel (sogenannte Hyperglykämie, die im Rahmen eines Diabetes mellitus auftreten kann) oder sehr viel Harnstoff im Blut auf (bei bestimmten Erkrankungen, (z. B. Nierenversagen), kann der Einfluß dieser gelösten Teilchen auf die Blut-Osmolalität steigen.

Glukose ist osmotisch aktiv, d.h. sie kann die Zellmembran nicht passieren und wirkt daher wasseranziehend. Dies führt dazu, daß unter hoher Blutkonzentration von Glukose Wasser aus den Zellen herausgezogen wird. Die Folge ist eine Verdünnung des Plasmas, das wiederum die Ausscheidung einer größeren Menge verdünnten Urins bedingt.

Medikamente & Stoffe

Mannitol, ein Medikament, das u. a. bei einem Hirnödem (zu viel Flüssigkeit im Gehirngewebe) eingesetzt werden kann, hat den gleichen Effekt wie Glucose. Im Gegensatz zu diesen beiden Zuckermolekülen kann Harnstoff jedoch die Zellmembran passieren und in die Zellen diffundieren. Er zieht demzufolge kein Wasser aus den Zellen heraus.

Manche Giftstoffe wie Methanol, Isopropanol, Ethylenglykol, Propylenglykol und Aceton sowie bestimmte Medikamente wie Acethylsalicylsäure (Aspirin®) beeinflussen ebenfalls die Osmolalität, wenn sie in sehr hohen Mengen eingenommen werden.

Die Osmolalität kann entweder durch direkte Messung oder durch Berechnung über die erwartungsgemäß wichtigsten gelösten Moleküle im Blut bestimmt werden.

Substanzen, die nicht in der Formel der Berechnung enthalten sind (z. B. Aspirin® oder Mannitol), können somit eine vergrößerte „osmotische Lücke“ bedingen.

Das Probenmaterial

Welches Probenmaterial wird für diese Untersuchung benötigt?

Blut aus einer Armvene und/oder eine Spontanurin-Probe. Für die Untersuchung der Stuhlosmolalität ist eine frische, häufig flüssige Stuhlprobe erforderlich.

Wie wird das Probenmaterial gewonnen?

Üblicherweise wird über eine Nadel Blut aus einer Armvene abgenommen. Gemessen werden kann Serum oder (Heparin-) Plasma.

Die Gewinnung der Blutprobe
Pixabay / jaytaix

Eine Probe aus Spontanurin wird über eine saubere Auffangmethode gewonnen (siehe Beschreibung unter „Urinanalyse: Wie wird das Probenmaterial für die Untersuchung gewonnen?“). Eine frische Probe aus flüssigem Stuhl, die nicht durch Urin verunreinigt sein sollte, wird in einem sauberen Gefäß gesammelt.

Falls eine Untersuchung einem Patienten Angst macht, ihm peinlich ist oder schwierig durchzuführen, können folgende Artikel nützlich sein: Bewältigung von Schmerzen, Unbehagen und Angst bei Untersuchungen, Tipps für Blutentnahmen, Tipps dafür, wie man Kindern helfen kann, Untersuchungen gut zu überstehen und Tipps dafür, wie man alten Menschen helfen kann, Untersuchungen gut zu überstehen.

Der Artikel „Wie wird eine Probe verarbeitet????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????“ bietet Hinweise, wie eine Blutprobe und eine Abstrich-Kultur gewonnen und aufbereitet werden.

Der Test

Wie wird der Test eingesetzt?

Das Ergebnis einer Osmolalitätsmessung gibt die augenblickliche Menge an gelösten Teilchen in Plasma, Serum, Urin oder Stuhl an.

Sie dient unter anderem als ergänzende Diagnostik bei der Bewertung des aktuellen Wasserhaushaltes des Körpers, hilft bei einer genaueren Untersuchung einer zu niedrigen oder zu hohen Natriumkonzentration im Blut und zeigt die Fähigkeit des Körpers auf, Urin zu produzieren und zu konzentrieren.

Ferner kann die Bestimmung der Osmolalität in Kombination mit der Messung anderer, einzelner gelöster Teilchen Hinweise auf das Vorhandensein verschiedener Giftstoffe wie Methanol oder Ethylenglykol geben. Außerdem kann die Therapie mit osmotisch wirksamen Medikamenten (z. B. Mannitol) überwacht werden.

Die Bestimmung der Osmolalität bietet die Möglichkeit, die Wirkung von therapeutischen Maßnahmen gegen eine Reihe von Erkrankungen zu überwachen.

Hypo- & Hypernatriämie

Die verminderte oder erhöhte Natriumkonzentration im Blutserum

Eine erhöhte Menge freien Wassers findet sich nach massiver Wasseraufnahme durch Trinken, Zurückhalten von Wasser in den Nieren (z. B. bei verringerter Fähigkeit der Nieren, Urin zu produzieren) oder nach Zufuhr osmotisch aktiver Substanzen wie Glucose, Mannitol oder Glycin (Bestandteil einiger Spüllösungen im operativen Bereich).

Marathon-Läufer können unter einer akuten Hyponatriämie leiden, wenn sie in kurzer Zeit sehr viel Flüssigkeit zu sich nehmen. Es wurden wenige Fälle berichtet, in denen die Veränderungen der Elektrolytkonzentrationen zum plötzlichen Tod des Läufers geführt haben. Menschen, die über einen längeren Zeitraum sehr viel Flüssigkeit aufnehmen, gewollt oder aufgrund krankhafter Zustände, können eine chronische Hyponatriämie entwickeln.

Osmolale Lücke

Die Zufuhr von Mannitol, Glycin oder giftigen Substanzen wie Methanol oder Propylenglykol kann durch die Bestimmung der sogenannten „osmotischen Lücke“ (auch „osmolale Lücke“ genannt) erkannt, bewertet und im Verlauf kontrolliert werden. Die osmotische Lücke berechnet sich aus der Differenz der gemessenen Osmolalität und der Gesamtmenge der wichtigsten gelösten Teilchen im Blut.

Dementsprechend findet sich eine vergrößerte „osmotische Lücke“ bei Anwesenheit einer (oder mehrerer) osmotisch wirksamer Substanz im Blut, die normalerweise nicht in höheren Konzentrationen im Blut vorhanden sind und somit nicht in der Formel berücksichtigt werden.

Für die Berechnung der „osmotischen Lücke“  muß die Menge an Natrium, Harnstoff und Glukose im Blut bestimmt werden. Manche Versionen benötigen zur Berechnung der osmotischen Lücke auch noch die Bestimmung von Ethanol. Eine Beispielformel ist im folgenden dargestellt:

Die Konzentrationen von Glukose, Harnstoff und Ethanol sind in mmol/l (Millimol pro Liter) anzugeben. Für die Umrechnung von mg/dl auf mmol/l gelten folgende Faktoren:  [Glucose]: 18, [Harnstoff]: 2,8.

Urin, Blut & Stuhl

Urin-Osmolalität wird häufig zusammen mit der Blut-Osmolalität bestimmt. Die Urin-Osmolalität ist insbesondere ein Maß für die Fähigkeit der Nieren, konzentrierten Urin auszuscheiden. Bei bestimmten Nierenerkrankungen verliert das Organ diese Fähigkeit.

Mit der Urin-Osmolalität kann der Wasserhaushalt besser bewertet werden – Pixabay / rawpixel

Sie wird auch eingesetzt, um den Wasserhaushalt des Körpers besser bewerten zu können und eine erhöhte oder verringerte Urinausscheidung näher zu untersuchen.

Eine erhöhte Urinausscheidung findet sich bei erhöhter Flüssigkeitszufuhr, ADH-Mangel oder Diabetes mellitus (erhöhte Blutzuckermengen führen zu vermehrter Urinproduktion). Eine herabgesetzte Urinausscheidung kann verschiedene Ursachen haben, etwa als Ausdruck verringerter Flüssigkeitszufuhr, durch verminderte Durchblutung der Nieren oder durch zelluläre Schäden der Nieren.

Bei bestimmten Fragestellungen kann wie im Blut auch im Urin die „osmotische Lücke“ berechnet werden. Im Urin dient sie dazu, die Fähigkeit der Nieren zu beurteilen, Säuren auszuscheiden und Bikarbonat zurückzuhalten, um das Vorhandensein osmotisch aktiver Substanzen zu erkennen oder um die osmotische Lücke des Urins mit der des Plasmas zu vergleichen.

Stuhl-Osmolalität kann indiziert sein, um chronische Durchfälle genauer zu untersuchen, bei denen häufige Ursachen wie bakterieller, viraler oder parasitärer Befall oder chronische Entzündungen nicht nachgewiesen werden konnten.

In diesen Fällen kann ein wässriger, chronischer Durchfall auch durch die Einnahme von osmotisch aktiven Substanzen bedingt sein (z. B. manche handelsübliche Abführmittel), welche die Wasseraufnahme über den Darm blockieren. Es kann in diesem Zusammenhang sinnvoll sein, die „osmotische Lücke“ des Stuhls zu berechnen.

Test – Wann sinnvoll?

Wann kann der Test sinnvoll sein?

Die Bestimmung der Osmolalität und der „osmotischen Lücke“ im Blut kann bei Patienten sinnvoll sein, die unter Symptomen wie vermehrtes Durstgefühl, Verwirrtheitszustände, Übelkeit, Kopfschmerzen, Lethargie, Krampfanfällen oder Koma leiden; sie ist außerdem angezeigt bei Verdacht auf eine Elektrolytstörung (insbesondere Hyponatriämie) oder eine Vergiftung mit Methanol oder Ethylenglykol.

Die Bestimmung der Urin-Osmolalität schließt sich häufig an eine Untersuchung der Plasma-Osmolalität an, um beide Werte miteinander vergleichen zu können und/oder bei Patienten, die zu viel oder zu wenig Urin ausscheiden.

Beide Tests können diagnostisch hilfreich sein, wenn Verdacht auf einen Diabetes insipidus besteht (eine Erkrankung mit erhöhter Urinmenge infolge eines ADH-Mangels oder einer eingeschränkten Wirksamkeit des Hormons in der Niere). Schließlich können Messungen der Blut- und Urin-Osmolalität zur Überwachung von Therapien gegen eine Reihe von Erkrankungen eingesetzt werden sowie bei Patienten mit Einnahme von Mannitol eingesetzt werden.

Eine Bestimmung der Stuhl-Osmolalität kann sinnvoll sein, wenn die mögliche Ursache einer chronischen Durchfallerkrankung in einer osmotisch aktiven Substanz liegt.

Das Testergbenis

Was bedeutet das Testergebnis?

Die Blut-Osmolalität ist dynamischen Prozessen unterworfen, d.h. sie schwankt als Antwort auf Änderungen im Wasser- oder Elektrolythaushalt. Dennoch ist der Körper bestrebt, die Osmolalität im Blut konstant zu halten, da wesentliche, lebensnotwendige Vorgänge von ihr abhängen.

Die Osmolalitäten von Blut und Urin müssen immer zusammen mit den Symptomen des Patienten bewertet sowie durch weitere Testergebnisse wie Natrium-, Glukose- und Harnstoffkonzentration interpretiert werden. Die Ergebnisse aus den Osmolalitäts-Tests weisen häufig auf eine Störung hin, können aber nicht den genauen Grund dafür festlegen.

Zeigt sich bei einem Patienten eine vergrößerte „osmotische Lücke“, liegt der Verdacht bei entsprechenden anamnestischen Hinweisen nahe, daß er eine giftige Substanz wie etwa Methanol zu sich genommen hat.

Das Ausmaß der „osmotischen Lücke“ korreliert mit  der aufgenommenen Toxinmenge. Normalisieren sich während einer Therapie die Werte für die Osmolalität, die osmotische Lücke und andere Werte wie Natrium, war die Therapie erfolgreich.

Bei einer Mannitol-Therapie ist das Ziel einer Überwachung die Aufrechterhaltung einer stabilen, therapeutisch gewollten osmotischen Lücke und die Linderung der Erkrankung (z. B. eines Hirnödems).

Eine erhöhte Plasma-Osmolalität kann unter anderem vorkommen bei:

• Dehydrierung,
• Diabetes insipidus,
  

  Bei einer Dehydration kann es zur erhöhten Plasma-Osmolalität kommen – Pixabay / jarmoluk

• Hyperglycämie (zuviel Glukose im Blut),
• Hypernatriämie (zuviel Natrium im Blut),
• Aufnahme von Ethanol, Methanol oder Ethylenglykol,
• Nierenschaden,
• Mannitoltherapie,
• Schock.

Eine verminderte Plasma-Osmolalität kann unter anderem vorkommen bei:

• exzessiver Flüssigkeitszufuhr,
• Hyponatriämie,
• inadäquater ADH-Sekretion.

Urin-Osmolalität

Zeigt ein Patient eine erhöhte Urinausscheidung und erniedrigte Urin-Osmolalität, ist dieser Zustand entweder die Folge einer massiven Flüssigkeitszufuhr oder der Ausdruck einer Unfähigkeit des Körpers, den Urin ausreichend zu konzentrieren (dies kann z. B. bei einem Diabetes insipidus als Folge von ADH-Mangel vorkommen).

Liegt eine erhöhte Urinausscheidung zusammen mit einer erhöhten Urin-Osmolalität vor, kann dies die Folge eines Diabetes mellitus sein. Niedriges Urinvolumen und erhöhte Urin-Osmolalität, deuten auf eine Dehydratation hin. Andererseits kann eine in diesem Zusammenhang gefundene normale oder verminderte Urin-Osmolalität ein Hinweis auf einen Nierenschaden sein.

Eine erhöhte Urin-Osmolalität kann vorkommen bei:

Eine Herzinsuffizienz kann zu einer erhöhten Urin-Osmolalität führen

• Herzinsuffizienz,
• Hypernatriämie (zu viel Natrium im Blut),
• inadäquater ADH-Sekretion,
• Leberschaden,
• Schock,
• Hyperglykämie,
• Wasserverlust des Körpers (Dehydratation).

Eine reduzierte Urin-Osmolalität kann vorkommen bei:

• Diabetes insipidus,
• exzessiver Flüssigkeitszufuhr,
• Hyperkalziämie (zu viel Calcium im Blut),
• Hypokaliämie (zu wenig Kalium im Blut),
• Schäden der Nierentubuli.

Hat ein Patient eine erhöhte „osmotische Lücke“ im Stuhl, ist die Ursache wahrscheinlich eine osmotisch wirksame Substanz, die eine chronische Diarrhoe verursachen kann. Dies ist häufig die Folge einer Malabsorption oder eines Mißbrauchs mancher abführender Medikamente.

Wissenswertes

Was sollte man außerdem wissen?

Stuhlproben für eine Messung der Osmolalität müssen flüssig und frisch sein (d. h. sie müssen innerhalb von 30 Minuten nach Abnahme gekühlt oder eingefroren werden) und frei von Urin-Verunreinigungen sein. Bakterien innerhalb der Probe können das Testergebnis schon innerhalb einer kurzen Zeitspanne nach Abnahme der Probe verfälschen.

Sind die Osmolalitäten von Blut und Urin gleich, ist die freie Wasser-Clearance null. Ein reduziertes Blutvolumen führt beim Gesunden zu einem konzentrierteren Urin bei negativer, freier Wasser-Clearance. Andererseits ergibt sich eine positive Clearance des freien Wassers, wenn bei erhöhten Flüssigkeitsmengen im Blut ein verdünnter Urin ausgeschieden wird. Diese Balance ist bei mangelhafter Funktion der Nieren gestört.

Die Osmolarität beschreibt wie die Osmolalität das Verhältnis der osmotisch aktiven, gelösten Teilchen zu einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen, bezieht sich jedoch auf Liter nicht auf kg H2O. Gebräuchlich ist die Bestimmung der Osmolalität.

Hinweise & Störungen

Stabilität und Probentransport

Bei 4° C gekühlt gelagert, ist die Osmolalität im Serum und Urin mehrere Tage stabil (vor der Messung muß auf ausreichende Erwärmung der Probe zur Lösung aller Teilchen geachtet werden).

Referenzbereich (Erwachsene)
Osmolalität Serum / Plasma: 280-300 mosmol/kg H2O.
Für Kinder gelten geringgradig andere Referenzbereiche.

Grenzwert für „osmotische Lücke“ in Serum/Plasma: Differenz gemessene Osmolalität – berechnete Osmolalität > 6 mosmol/kg H2O spricht für eine pathologisch erhöhte „osmotische Lücke“.

Störfaktoren und Hinweise auf Besonderheiten
Probenverdünnungen sollten vermieden werden, da die Linearität beeinträchtigt sein kann.

Richtlinien zur Qualitätskontrolle
Der Parameter „Osmolalität“ ist nach der Richtlinie „Labor“ der Bundesärztekammer vom 24.08.2001 (letzte Änderung 14.11.2003) nicht ringversuchspflichtig. Eine interne Qualitätskontrolle ist jedoch durchzuführen.

Häufige Fragen (FAQ)

Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zur Osmolalität.

Was ist der Unterschied zwischen Urin-Osmolalität und spezifischem Gewicht?

Die Untersuchung des spezifischen Gewichts ist üblicherweise Teil einer Urinanalyse. Dabei wird der Feststoffgehalt des Urins bestimmt. Osmolalität und spezifisches Gewicht ändern sich normalerweise parallel zueinander. Kommen jedoch vermehrt große Moleküle (wie Glukose oder Proteine) im Urin vor, unterscheiden sich die beiden Meßwerte hinsichtlich ihrer Abweichungen.

Während in diesen Fällen das spezifische Gewicht relativ stark erhöht ist (als Ausdruck des Gehaltes großer Moleküle mit hoher Masse), ändert sich die Osmolalität relativ wenig, da sie die Anzahl der Moleküle berücksichtigt.