Hetz Flashcards

Question 1

Q

Unterschiede zwischen rote und weisse Muskulatur (am Beispiel von knochenfischen)

Answer

A

rot=sehr gut durchblutet, viele Mitochindrien, langsam und ausdauernd, wenig leistung fordernde Schwimmbewegungen
weiß=anaerob, Energie aus Glycolyse, viel ATP in kurzer Zeit, schnelle, kurze Kontraktionen mit hoher Leistung, wenig Mitochindrien, bei Fluchtverhalten

Question 2

Q

Endprodukte der Stickstoffwechsels+Tiergruppe, vor und Nachteile

Answer

A

– Ammoniak → Fische → gute Löslichkeit, günstige Synthese / Toxizität
– Harnsäure → Vögel und Reptilien → kristallisiert aus (dann nicht osmotisch
aktiv), ist nicht toxisch, benötigt wenig Flüssigkeit zur Ausscheidung / teure
Synthese
– Harnstoff → Säuger → mäßige Flüssigkeitsmenge nötig, nicht toxisch in
physiologischen Konzentrationen / mäßig teure Synthese

Question 3

Q

wieso nicht in 1m Tiefe schnorcheln?

Answer

A

– Druck von 1 + Atmosphäre pro Tiefenmeter im Wasser → Lunge komprimiert
– Totraumvergrößerung durch Schnorchel → Luft kann nicht am Atemgasaustausch teilnehmen
– Strömungswiderstand im Schnorchel groß (R~L/r^4) → großer Kraftaufwand nötig
-Hagen Poiseuillsches Gesetz

Question 4

Q

Warum können Vögel beim aktiven Flug (nicht beim Segelflug) in sehr großen Höhen noch vergleichsweise große körperliche Leistungen erbringen? Diskutieren Sie diese Frage unter Zuhilfenahme einer
kleinen Skizze im Hinblick auf die besonderen morphologischen und funktionellen Eigenschaften der Vogellunge bei der Atmung. ( Punkte)

Answer

A

• Kreuzstromprinzip
• Luft immer unidirektional ventiliert sehr effektiv
• Anpassung: lange Luftröhre bei Langstreckenflügen geringere Chance einer respiratorischen
Alkalose (Alkalisierung des Blutes) durch gesteigerte Atmung (Hyperventilation) wird zu viel CO2 abgegeben
• dauernd fliegende Vögel (Kranich, Singschwan): Luftröhre besonders lang und in Schlingen gelegt

Question 5

Q

Welche Gegenstromaustauschersysteme kennen Sie?

Answer

A

Fischkieme zur Atmung
Schwimmblase zur Füllung mit O2
Vogelbeine zur Vermeidung von Wärmeverlust

Question 6

Q

Was ist das kalorische Äquivalent und wie unterscheidet es sich bei Fetten und Kohlenhydraten? (VM)

Answer

A

• Energiemenge, die bei der Verbrennung von 1 Liter Sauerstoff im Organismus freigesetzt wird.
• Es ist direkt abhängig von der zugeführten Nahrung.
Die kalorischen Äquivalente von Fetten (19,5 kJ/L O2) und Kohlenhydraten (21 kJ/L O2) unterscheiden
sich trotz höherer Energiedichte von Fetten kaum, da zur vollständigen Oxidation von Fetten eine größere Menge Sauerstoff erforderlich ist (etwa doppelte Menge).

Question 7

Q

Was ist der respiratorische Quotient? Wie kann man ihn bestimmen? (VM)

Answer

A

• Verhältnis zwischen gebildetem bzw. ab geatmetem CO2 und eingeatmetem O2
• Verhältnis abhängig vom Substrat
Je höher der gemessene RQ, desto mehr Energie wird aus Kohlenhydraten gewonnen. Je kleiner jedoch, desto mehr basiert die Energiegewinnung auf Fetten.
Der RQ kann mithilfe der Spirometrie ermittelt werden

Question 8

Q

Welche drei Organsysteme bzw. Körperfunktionen benötigen in Ruhe (bei BMR Bedingungen – basic
metabolic rate) die meiste Energie im menschlichen Organismus? Nennen Sie die Organe und begründen Sie Ihre Aussage.

Answer

A

Leber – Stoffwechselkontrolle, Entgiftung, Verdauung, hat sehr großes Gewicht
Gehirn - Speicher für alle komplexen Informationen
Nieren - Transport nützlicher Stoffe gegen Konzentrationsgradienten
Kleine Organe (z.B. Niere) verbrauchen auf die Masse bezogen mehr Sauerstoff!
Blut, Lunge, Herz skalieren isometrisch mit der Körpermasse.

Question 9

Q

Weshalb ist der Brutto-Energieinhalt oft deutlich vom Netto-Energieinhalt einer Substanz verschieden?

Answer

A

Brutto-Energie verdauliche Energie (unverdauliche Bestandteile im Kot Abgang) metabolisierbare Energie (energiereiche, nicht metabolisierbare Verbindungen im Urin Abgang) Netto-Energie
(Energieverlust bei der Verdauung (SDA))

Question 10

Q

Aus welchen drei physiologischen Gründen eignen sich Ihrer Meinung nach Fette besonders gut als
Energiespeicher im aeroben Organismus?

Answer

A

Hohe Anteile von Wasserstoffen (H) und Kohlenstoffen (C), geringer Anteil an Sauerstoff (O)
Geringe Oxidationszahl der Kohlenstoffatome
Niedriges Redoxpotential der Verbindung (leichtere Oxidation möglich, als Oxidationsmittel ist Sauerstoff gut geeignet)
Wasserarme Speicherung in Adipozyten möglich (weil nicht hydratisiert)
Fette (Öle, Wachse) sind reduzierte Substanzen und können mit Sauerstoff oxidiert werden liefert → desto höher
Energie
keine Änderung der Osmolarität
Fett muss nicht durchblutet werden

Question 11

Q

In welcher Form können Kohlenhydrate gespeichert werden? Was sind die Vor- und Nachteile?

Answer

A

Speicherung als langkettiges Speicher-Polysaccharid Glycogen in Leber & Muskeln
Vorteile: schnell verfügbar
Nachteile: keine hohe Energieausbeute pro Gramm

Question 12

Q

Vergleichen Sie die Bestandteile Fette und Glykogen aufgrund ihrer Speicherkapazität für Energie. Wo
kommen diese Stoffe im Organismus vor? Welchen dieser beiden Stoffe halten Sie als Speicher für besser geeignet? Begründen Sie Ihre Aussage (ggf. mit Vor- und Nachteilen) in Stichpunkten. ( Punkte)  Punkte)

Answer

A

Fette: in Tieren als Körperfett besserer Speicher, siehe: ↑
Glykogen: umgewandelt aus Kohlenhydraten (Glucose) in Leber & Muskeln
Gehirn & Nierenmark auf Glucose als Energielieferant angewiesen, da Fette nicht direkt energetisch verwendet werden können

Question 13

Q

ATP ist die universelle Energiewährung. Weshalb eignet sich reines ATP nicht als Nahrungsmittel?

Answer

A

Energiegehalt schlecht, aber hoch reaktiv Phosphatabspaltung
Die Spaltung der Bindung verbraucht Energie; insgesamt werden jedoch durch die anschließende Hydrolyse des abgespalteten Phosphats Energie für Arbeitsleistungen in den Zellen frei.

Question 14

Q

Was ist ein offenes Kreislaufsystem und bei welchen Tieren ist es zu finden?

Answer

A

• Interstitielle Flüssigkeit und Blut vermischt zu Hämolymphe. Sie fließt aus den Gefäßen in offenes
Hämocoel und umspült Gewebe.
Bsp.: Crustacea, Insecta – Dorsalgefäß mit Ostien

Question 15

Q

Was ist ein geschlossenes Kreislaufsystem und bei welchen Tieren ist es zu finden?

Answer

A

• Blut in Gefäßen, Stoffe diffundieren durch Kapillarwände
• zusätzliches Lymphsystem für Drainage der interstitiellen Flüssigkeit
Bsp.: Vertebraten

Question 16

Q

Welche drei Grundprinzipien von Zirkulationssystemen sind im Tierreich verwirklicht?

Answer

A

1) kein Kreislaufsystem (z.B. Echinodermata)
2) offenes Kreislaufsystem (z.B. Mollusca)
3) geschlossenes Kreislaufsystem (z.B. Vertebrata)

Question 17

Q

Auf welche Weise kann Blut in einem geschlossenen Kreislaufsystem transportiert werden? Nennen Sie
drei grundlegende Mechanismen.
Pumpsysteme aus:

Answer

A

Muskeln(pumpen)
Kontraktile Gefäße
Herz(en)

Question 18

Q

Was ist Hämolymphe? Wo - bei welchen Tiergruppen - kommt diese vor?

Answer

A

Die interstitielle Flüssigkeit und das Blut zur Hämolymphe vermischt
bei Arthropoda und Mollusca

Question 19

Q

Auf welche Weise stellen Insekten sicher, dass die Hämolymphe auch in Körperanhängen wie den Beinen, den Flügeln und den Antennen ankommt.
.

Answer

A

• Verschiedene akzessorische Herzen sorgen für eine Versorgung der Körperanhänge mit Hämolymphe

Question 20

Q

Aus welchen sehr wahrscheinlichen Gründen ist der Lungenkreislauf bei den meisten Säugern ein sogenannter Niederdruckkreislauf? Welche Vor- und Nachteile hat ein Niederdruckkreislaufsystem
gegenüber einem Hochdruckkreislaufsystem? Nennen und diskutieren Sie drei Vor- oder Nachteile.

Answer

A

• Niederdruckkreislauf -> Lungenkreislauf (rechte Herzhälfte)
• Hochdruckkreislauf -> Körperkreislauf (linke Herzhälfte)
Der pulmonalvaskuläre Widerstand wird nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille definiert als das Verhältnis der Druckdifferenz zwischen A. pulmonalis und linkem Atrium zum pulmonalen Blutfluss. Der pulmonalvaskuläre Widerstand (PVR) der Lungenstrombahn ist beim Gesunden in etwa nur 1/10 so groß
wie der totale periphere Widerstand des Körperkreislaufes. Deswegen ist der arterielle Blutdruck im Lungenkreislauf mit 20/8 mmHg deutlich niedriger als im großen Kreislauf (120/80 mmHg).
Vorteile:
• Keine Vermischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut
• in den Körperkreislauf gelangt stets Blut mit dem maximalen Sauerstoffgehalt
• in den Lungenkreislauf gelangt stets Blut mit dem höchsten CO2-Gehalt
• Lungen- und Körperkreislauf können mit unterschiedlichen Drücken arbeiten
• Im Lungenkreislauf ist der Druck erheblich niedriger, sodass eine geringere Wanddicke in den
Lungen einen besseren Gasaustausch ermöglicht.
Die Lunge mit ihren Kapillaren funktioniert als Filter gegen Blutgerinnsel (Thromben) u.ä., bevor das
Blut von der linken Herzseite u.a. zum Gehirn gepumpt wird. Die Lunge hat dazu thrombenlösende
Eigenschaften.
Diese beiden Kreisläufe sind in Reihe geschaltet, sodass das gesamte Blut immer durch den Lungenkreislauf fließen muss. Im Unterschied dazu sind die Organe im Körperkreislauf parallel geschaltet.
Die Hauptaufgabe des Niederdrucksystems ist seine Blutspeicherfunktion, denn 80 Prozent des im
Körper zirkulierenden Blutes (etwa sieben Prozent der fettfreien Körpermasse, beim Menschen circa vier
bis fünf Liter) findet man dort. Diese Funktion wird durch die hohe Dehnbarkeit und die große Kapazität
der Gefäße begünstigt. Im Falle eines Blutverlustes kann das Volumen durch Verengung (Vasokonstriktion) der Venen bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden. Im umgekehrten Fall,
der zum Beispiel bei Bluttransfusionen auftritt, ändert sich hauptsächlich das Volumen des
Niederdrucksystems. Deshalb ist im Normalfall der zentrale Venendruck (Normalwert etwa vier bis zwölf
Hektopascal oder 3 bis 9 mmHg) ein guter Indikator für das Blutvolumen.
Im Gegensatz dazu ist die Hauptaufgabe des Hochdrucksystems die Versorgung der Organe

Question 21

Q

Weshalb gibt es Ihrer Meinung nach einen Lungen- und einen Körperkreislauf bei Säugern wie dem
Menschen?
• wegen den unterschiedlichen Drücken & den damit verbundenen Vorteilen↑

Answer

A

• wegen den unterschiedlichen Drücken & den damit verbundenen Vorteilen↑

Question 22

Q

Welche wichtigen physiologischen Aufgaben kann das geschlossene Blutgefäßsystem bei Wirbeltieren
übernehmen? Nennen und beschreiben Sie in Stichpunkten kurz fünf wichtige Aufgaben.

Answer

A

O2-Transport (Hämoglobin)
CO2-Transport (Hämoglobin, Bicarbonatpuffer)
Wärmetransport (Konvektion)
Pufferfunktion
Ionentransport
Wasserhaushalt
Immunabwehr
Abfalltransport
Kommunikation (Hormone)
formgebende Funktion (venöser, arterieller Blutdruck)

Question 23

Q

Auf welche Weise entsteht ein Schrittmacherpotenzial im menschlichen Sinusknoten? Gehen Sie in
Stichpunkten auf die beteiligten Ionenarten und die wichtigsten Unterschiede des Schrittmacherpotenzials zu einem normalen Aktionspotenzial ein.
Myogene Schrittmacher durch ständige Aktionspotentiale in Sinusknoten und AV-Knoten.

Answer

A

Ionenkanäle „funny channels“ öffnen sich erhöhte Permeabilität (Konduktanz) für Na ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
Langsam steigendes Membranpotenzial langsame Depolarisation
durch Na -Einstrom ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
Nach Erreichen einer Schwelle öffnen T-Typ (transiente = vorübergehend geöffnete) Calciumkanäle lösen Aktionspotential durch Ca² -Ein ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten -
strom aus
Nach 200 ms schließen sie wieder und Zelle repolarisiert

Question 24

Q

Unterschiede zum Aktionspotenzial (schrittmacherpot)

Answer

A

Aktionspotential durch Ca² -Einstrom ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
keine, das Ruhepotential stabilisierende K -Leitfähigkeit ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
Plateauphase

Question 25

Q

Erklären Sie in Stichpunkten die Funktion von Schrittmachern. Welche Schrittmacherzentren findet man
im menschlichen Herzen? Nennen Sie drei Schrittmacherzentren sowie deren Lage und Charakteristika.
(5 P)

Answer

A

Schrittmacherzellen sind Zellen des Herzmuskelgewebes, die durch Veränderungen ihrer Membranpermeabilität in der Lage sind, eigenständig ein Aktionspotential auszulösen (funny channels). Sie besitzen
kein stabiles Ruhepotential. Ihr Membranpotential steigt kontinuierlich an, bis ein bestimmter Schwellenwert erreicht wird. Wird der Schwellenwert überschritten, depolarisiert die Zelle spontan.
• Sinusknoten primärer Schrittmacher, ca. 60 bis 80 Aktionspotentiale/min → desto höher
• Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) sekundär, ca. 40 bis 50 AP/m, verzögert Signal Atrien
kontrahieren von oben nach unten
• His-Bündel ( tertiär, ca. 20 bis 30 AP/m) Reizweiterleitung an
• Tavara-Schenkel Reizweiterleitung an
• Purkinje-Fasern Reizweiterleitung Ventrikel kontrahieren ausgehen von der Spitze (unten nach oben)

Question 26

Q

Welche Bereiche im Wirbeltierherzen können die Schrittmacherfunktionen für den Herzschlag übernehmen?

Answer

A

Sinusknoten
Atrium
AV-Knoten
His-Bündel
ventrikuläre Herzmuskelzellen

Question 27

Q

Erklären Sie die Windkesselfunktion der Aorta. Wieso ist diese wichtig?

Answer

A

Blut strömt während der Auswurfphase der Ventrikelkontraktion in die Aorta, übt dort Druck auf die Wände aus.
Das führt zu einer Dehnung (Compliance bzw. Volumendehnbarkeit).
Wenn das Herz entspannt, hört der Blutfluss in die Aorta auf, der Blutfluss in die Arteriolen hält an und
verringert den Druck in der Aorta.
Die Elastizität der Arterienwände trägt dazu bei, weiter Blut durch das Gefäßsystem zu treiben und
Druck sowie Blutfluss aufrechtzuerhalten.

Question 28

Q

Wie kann die Frequenz eines Schrittmacherpotentials im Herzen grundsätzlich erhöht oder erniedrigt
werden?

Answer

A

• Acetylcholin senkt Herzfrequenz, durch Bindung an Rezeptoren, was zur Schließung der Ca-Kanäle und Öffnung der K-Kanäle führt
→ Hyperpolarisation und Erhöhung der Zeit bis zum nächsten Schrittmacherpotential
• Noradrenalin erhöht Herzfrequenz, durch Aktivierung eines Adenylatcyclase-(AC-)Signaltransduktionswegs
→ Erhöhung der Na- und Ca-Leitfähigkeit: Schnellere Depolarisation

Question 29

Q

Was ist die Besonderheit beim Aktionspotential einer typischen Herzmuskelzelle im Vergleich zu einer
Nervenzelle? Wie kommen Unterschiede zustande?

Answer

A

• Das Aktionspotenzial bleibt im Herzmuskel wegen der langsameren Repolarisation länger bestehen, als bei Nervenzelle.

Question 30

Q

Von welchen morphologischen Faktoren hängt der Blutdruck in den beiden
hauptsächlichen Bereichen des menschlichen Gefäßsystems Ihrer Meinung nach
ab? Diskutieren Sie die Unterschiede im Blutdruck und deren mögliche Hintergründe.

Answer

A

• Druck im linken Ventrikel variabel, in Arterien durch Windkesselfunktion der Aorta und Compliance hoch und stabil
• fällt in Arteriolen stark ab Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt portional zur Querschnittsfläche (je dünner, desto mehr Druck benötigt für
gleiche Vol./Zeit)

Question 31

Q

In welchen Körperteilen ist der Blutdruck am höchsten, wo am niedrigsten? Welche Gründe hat das?

Answer

A

am höchsten in Arterien, durch Windkesselfunktion der Aorta und Compliance
in Venen am niedrigsten, gehören zum Niedrigdrucksystem des Blutkreislaufs

Question 32

Q

Was ist Lymphe? Wo kommt sie vor, auf welche Weise entsteht, sie, wie setzt sie sich zusammen, wo
bleibt sie?

Answer

A

interstitielle Flüssigkeit
Im Bereich des Herzens und in der Leistengegend wird die Lymphe dem Blut wieder zugeführt.
eigenes Lymph-Kreislaufsystem
Zusammensetzung: Cl ; Na ; HCO3 ; K ; org. Phosphate

Question 33

Q

In welchen Parametern unterscheiden sich Plasma, Lymphe und Cytosol?

Answer

A

Cytosol: viel Proteine, org. Phophate u. sehr viel K , noch weniger HCO3 & Na ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
Lymphe: sehr viel Cl & Na , wenig HCO3 ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate
Plasma: viel Cl & sehr viel Na , wenig Proteine & HCO3 ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten ⁻

Question 34

Q

Wie ist das humane Hb aufgebaut?

Answer

A

Hämoglobine bestehen aus einem oder mehreren Globinproteinen, die einen Porphyrinring mit einem komplex gebundenen
Eisenatom enthalten.
Die meisten Wirbeltier-Hämoglobine sind Tetramere, die aus
vier Globinen und ihren Hämgruppen bestehen. Säuger-Hämoglobine bestehen aus zwei α- und zwei β-Globinketten.

Question 35

Q

Nennen Sie drei respiratorische Pigmente, die Sauerstoff binden können. Wo kommen diese vor? Wodurch unterscheiden
sie sich?

Answer

A

• Hämoglobin (Hb): Tetramer, zeigt ein kooperatives Bindungsverhalten und somit eine sigmoide
Sauerstoff Dissoziationskurve bei Vertebrata & Mollusca; Fe² ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
• Hämocyanin (Hc): Cu² ; bei Mollusca & Arachnida ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
• Hämerythrin (He): Fe² ; bei Annelida & Brachiopoda

Question 36

Q

Die Lage und die Form einer typischen Sauerstoffbindungskurve von Hämoglobin aus menschlichem Blut kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.
a. Zeichnen Sie eine typische Sauerstoffbindungskurve von
menschlichem Hämoglobin.
b. Beschriften Sie die Achsen im Diagramm.
c. Nennen und beschreiben Sie kurz zwei wichtige Faktoren sowie die Art und Weise, wie diese die Sauerstoffbindungskurve
beeinflussen.

Answer

A

Die Sauerstoffbindungskurve (typisch: sigmoidaler Verlauf) von
Hämoglobin beschreibt den Zusammenhang zwischen O2-Konzentration und O2–Partialdruck:
Bohr-Effekt: pH ↓ oder PCO2 ↑, dann O2-Affinität und T-Form stabilisiert, das erlaubt O2-Freissetzung ↓
Verschiebung der Sauerstoff-Dissoziationskurve nach rechts
Die Affinität des Hb zum Sauerstoff wird bei niedrigen pH-Werten erniedrigt!
Temperatur: T↓, dann O2-Affinität ↑
2,3-Bisphosphoglycerat ist sehr wichtig für die erleichterte O2 -
Freisetzung 2,3-BPG ↑, dann O2 -Affinität ↓
Der P50 steigt und Sauerstoff kann bei gleichem Partialdruck
leichter an die Gewebe abgegeben werden!
Root-Effekt: pH↓, dann βO2 ↓, PO2 ↑ (physikalisch gelöst) starke
Rechtsverschiebung der SauerstoffDissoziationskurve und zu einer Abnahme der O2-Kapazität des
Blutes!
[Der Root-Effekt tritt bei einigen Knochenfischen und einigen Invetebraten auf. Er ist wichtig für die
Schwimmblasenfüllung bei einigen Knochenfischen!]

Question 37

Q

Wie groß sind die ungefähren Anteile von physikalisch gelöstem und an Hb gebundenem Sauerstoff
beim Menschen?

Answer

A

Der Root- Effekt vermindert die Konzentration des an Hb gebundenen Sauerstoffs! Durch Ansäuerung
kommt es zu einer Freisetzung des O2 vom Hb und somit zu einem Anstieg des PO2.
Die Konzentration von O2 bleibt konstant; nur die Verteilung ändert sich

Question 38

Q

Was ist ein Kapazitätskoeffizient? Wie kann man diesen berechnen?

Answer

A

Der Kapazitätskoeffizient β bzw. die Löslichkeit eines Gases (z.B. O2) in verschiedenen Medien berechnet sich aus dem Quotienten aus der Konzentrationsdifferenz Δcc und dem Partialdruck ΔcP.

Question 39

Q

Was ist ein Partialdruck?

Answer

A

Teildruck eines Gases in einem Gasgemisch. Der Gesamtdruck ist die Summe aller Partialdrucke im
Gasgemisch.

Question 40

Q

Welche Faktoren führen zu einer Erniedrigung der Sauerstoffaffinität bei Vertebratenhämoglobin?

Answer

A

Bohr-Effekt
erhöhte Temperatur
viel 2,3-Bisphosphoglycerat
hoher CO2-Partialdruck

Question 41

Q

Welche Faktoren führen zu einer Erhöhung der Sauerstoffaffinität bei Vertebratenhämoglobin?

Answer

A

niedrige Temperatur
wenig 2,3-Bisphosphoglycerat
niedriger CO2-Partialdruck

Question 42

Q

Welche Adaptationen erfahren Atmung und Blut beim Aufenthalt in großen Höhen?

Answer

A

• Ventilation wird erhöht!
• Hb-Affinität zu O2 wird erhöht!
• 2,3-DPG erniedrigt die Affinität!
• Hämatokrit und Kapillardichte steigen an!
Wieso eignet sich Stickstoff nicht als Atemgas?
• sehr reaktionsträge, im Gegensatz zu Sauerstoff
• hohes Redoxpotenzial geringe Energieausbeute

Question 43

Q

In welchen beiden hauptsächlichen Formen tritt Sauerstoff im Vollblut auf?

Answer

A

physikalisch gelöst
gebunden an Hämoglobin
Was bedeutet der Ausdruck „Hämatokrit“?
= den Anteil der zellulären Bestandteile am Volumen des Blutes

Question 44

Q

Was ist die Sauerstoffversorgungskette? Wozu ist sie im Organismus notwendig?

Answer

A

Koppelung von Konvektion und Diffusion zur Gewährleistung der Versorgung über größere Distanzen
nutzt Bindungseigenschaften von sauerstoffbindenden Molekülen
überträgt Sauerstoff von Orten hoher PO2 auf Orte niedrigerer Partialdrücke

Question 45

Q

Hautatmung

Problem mit Feuchtigkeit beim lungenlosen Salamander:

Answer

A

• Dünne und große Körperoberfläche, Schleimschicht
• Hohe Konduktanz (Permeabilität) von Atemgasen sorgt für hohe Diffusionsrate von Wasser
durch die Haut
• Nur kühle und feuchte Standorte möglich

Question 46

Q

Warum besitzen die Körperflüssigkeiten bei luftatmenden Hautatmern niedrigere Kohlendioxidpartialdrucke als bei Lungenatmern?

Answer

A

Hautatmer weisen in den Körperflüssigkeiten niedrige CO2-Partialdrucke auf, da die Versorgung mit O2
zu einem flachen CO2-Gradienten führt!

Question 47

Q

Worin unterscheiden sich Kiemen und Lungen funktionell und anatomisch?

Answer

A

Kiemen
• unidirektional ventiliert (Gegenstromaustauscher)
• stark aufgefaltet um Oberfläche zu maximieren (verhältnismäßig kleines Organ)
• Kiemenventilation aktiv: durch Scaphognathit das Wasser gesogen (z.B. Flusskrebse); Hämolymphe strömt durch Kiemen und nimmt Sauerstoff auf
• Die Kiemen von Krebsen sind spezialisierte Anhänge der Beine, sogenannte Epipodite.
Kiemen sind Ausstülpungen, während Lungen sowie Tracheen Einstülpungen der Körperoberfläche
sind.
Lungen
• Bidirektional ventiliert über speziellen Muskeln – Zwerchfell, Rippenmuskeln
• Residualvolumen bleibt immer in der Lunge zurück, nicht an Gasaustausch beteiligt Lunge soll
nicht verkleben/kollabieren
• Totraumvolumen, ist die Luft, die in der Trachea & Mundraum & oberen Bronchialast verbleibt
und nicht am Gasaustausch beteiligt ist. zu beachten beim Schnorcheln!
• bilden sich als Ausstülpungen des Vorderdarms bei den Landwirbeltieren
• Einstülpungen der Körperoberfläche
• Sehr große Oberflächevergrößerung durch Alveolen (2²³ Alveolen)

Question 48

Q

Beschreiben Sie mit Hilfe einer Skizze stichpunktartig den morphologischen Aufbau und die Funktion einer typischen Fischkieme. Gehen Sie detailliert auf den Weg des Wassers und des Blutes beim Gasaustausch ein. Welche Konsequenzen bezüglich der Leistungsfähigkeit ergeben sich aus der speziellen Anordnung dieses Gasaustauschsystems insbesondere im Vergleich der Fischkieme mit der Säugerlunge? ( 5 Punkte)
Wie atmet ein Knochenfisch? Wie funktioniert die Ventilation des Mundraums und der Kiemen?

Answer

A

• Kiemenventilation bei Fischen mithilfe der Druckund Saugpumpe
• Der Gasaustausch mit der Fischkieme ist sehr effektiv aufgrund des Gegenstromaustauschers
• für den Menschen (Luftatmer): ca. 0.5 l mmol-1
• für einen sehr effektiven Fisch: ca. 5.3 l mmol-1
• Der Grund für die Effektivität der Kieme ist nicht
eine vergrößerte Atmungsfläche! sondern der Gegenstromaustauscher

Question 49

Q

Oberflächenatmung (bzw. Hautatmung) und die Probleme der boundary layer:

Answer

A

bei sehr kleinen Tieren liegt die Geschwindigkeit der Fortbewegung im Bereich der mittleren Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff in Wasser es entsteht um das Tierchen ein sauerstoffverarmter Bereich (= boundary layer)!
Problemlösung: aktive Ventilation des Atemmediums!

Question 50

Q

Beschreiben Sie, evtl. mithilfe einer kleinen Skizze, die Mechanismen und Strukturen, die zur Füllung
der Schwimmblase mit Sauerstoff bei Knochenfischen hauptsächlich zum Einsatz kommen. Gehen Sie
dabei besonders auf die Besonderheiten der Strukturen und physiologischen Vorgänge ein, die zur Erzeugung hyperbarer Sauerstoffkonzentrationen notwendig sind. (VOLLMODUL)

Answer

A

• durch Ansäuerung kommt es zur Freisetzung von O2 vom Hb und somit zum Anstieg des PO2
• [O2] bleibt gleich, nur Verteilung ändert sich (mehr physikalisch gelöst)
◦ Füllung: Root-Effekt & Haarnadelaustauscher
◦ Leerung: Ductus pneumaticus & Oval (stark durchblutetet Bereich der Schwimmblase (auf
Abb. rechts)
• kann mit N2 , O2 und CO2 in verschiedenen Anteilen gefüllt sein
• Blut wird durch Modifizierung veranlasst die Löslichkeit der Gase zu erniedrigen und somit die
Partialdrücke anzuheben Gase per Diffusion in Schwimmblase Aussalzen (N2, niedrig),
Root-Effekt (O2, stark), Ansäuerung (CO2, mittel)

Question 51

Q

Zusammenhang Schwimmblasenfüllung und Gegenstromaustauscher, Root-Effekt: (VOLLMODUL)

Answer

A

Fisch in 10m Tiefe 2 Atmosphären (2 atm) = 200 kPa Dichte des Fisches höher würde Absinken ≙ ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate ursprüngliches Volumen wird wieder hergestellt durch Auftrieb der Gase in der Schwimmblase O2
Akkumulation in Schwimmblase

Question 52

Q

Wie ändert sich Druck und Volumen beim Abtauchen auf 20 m Tiefe? (VOLLMODUL)

Answer

A

Der Druck im Salzwasser nimmt alle 10 Meter um 1 bar (100 kPa) zu.
Nimmt der Wasserdruck zu, so nimmt das Luftvolumen im Hohlraum ab.

Question 53

Q

Erklären Sie das Funktionsprinzip der Vogellunge? Warum ist

diese im Vergleich zur Säugerlunge sehr viel effektiver?

Answer

A

Vogellungen:
• Kreuzstromprinzip besonders leistungsfähig
• Luft immer unidirektional ventiliert sehr effektiv
• Anpassung: lange Luftröhre bei Langstreckenflügen
geringere Chance einer respiratorischen Alkalose (Alkalisierung des Blutes) durch gesteigerte Atmung (Hyperventilation) wird zu viel CO2 abgegeben
• dauernd fliegende Vögel (Kranich, Singschwan): Luftröhre besonders lang und in Schlingen gelegt
• bei intermittierenden (Flug unterbrechenden) Vögeln (Storch, Reiher): eher gerade

Question 54

Q

Welche Funktion besitzen die Luftsäcke der Vogellunge?

Answer

A

wie Blasebälge die Luft durch die Lunge führen

* keine Gasaustausch-Funktion!

Question 55

Q

Auf welche Weise kann die Vogellunge unidirektional ventiliert werden? Was ist der daraus entstehende
Vorteil?

Answer

A

Durch die spezielle Anordnung der Luftsäcke und Parabronchien ist gewährleistet, dass die Lunge stets
unidirektional ventiliert wird und so sehr effektiv arbeitet

Question 56

Q

Was sind Tracheen? Welchen Vorteil besitzen Tracheen im Vergleich zu Lungen?

Answer

A

durch Stigmen diffundiert Luft über die Tracheen bis in die Tracheolen
O2 diffundiert in die Hämolymphe sehr effektive Diffusion
Stigmen können kontrolliert geöffnet werden Diffusionregulation
Netz von „Röhren“, welches den gesamten Körper bis zum Verbraucher durchzieht Sauerstoff versorgung kostet keine Energie
CO2 wird nur ab und zu abgegeben (in Ruhe)

Question 57

Q

Wie funktioniert eine physikalische Kieme bei tauchenden Insekten?

Answer

A

Physikalischen Kiemen (Plastron) = inkompressible Gaskieme an der Oberfläche von Wasserinsekten

Question 58

Q

Welche (mindestens drei) Möglichkeiten der aktiven Lungenventilation im Tierreich kennen Sie? Kurze
Erklärung und Beschreibung der Funktion.

Answer

A

Zwerchfell bei Säugern;
Lungenretraktormuskel bei Krokodilen;
Ventilation durch Bewegung der Gliedmassen und Körperteile bei Schildkröten

Question 59

Q

Nennen und erklären Sie stichpunktartig die Funktionsweise sowie das Vorkommen (die Fischgruppe
bzw. genauere taxonomische Einheit) dreier ursprünglich von Darm (im weiteren Sinn) abgeleiteter akzessorischer Atmungsorgane bei Knochenfischen.
Einige Fische atmen Luft mit Hilfe von besonderen Atemorganen, die mit dem Vorderdarm in Verbindung
stehen.

Answer

A

• Labyrinth bei Labyrinthfischen kann Luft verwerten, die vorher von der Wasseroberfläche geschluckt wurde
• Atemsack bei Saccobronchius zieht in den Körper hinein
• Atemhöhle bei Clarias dient zur Aufnahme von Sauerstoff aus geschluckter Luft
• Schwimmblase ist als Ausstülpung des Vorderdarmes stark durchblutet und kann zur Atmung
herangezogen werden.
• Darm bei Callichthyiden und einigen Schmerlen kann aus geschluckter Luft den Sauerstoff entziehen, da der Darm stark durchblutet ist!

Question 60

Q

Was sind Lungenalveolen? Wo kommen Sie vor und wie viele Alveolen gibt es beim Menschen ungefähr?

Answer

A

In den Alveolen findet der Gasaustausch mit den umgebenden Blutgefäßen statt.
sie sitzen an den blinden Enden der Bronchiolen der Lunge
2²³ Alveolen

Question 61

Q

Aus welchen drei wichtigen Gründen kann die ein- und Ausatmung über einen Schnorchel in einer Wassertiefe von einem Meter nicht funktionieren? Erklären Sie kurz die Gründe.

Answer

A

• laut Hagen Poiseuille sches Gesetz hat Länge des Schnorchels Einfluss auf den Atemwiderstand ́sches
• Der Atemdruck müsste erhöht werden, um die durch die Längenzunahme verringerte Flussrate
zu kompensieren!
• Ab einer gewissen Länge des Schnochels kann der Atemdruck nicht mehr erhöht werden man
bewegt nur noch das Totvolumen (100cm zusätzlich) in Schnorchel hin und her ohne frische Luft
einzuatmen

Question 62

Q

Was bezeichnet man als Osmose? Wie verhält sich der Vorgang der Osmose zum Vorgang der Diffusion?

Answer

A

Osmose = Sonderform der Diffusion Lösungsmittel und nicht der Stoff diffundiert
Das Lösungsmittel diffundiert durch die Membran in die Lösung und verdünnt diese mit dem Ziel der
Gleichverteilung!

Question 63

Q

Nennen Sie je einen typischen marinen und limnischen Osmoregulierer und Osmokonformer.

Answer

A

Marin: Hai (Osmokonformer), Meerechse (Osmoregulierer)

* Limnisch: Süßwasserrochen (Osmokonformer), Schnappschildkröte (Osmoregulierer)

Question 64

Q

Erklären Sie kurz die Konsequenzen, die diese unterschiedlichen Osmolaritäten für den Wasser- und
Ionenhaushalt der Tiere bewirken sowie die jeweiligen physiologischen Strategien der Fischarten bei
der Ionen- und Osmoregulation.

Answer

A

1) Osmokonformer, innere = äußere Osmolarität isoosmotisch, Ionenspektrum kann aber von Umgebung abweichen
2) Osmoregulierer: innere Osmolarität konstant hyperosmotische Umgebungen (hohe Salzkonzentrati
on) geben Ionen ab und nehmen aktiv Wasser auf
3) Osmoregulierer hypoosmotische Umgebung (geringe Konzentration) nehmen Ionen aktiv auf und
geben Wasser (mit stark verdünntem Urin) ab
im Meerwasser: hauptsächlich Na + und Cl - , sowie geringe Mengen an K + , Mg 2+ , Ca 2+ bei
Ionenkonformern: hohe Konzentration von Na + und Cl - bei ↔ bei Ionenregulierern sind diese
Konzentrationen geringer Osmokonformer besitzen ähnliche Ionenprofile wie Osmoregulierer +
organische Stoffe (Harnstoff, Aminosäuren und Trimethylamin)

Answer 65

A

Süßwasser: hypoosmotisches Medium (relativ zur Osmolarität der Körperflüssigkeiten ~ 300 mosmol)
unwillkürliche Aufnahme von viel Wasser scheiden viel stark verdünnten Urin aus aktive Ionenrückresorption in der Niere durch Chloridzellen) und absorbieren Ionen aktiv über die Kiemen (säure- und basensezerniedernde Zellen für Natrium und Kalium)
sorption in der Niere durch Chloridzellen) und absorbieren Ionen aktiv über die Kiemen (säure- und basensezerniedernde Zellen für Natrium und Kalium)
Salzwasser: hyperosmotisches Medium unwillkürliche Aufnahme vieler Ionen sowie Wasserverlust
müssen viel trinken, Urin sehr konzentriert, Abgabe von Ionen über die Kiemen (Chloridkanäle und parazellulärer Natriumtransport durch elektrisches Potential) insgesamt sehr energieintensive Prozesse je
nach Gradient der Osmolarität

Answer 66

A

Nephridien bei Invertebraten (Protonephridien der Plattwürmer & Metanephridien der Annelida):
die mithilfe von bewimperten oder begeißelten Zellen durch die Erzeugung eines Unterdrucks interstitielle Flüssigkeit in das Lumen der Tubuli ziehen.
Malpighi-Gefäße der Insekten: bei der Primärharnbildung keine Druckfiltration betrieben werden,
weil kein geschlossenes Gefäßsystem vorhanden ist Sekretion und passivem Wassernach strom
Filtrationsniere der Wirbeltiere: Überdruckfiltration mit geschlossenen Gefäßsystem

Answer 67

A

Henle-Schleife

Answer 68

A

• münden zwischen dem Mitteldarm und dem Enddarm in den Darmtrakt
• Zellen besitzen viele Transporter hohe osmotische Gradienten zwischen Hämolymphe und
dem Lumen der Malpighi-Gefäße erzeugen Wasser strömt nach
• Ionen, Aminosäuren, Zucker und in Folge das Wasser werden über den Enddarm reabsorbiert.
• Malpighi-Gefäße und Enddarm bilden funktionelle Einheiten der abgegebene Kot ist fast trocken!

Answer 69

A

Salzdrüsen in Augen-/Nasennähe
leiten stark NaCl-haltiges Sekret aus Salz sammelt sich z.B. auf dem Kopf
effizient über Gegenstromaustauscher: lappenförmige, sekretorische Drüsentubuli bilden hypersaline Sekrete Blutfluss parallel und entgegengesetzt

Answer 70

A

1) CO2 aus Plasma in Kiemenepithel
2) CO2 entweder weiter ins Wasser oder HCO3 + H in Kiemenepithel ⁻; Na⁺; HCO3⁻; K⁺; org. Phosphate ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
3) H wird aktiv aus dem Tier gepumpt ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
4) Ammoniak gelangt durch die Zelle oder extrazellulär nach außen
5) Umwandlung zu Ammonium (NH 4+ ): muss durch Antiport mit Na + aus Plasma in Epithel transportiert werden
6) Na wird in Tier aufgenommen und dient dem Antiport für NH4 ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
außerhalb des Tieres wird Ammoniak mit vorhanden Protonen zu Ammonium und ist damit ungiftiger
und kann nicht wieder in das Tier zurückgelangen Diffusion nicht möglich → desto höher
Im alkalischen Wasser: durch alkalische Reaktion wird H zu H2O und somit neutralisiert und inhibiert ⁺-Gradienten → Glucose gegen den Konzentrationsgradienten
damit die Ammonium-Ion-Produktion Fisch vergiftet sich selber! (Adaption: Fisch produziert Harnstoff)

Answer 71

A

In der Bowman-Kapsel wird das Plasma über die glomerulären Kapillaren größen- und formselektiv filtriert

Answer 72

A

Knochenfische: Ammoniak

* Süßwasserfische: stark verdünnter Harn(stoff?)

Answer 73

A

Regulation der Filtrationsrate über die Glomeruli, Konstanthalten der GFR.
Regulation über die Reabsorption von Ionen aus dem Tubulusfiltrat und passivem Nachstrom
von Wasser
Regulation über die Einstellung der Permeabilität für Wasser im Sammelrohr.

Answer 74

A

• wichtig für den Transport von Signalen oder Information, wenn keine direkte Verbindung von Zellen besteht

Answer 75

A

Produktionsort und Wirkort sind verschieden
sehr selektiv (Schlüssel – Schloss – Prinzip)
klein, einfach und kostengünstig herstellbar
Nutzung vorhandener Transportwege (meistens Blut)
schon in geringsten Konzentrationen wirksam (oft über Verstärkungsmechanismus)
einfach abbaubar, eventuell recyclebar
begrenzte Lebensdauer

Answer 76

A

ACE-Hemmer inhibieren die Bildung von Angiotensin II aus Angiotensin I weniger Vasokonstriktion
durch glatte Muskulatur, weniger Aldosteron + ADH (weniger Volumenzunahme), weniger Durst und
Salzhunger, Einfluss auf GFR
Nieren spielen große Rolle bei Regulation des Blutdrucks, als auch beim Plasmavolumen. Viele Hormone der Nierenregulation sind gleichzeitig Blutdruckregulatoren – viele blutdruckregulierende Medikamente wirken auf die Niere (Renin-Hemmer, ACE-Hemmer, AT1-Antagonisten, Diuretika)

Answer 77

A

Primär sinkt dadurch der Blutgefäßtonus und der Blutdruck nimmt ab.

Answer 78

A

• Konvektion Luft zufächeln
• Hecheln als Strategie der Wärmeabgabe bei Hunden und Kormoranen
• Verdunstung vom Wasser führt zu erheblichem Wärmeentzug! Verdampfungswärme vom → desto höher
Wasser ca. 2200 J/g
Hecheln ist ein schnelles Atmen bei stark erhöhter Atemfrequenz mit Brustatmung.
Bei der Hechelatmung wird im Vergleich zur normalen Atmung pro Atemzug ein größerer Anteil der Luft
nicht für den Gasaustausch in der Lunge verwendet, sondern die gleiche Luftmenge wird bei den verkürzten Atemzügen häufiger in den Atemwegen auf und ab bewegt. Dadurch vergrößert sich der physiologische Totraum sowohl in den oberen Atemwegen als auch in der Lunge. Das Atemvolumen pro Atemzug ist verringert, aber durch die höhere Atemfrequenz verändert sich das insgesamt ein- und ausgeatmete Luftvolumen kaum.

Answer 79

A

beruht auf Einschluss von Luftpolstern (verkleinert k – Materialkonstante)
direkte Beziehung zwischen Felldichte und Isolation
Problem kleiner Tiere: Fell dicker und dichter zu gestalten ist schwierig

Answer 80

A

indirekte Kalorimetrie: Gasanalyse; Energiegehalt des Futters – Kot/Urin messen
direkte Kalorimetrie: Wärme messen
Atmung messen
kalorisches Äquivalent berechnen

Answer 81

A

Die Stoffwechselrate wird unter anderem durch die Körpermasse bestimmt!
Um Zusammenhänge zwischen Körpermasse und Stoffwechselrate über eine weiten Bereich darstellen
zu können, wird die logarithmische Darstellung verwendet. Geradengleichung!

Answer 82

A

• Schwimmen erfordert wenig Energie für den Transport über eine gewisse Stecke, gefolgt vom
Flug. Das liegt daran, dass der Flug mehr Energie kostet, man aber in relativ kurzer Zeit sehr → desto höher
weit kommt!
• Laufen und kurze Sprints kosten pro Stecke am meisten Energie!

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