Tierphysiologie - Flor Flashcards
1
Q
Thermodynamik in der Biologie
A
- Thermodynaik: Austausch von Wärme in Ansammlungen von Materie (Energetik)
2
Q
Bioenergetik:
A
Energieaustausch und Umwandlungen bei lebenden Organismen
3
Q
Phosphatbindende Prozesse
A
- Photosynthese
- Atmung
- Gärung
4
Q
Energieverbrauchende Prozesse
A
- Biosynthesen
- mechanische Arbeit
- aktiver Transport
- Wärmeerzeugung
5
Q
Tierische Organismen sind …
A
… irreversible, offene Systeme, die sich in einem dynamischen Fließgleichgewicht befinden
6
Q
biologische Membranen
A
Flüssigmosaik-Doppelschicht-Modell:
Phospholipide, Proteine, Kohlenhydrate
7
Q
biologische Membranen:
physiologische Funktionen
A
- Barriere, Kompartimentierung
- passive Diffusion (Sauerstoff, Stickstoff, CO2, Steroide, …)
- Potentialausbildung (Na-K Ungleichgewicht, Ruhepotential bei Nervenzellen
- aktiver Transport (Ionen, Nährstoffe, Neurotransmitter, …)
- Signalumwandlung (Sinneszellen)
- Aktionspotentiale, Erregungsweiterleitung, Rezeptorfunktion (Hormone, Neureotransmitter)
8
Q
biologische Membran:
Potentialausbildung
A
- innen: Kalium, außen: Natrium (Calcium, Chlor)
- Gradient durch Na-K-Pumpe (ATPase):
- baut ATP ab, solange Na in Zelle vorhanden ist (wiederholte Konfirmationsänderung)
- Antiporter, verantwortlich für ca. 70 % des ATP Verbrauchs im Gehirn
- desweiteren Ca-Pumpen, Na-Cl Symporter
- Ruhepotential durch offene K-Kanäle (K raus, Na kann nicht rein)
- Aktionspotential durch öffnen der Na-Kanäle (Na strömt hinein)
- Symporter: Ionen u. Nährstoffe fließen ein (Bsp.: Glucose-Na-Symporter)
9
Q
biologische Membran:
Signaltransduktion mittels Membrantezeptoren
A
- Ligandengesteuerte Ionenkanäle
- Ligand-Rezeptor-Bindung (Schlüssel-Schloss)
- Konfirmationsänderung der UE u. damit Na-Einstrom
- Depolarisation der Zelle
- 2 Acetylcholin —> EPSP
10
Q
das vegetative Nervensystem
A
- zentrales Nervensystem (ZNS): Gehirn und Rückenmark
- peripheres Nervensystem (PNS): Nervensystem ausserhalb des ZNS
- bestehend aus somatischen u. vegetativem NS (nicht ALLE KOMPONENTEN)
- somatisches NS innerviert Skelletmuskeln, Gelenke, Haut
- Unterscheidung somatisch-motorisch u. somatisch-sensorisch
- vegetatives NS innerviert innere Organe, Blutgefäße, Haut, Drüsen
- vegetatives NS (VNS): autonomes/viszerales NS
- bestehend aus Sympathicus, Parasymphaticus u. eternisches NS (= Magen-Darm-NS)
- PNS ist mit ZNS gekoppelt
11
Q
Anatomie von Sympathicus, Parasympathicus
A
Sympathicus:
- Kette von Ganglien
- aktiv unter stressbedingten Situationen (Kampf, Flucht, ..)
Parasympathicus:
- organnahe Ganglien + Nerven mit Ursprung im Hirnstamm
- aktiv unter vegetativen Bedingungen (Verdauung, Entspannung, ..)
12
Q
Funktionen des VNS
A
- innerviert sekretorische Drüsen, Herz u. Blutgefäße u. Bronchialsystem
- Reguliert Verdauungs. u. Stoffwechselfunktionen der Leber, des Magen-Darm-Trakts u. des Pankreas
- Ausscheidungsfunktionen von Dickdarm, Niere, Harnblase, Wasser-elektrolyt- u. Säure/Base-Homöostase
- reguliert sexuelle Reaktionen der Genitalien
- interagiert mit Immunsystem
Para-/Sympathicus haben norm. antagonistische phys. Wirkungen
13
Q
Transmitter Symathicus/Parasympathicus
A
S.: - Acetylcholin (Neurotransmitter) - Noradrenalin u. Adrenalin (Hormone) P.: - Acetylcholin (NT) - Neuropeptide (VIP, NPY)
14
Q
Unterschiede Sympathicus/Parasympathicus
A
- Präganglionäre und postganglionäre Neurone
- Lage der präganglionären Neuronen:
- thoracolubaler Beriech (S)
- carniosakraler Bereich (P) - Lage der postganglionären N.:
- Grenzstrang u. prävertebralen Ganglien (S)
- organnahe (P) - Transmitter (ACh, NA), Rezeptorsubtypen
15
Q
Sympathicus/Parasympathicus Rezeptoren
A
2 Grundtypen cholinerger Rezeptoren
- nikotinischer Rezeptor: im Muskel, ZNS, vegetative Ganglien
- Agonist: Nikotin
- Antagonist: Curare
- muscarnischer Rezeptor: im Herzen, Auge
- Agonist: Muscarin
- Antagonist: Atropin
16
Q
Sympathicus/Parasympathicus
GPCRs = Dimere
A
- G-protein coupled receptors
- muscarnische Rezeptoren werden in subtypen M1-M5 unterschieden
M2: im Herzen
M3: in glatter Muskulatur (vor Allem Verauungstrakt)
M4/5: noch nicht ganz bekannt, kommen im Gehirn vor - adrenergene Rezeptoren sind IMMER GPCRs
- alpha1 Kontraktion glatter Muskulatur, an Blutgefäßen
-alpha2 Hemmung der Transmitterfreisetzung, Kontraktion glatter Muskulatur, weit verbreitet - beta2 Kontraktion des Herzmuskels, Relaxation glatter Muskulatur
17
Q
Sympathicus/Parasympathicus
Lunge, Herz, Magen
A
- Vagusnerv (Hirnnerv X) liefert parasymathische Axone
- Thoraco-lumbale Axone des S. wirken entgegengesetzt auf Atemwege, Herzschlag, Verdauung
- Blutgefäße der Haut u. Leber habe nur S. input
18
Q
Sympathischus/Parasympathicus
Steuerung der Herzfrequenz
A
- Steuerung der Sinusknoten
- parasymathische Reizung/Vagus Reizung
- Erniedrigung der Herzfreq. durch Acetylcholin (M2)
- Erhöhung der Herzfreq. durch Noradrenalin (beta2)
- postsynaptisch: entgegengesetzte Wirkung auf Reaktion der Effektoren
- parasympathisch: gegenseitige Hemmung der Neurotransmitterfreisetzng
19
Q
Sympathicus/Parasympathicus
Tracheen u. Bronchien
A
- P. kontrahiert Bronchialmuskulatur u. fördert Schleimsekretion der Bronchien
- S. wirkt antagonistisch auf parasympathsiche Ganglien
- zusätzlich: direkte Dilatation über Adrenalin der Blutkapilaren —> Medikamente geg. „asthma bronciale“ Sympathomimetika/Sympathikomimetica
20
Q
Sympathicus/Parasympathicus
Pupillen, Tränen, Speichel
A
- cranialnerven/Hirnnerven (12) innervieren das Gesicht
- P.
- Augenmuskelnerv III
- „nervus facialis“ VII
- Axone des S. aus dem Grenzstarng wirken entgegengesetzt auf Pupillen und Speichel
- Tränendrüsen haben nur P.input
21
Q
enterisches NS (ENS)
A
- „kleines gehirn“
- arbeitet weitgehend eigenständig
- nouronales Geflecht der inneren Wände von Magen, Darm, Pankreas, Gallenblase
- Regulation von Darmperistalik, Produktion von Sekreten u. Verdauungsenzymen, Immunabwehr
- 2 komplexe Nervengeflechte: Meissner-Plexus u. Auerbach-Plexus
- Kontrollmöglichkeit des „großen Gehirns“ über Axone von S. und P.
22
Q
ENS: Ebenen der Kontrolle
A
die obersten Kontrollinstanzen für das VNS liegen im Hypothalamus u. im limbischen System
23
Q
Atmung:
A
- laufende Sauerstoffzufuhr ist nötig für oxidativen Abbau der Nährstoffe in Zellen
- Energiegewinnung in Form von ATP
- ständiger Abtransport des toxischen WW-Produkts CO2
- dieser Gaswechsel zw. Zellen und Umgebung wird Atmung/Respiration gennant
- innere Atmung: in den Geweben
- äußere Atmung: Lungen, Kiemen, Tracheen
- Diffusion
24
Q
Diffusion
Graham Gesetz
—> Folgerung
A
- spontane Wanderung gelöster Stoffe von Ort höherer Konz. zum Ort niedrigerer Konz. aufgrund der brownschen Molekularbewegung
—> Ficksches Gesetz
—> Graham Gesetz: D ändert sich mit der Quadratwurzel des Moleklargewichts für kleine Teilchen - doppelter Diff.weg beansprucht bereits 4fache Zeit
—> nur sehr kleine Organismen können auf Atemgas-Transport-System verzichten
—> größere Organismen benötigen Blut (geschlossener Kreislauf) bzw. Hämolymphe (offener Kreislauf) - menschliche Lunge: Diffusionsbarriere ∆x = ±1µm
- Gasaustausch stets in wässriger Lösung
- Sauerstoffaufnahme steigt mit Größe A der Atemfläche
- Partialdruckdifferenz beiderseits der trennenden Membran muss auf maximaler Höhe gehalten werden (Strömung der Körperflüssigkeiten u. ständige Erneuerung des Atemmediums durch Ventilation)
Diffusionsstrecke x an der respiratorischen Membran muss mögl. kurz gehalten werden
—> Diffusionsbarriere ist komplex aufgebaut
25
Atmung bei Einzellern, Hohltieren, Plattwürmern und einigen Ringelwürmern
großes Oberflächen/Volumen-Verhältniss (Gesetzmäßigkeiten der Diffusion)
- keine respiratorischen Epithelien nötig
- ausschließlich passiver Gasaustausch über Körperoberfläche
- mit Evolution wuchs Körpergröße (weiter Wege, Anstieg der CO2-Menge)
- erst Kreislaufsystem, dann Atmungsorgane
26
Probleme der Wasseratmung
- Luft hat 30-fach höheren O2 Gehalt
- 30 fach höheres Volumen muss an Epithelien vorbeibewegt werden
- Wasser ist 1000x dichter als Luft, 10000x viskoser
- Notwendigkeit von sehr kurzen Diffusionsstrecken in Kiemen
- ca. 15x höherer ATP Aufwand bei Wasseratmung
27
Kiemen:
- dünnhäutige Ausstülpungen an Körperoberfläche
- entwicklungstechnisch vom Vorderdarm abgeleitet (wie Lungen)
- Wasser über Mund eingesaugt, zwischen Kiemenbögen hindurchgepresst u. beim Operculum nach aussen entlassen
- O2-armes Blut wird aus Herzen in Kiemen gepupt —> Anreicherung mit O2 aus Wasser
- Fischkiemen: 4-6 paarige Kiemenbögen mit je 2 Kiemenblättern
- zusammengesetzt aus Kiemenblattlamellen mit feinstem Kappilarnetz
- Saug- u- Druckpumpenmechanik, Gegenstromprinzip
- Gesamtfläche der Kiemenlamellen 5-60x Hautoberfläche eines Fischen, je nach Lebhaftigkeit u. Lebensraum
- menschliche Alveolenoberfläche ca 50x Hautoberfläche
28
Landatmung
- Luft weniger dicht, viskos als Wasser
- 30x höherer O2 Gehalt als Wasser
- Tracheen bei Arthropoden, Lungen bei landlebenden Tieren, Hautatmung bei Amphibien
- ständige Gefahr des Wasserverlustes durch respiratorische Epithelien (müssen feucht bleiben)
- großflächige Einstülpungen der Körperwand (ekto- u. endodermalen Ursprungs) ins Innere verlagert
29
Tracheen
- Sauerstoff wird nicht in Transpotmedium überführt, direkter Transport zu Zellen
- mehrmals unabhängig entstanden (konvergente Entwicklung)
- Ultrafen verzweigte Hauteinstülpungen (ektodermal)
- Beginnen meist mit verschließbaren Stigmen an Körperoberfläche u. enden mit feinsten Tracheolen (innen feucht)
- Intima: ausgekleidete Cuticula, wird bei Häutung erneuert
- Taeniden: spiralig verstärkende Cuticularleisten, verhindern Kollabieren
- Tracheolen: minimierte Dicke der Diffusionsbarriere, dringen tief in Muskelfasern ein, praktisch bis an Mitochondrien heran (max. Stoffwechselrate)
- Gastransport nur durch Diffusionsgeschwindigkeit begrenzt
30
Hautatmung (Perspiration)
- Sauerstoffaufnahme über Haut der Körperoberfläche, sowie Mundhölenatmung (Schleimhäute)
- Epithelien müssen möglichst dünn und einzellig gehalten werden
- viele Blutkapillaren üerben bis zum feuchten Oberflächenepithel geführt
- Gefahr der Austrocknung, geringe mechanische Schutzfunktion
31
Lungen
- landlebende Tiere: Landlungenschnecken, Spinnentiere, Skorpione, Wirbeltiere)
- ständige Gefahr von Wasserverlust durch respiratorische Epithelien
- Verlagerung in Körperinnere
- Einstülpungen des Vorderdarms (entodermaler Ursprung bei Wirbeltieren)
- lungenähnliche Organe bei Wirbellosen haben andere Entwicklungsgeschichte
32
Lungen bei „Wirbellosen“
- Lungenschnecken: Mantelhöle dient der Luftatmung, betreiben Hautatmung
- Webspinnen u. Skorpione: Atmung über Fächerungen/Buchlungen/Fächertracheen neben Röhrentracheen und der Haut
33
Lungen bei Wirbeltieren
Erfinder: Lungenfische
| - Evolution durch Oberflächenvergrößerung des respiratorischen Epithels und somit Zunahme der Leistungsfähigkeit
34
Vogellunge
- unbeweglich
- während Atmung keine Volumenänderung
- 5 paarige Luftsäcke werden bein Inspiration gefüllt, geben Luft bei Exspiration durch Parabronchien und Trachea ab
- währen Inspiration und Expirtaion passiert Luft respiratorisches Epithel von hinten
- Trachea teilt sich in Stammbronchien
- von Stammbronchien gehen 4 Gruppen von Sekundärbronchien aus
- von Sekundärbronchien gehen Parabronchien aus, in denen kleine trichterförmige Öffnungen in die Luftkapillaren führen
- Luftkapillaren bilden Netzwerk untereinander kommunizierender Röhren (eigentliches Austauschgewebe)
- kein Strömungsverkehr, keine Sackgassen
- Blutstrom kreuzt Luftstrom mehrfach
- stufenweise Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks des Blutes durch mehrmalige Passage des Blutes an Luftstrom vorbei
- lange Aufrechterhaltung des O2partialdrucks
- O2partialdruck des Blutes nach der Passage der Parabronchien ist höher als der der Exspirationsluft
35
Säugerlunge
- Atmung setzt sich zusammen aus:
- Ventilation: Belüften der Lungen/Alveolen durch Atembewegung
- äußerer Gasaustausch in der Lunge: Aleolen zu Kapillaren
- Gastransport: Kapillaren der Lunge zu den peripheren Blutkapillaren
- peripherer Gasaustasuch: periphere Blutkapillaren zum peripheren Gewebe
- 4 unterschiedliche phys. Vorgänge bestimmen Atmung
36
Regulation der Atmung
- Fische, Vögel, Säuger: regelmäßige, kontinuierliche Atemfreq.
- Amphibien, Reptilien: Pausen mit Atemstillstand zwischen regelmäßigen Phasen
37
Grundprinzipien der Regulation bei Säugern
- Atemrhytmusregulator in der „medulla oblongata“ (Hirnstamm) in neuronalem Netzwerk entlang des „nucleus ambiguus“
- dort inspiratorische und expiratorische neuronale Areale
- Inspiratorische Areale bewirken Drehung von Lunge, Trachea u. wirken hemmend auf exspiratorische Neuronen (ABER NICHT UMGEKEHRT)
- I-Neurone von zentraler Bedeutung für Rhytmogenese
- diese Neuronen projezieren zu den spinalen alpha-Motoneuronen der Atemmuskulatur
- inspiratorische und expiratorische Areale sind nicht vollständig autonom, Erregungsantrieb anderer Zentren
—> „formatio reticularis“ der „medulla pons“ und des Mittelhorns, der Peripherie und höherer kognitiver Zentren
38
Regulation der Atmung bei Säugern: Rezeptoren und Verschaltungen
- Dehnungsrezeptoren: Aktivierung durch Inspiration, rückläufige Hemmung der I-Neurone über Vagusnerv verhindert Überdehnung (Hering-Breuer-Reflex) —> reflektorisch neuronale Kontrolle
- Chemorezeptoren: regristieren pCO2, pO2 und pH, CO2-Anstieg und O2-Abfall, bewirken indirekt Ca-Einstorm in Golmuszellen, Dopaminausschüttung führt zu Erregungsleitung ins respiratorische Neuronenfeld —> steigert Ventilation der Lunge// pCO2 von 40 auf 45 Torr führt zur Verdopplung des Atemminutenvolumens —> CHEMISCHE KONTROLLE
- Barorezeptoren: detektieren Blutdruck über Dehnung der Gefäßwände —> KARDIORESPIRATORISCHE KONTROLLE
- Vagusnerv (Paras.) reduziert Inspiration, Symp. erhöht
39
Regulation der Atmung bei Säugern: äußerer Gasaustausch und Transport
- Gasaustausch an den respiratorischen Epithelien ausschließlich über Diffusion
- Austausch zwischen umgebendem Medium und Transportmedium stets in wässriger Lösung
- Konvektion zsmn. mit einem zirkulierenden Medium ist das Transportprinzip
40
respiratorische Farbstoffe im Tierreich
- Wirbeltiere besitzen das tetramere Proteid Hämoglobin u. Erythorcyten
- prothetische Häm-Gruppen bei Mollusken, Platheminthen, Anneliden, Arthropoden und Wirbeltieren
- bei Evertebrata befinden sich respiratorische Farbstoffe i.d.R. extrazellulär im Blutplasma (Ausnahme: Hämeryhtrin)
41
konvektiver Abbau der Atemgase
- landlebende Tausendfüsler u. hexapoden habe kreislaufunabhängiges Transportsystem für O2
- für sonst übliche transport in Flüssigkeiten gilt Henry-gesetz:
- p = Partialdruck
- alpha = Bunsenlöslichkeitskoeffizient
- menschliches Blutplasma: gelöste Sauerstoffmenge 0,15-0,3%
- kann durch Hämoglobin und Erythrozyten auf knapp 20% ansteigen
- ca. 98% des O2 wird bei Säugern am respiratorischen farbstoff Hämoglobin transportiert (mehr Gas bei niedrigerer Temp.)
42
das Hämoglobin Molekül
- 4 Pyrol-Ringe, druch Methyl-Gr. zyklisch verbunden = Prophyrin
- zweiwertiges Feim Zentrum
- Bindung an His der Globine
- Sauerstoff kann die 6. Koordiantionsstelle von Eisen binden
- Oxygenierung (kein Wertigkeitswechsel von Fe)
- O2-Bindung an Häm verdrängt Wasser —> Oxyhämoglobin
- AS-Sequenz u. Struktur der Globine beeinflusst O2-Bindung
- Myoglobin = mit einer ProteinUE (153AS)
- adultes Häm = 2x alpha-Globin (141AS) + 2x beta-Globin(146AS) (alpha2beta2)
- fötales Höm = alpha2gamma2 (höher O2-Affinität)
- bikonkave Form der Erythrozyten optimiert Oberfläche u. Volumen :
- Größe variiert stark von 2µm (Zwerghirsche) über 7 µm (mensch) bis 40µm (Schwnazlurche)
- versch. Häm Erkrankungen (bsp.: Sichelzellenanämie)
- Eisfische haben keine Erythrozyten (kein Häm)
43
Grundlagen der Gasgesetze
- Boyle-Marionette Gesetz
- Dalton-Gesetz
- Henry-Gesetz
- menschliches Blutplasma: O2 Partialdruck zw. 40 und 100 Torr —> gelöste Stoffmenge ca. 0,15-0.3 %
- in der intrazellulären Flüssigkeit der peripheren Gewebe fällt der Druck auf 5 Torr ab
44
Sauerstoff-Dossotiationskurven
- Sauerstoff-Partialdruck bestimmt Sauerstoff Sättigung des Hämoglobin
- gute Abgabe selbst bei niedriger O2 Sättigung
- hohe Sättigung im arteriellen Blut bei Erniedrigung des Sauerstoffparialdrucks (Bsp.: im Gebirge)
- Bohr-Effekt: Wasserstoff u. CO2 verringern Sauerstoff-Affinität
- niedrige Temperaturen fördern die Asuerstoffaufnahme des Häm
- 2,3-Bissphosphogylcerat Bindung (2,3-BPG) verringert die Sauerstoffaffinität, da weniger Bindungsstellen bei fötalem Häm
45
fötaler Gasaustausch
- Sauerstoffaufnahme des Fötus wird begünstigt durch:
- hohe Häm-Konz. in fötalem Blut
- höhere Sauerstoff-Affinität des alpha2gamma2-Häm, da 2,3-BGP schwächer Wirkung hat (weniger Bindungsstellen)
- Ansäuerung der mütterlichen Blutes in der Plazenta
- Alkalisierung des fötalen Blutes u. somit 2-facher Bohr-Effekt
46
Transport von Co2 im Blut
- CO2 entsteht metabolisch in großen Mengen
- Mensch: 16mol/d
- CO2 diffundiert in die Erythrozyten und wird dann überwiegend im Blutplasma als Hydrogencarbonat transportiert
- insbesondere desoxygeniertes Häm kann viele Protonen aufnehmen —> Puffereffekt des Häm, auch Haldane-Effekt genannt
47
Transport von CO2 im Gewebe
- CO2 diffundiert dem Druckgefälle folgend in die Erythrozyten
- Austausch von Hydrogencarbonat mit Cl-Ionen findet statt (95%)
- oder: CO2 wird an Häm gebunden in Form von Karbaminohämoglobin = Hb-NHCOO (5%)
48
Transport von CO2 an den Alveolen
- CO2 diffundiert den Druckgefälle folgend aus Erythrozyten heraus
- oxageniertes Häm gibt viele Protonen ab (Haldane-Effekt), dies erleichtert CO2-Abgabe
- äußere Atmung
49
CO
- toxisch, farblos, geruchlos
- meschl. Körper produziert kleine Mengen u. es entsteht bei unvollständiger Verbrennung org. Stoffe
- unter phys. Bedingungen ist CO-Affinität von Häm 300x höher als für O2
- norm. liegt ca. 1% des Häm als CO-Häm vor
- bei Zigarettenrauchen: Anstieg auf 10-15%
- einatmen von Auspuffgasen kann zu lebensbedrohlichen 40% CO-Häm führen —> Lebensrettung meist durch hyperbare Sauerstoff-Beatmung
50
menschliche Lunge
- Gasaustausch im Alveolenraum ca. 300 Mio. Alveolen (100m^2)
- Mund, Nase, Rauchen > Trachea > „bronchiolus terminalis“ > Alveolenraum
- Alveolenraum ca. 3000 ml/Lungenflügel
- Bronchien — anatomischer Totraum
- 1-16 Teilung: Terminalbronchien
- 17-19 Teilung: „bronchioli respiratori“
- 20 Teilung: Alveolengänge mit Alveolen in Wandung — respiratorisches Epithel
- Funktion des anatomischen Totraumes:
- Anwärmung, Anfeuchtung und Reinigung der Atemluft
- Schutz und Abwehr der Lungen — schleimbedecktes Filmepithel der Luftwege
- Abfangen von Schmutzpartikeln und mikrobiellen Eindringlingen
- Abfuhr des Schleims in den Rachenraum
- chromische Bronchitis: hypertrophierte muköse Drüsen
- exzessive Sekretproduktion gefördert durch Rauchen
- Mukoviszidose: zytische Fibrose:
- autosomal rezessiv, Cl-Kanal-Mutaution der Epithelzellen
- zähes Bronchialsekret, bakteriell infiziert
- Entfernung von Fremdsubstanzen in Alveolen durch bewegliche Makrophagen, da Alveolen kein Filmepithel besitzen
51
Lungenfunktionsprüfung
- Spirometer, medizinisches Gerät zur Messung des ein- u. ausatemvolumens und dessen zeitlicher Änderung
- Spirometrie ist Überprüfung der „kleinen Lungenfunktion“
- Ganzkörper-Plethysmographie ist Überprüfung der „großen Lungenfunktion“, durch Messung in luftdicht verschlossener Kammer (lassen auch intrathorakale Gasvolumina erfassen)
- vier Messgrößen zur Beurteilung der Lungenfunktion:
TCL = Totale Lungenkapazität (RV + VC)
RV = Residualvolumen
VC = Vitalkapazität
FEV = Einsekundenkapazität
52
Blutzirkulation
- bringt gelöste Stoffe und Zellen so nahe wie möglich an Zielorte —> O2, CO2, Nährstoffe, Ausscheidungsprodukte, Immunzellen, ...
- Kreislauf durch Zirkulation von Blut (geschlossener Kreislauf) oder Hämolymphe (offener Kreislauf)
- zunächst durch peristaltische Wellen von Gefäßen (Röhren mit kontraktilen Wandungen)
- innere Auskleidung meist mit Endothel
- Weiterentwicklung zu Herzen (Kontraktion: Systole, Entspannung: Diastole)
- offener Kreislauf: Gastropoda, Bivalvia, Arthropoda, Chordata
- geschlossener Kreislauf: Anneliden, Cephalopoden, Chordata, Wirbeltiere
53
Kreislauf bei Wirbellosen
| Mollusca
- Mollusca (Gastropoda u. Bivalvia): offener Kreislauf —> Herz = kurzer, muskulöser, in Perikard eingebetteter Sack
- Herzklappen verhindern Rückfluss
- Flussrichtung: Kiemen - Venen - Atrium - Ventrikel - Aorta zum Kopf - Gewebespalt
- Erregungsbild rein myogen (Schrittmacher im Atrium oder Ventrikel)
- Visceralganglion innerviert Herz — Modulation von Freq.
- inhibitorische Fasern: Acetylcholin
exzitatorische Fasern: Serotonin
(analogie Sympathicus/Parasympathicus)
- Verntikeldruck: 1,5-50 Torr (Bivalvia < Gastropoda < Cephalopida)
- Cephalopoda (Octopoda, Sepia, Kalmare) —> geschlossener Blutkreislauf mit zusätzlichem Kiemenherz an der Eintrittsbasis der Kiemen und Kiemengefäße für pulsierende, perisaltische Bewegungen
—> Blutdruck wie bei Vertebraten (bis zu 50 Torr)
54
Kreislauf bei Wirbellosen
| Annelida
Polychaeta und Oligochaeta
- geschlossener Blutkreislauf, bei dem Gefäße aus primären Leibeshöhle hervorgegangen (kein Endothel)
- Dorsalgefäß: kontraktil, treibt Blut von hinten nach vorn
- Ventralgefäß: meist nicht kontraktil, Blut fließt von vorne nach hinten
- Lateralgefäße: mit kontraktilen Anschwellungen, treiben Blut von Dorsal nach ventral
55
Kreislauf bei Wirbellosen
| Arthropoda
- Fusion primärer und sekundärer Leibeshöhle: Mixocel (tertiäre Leibeshöhle) —> hierin sind Organe eingebettet
- Blutkreislauf offen: Vereinigung von Blut und Coelomflüssigkeit (Hämolymphe)
- zunehmende Entwicklung des Tracheensystems führt zu Reduzierung des Blutgefäßsystems
- Gefäße führen in Gewebespalten
56
Kreislauf bei Wirbellosen
| Insekten
- Mixocoel mit Organen, die von Hämolymphe umströmt werden (Hämocoel)
- hochentwickeltes Tracheensystem führt zur Reduzierung des Sauerstoffverteilung durch Blutgefäße
—> verbleibend id das langgestreckte Dorsalgefäß mit dem blind geschlossenen Herzen am Hinterende
- negativer Druck führt zur Füllung des Herzens über die Ostien, Lippenklappen verhindern Rückstrom
- Insektenherzen haben myogene Autonomie mit mehreren, unabhängigen Autonomiezentren
—> dominater Schrittmacher am Hinterende schickt Kontraktionswellen nach vorne
- Insektenherzen insensitiv gegnüber Tetradotoxin (Gift, dass Na-Kanäle blockiert u. Aktionspotentiale verhindert)
—> Na-Ströme von untergeordneter Bedeutung für Schrittmacherpotential
- Bauchmarkganglien innervieren die Isnektenherzen für Modulation
- Serotonin, Acetylcholin und Neuropeptide steuern Herzfreq.
- „Antennenherz“ in Kopf u. zusätzlich Pumpen für Beine u. Flügel
- Insekten sind die einzigen Evertebraten mit Blut-Hirn-Schranke
57
Blutkreislauf bei Wirbeltieren
- Herz, Blutgefäße, Gefäßmuskulatur u. Blut aus dem Mesoderm entstanden, bilden geschlossenen Blutkreislauf
- einfacher Kreislauf: währen eines Zyklus fließt das Blut einmal durchs Herz
- doppelter Blutkreislauf: während eines Zyklus fließt das Blut 2x durchs Herz
—> zweigeteiltes Herz aber nicht zweigeteilter Blutkreislauf
-Fluss: Lunge - linkes Atrium - linker Ventrikel - Körper - rechtes Atrium - rechter Ventrikel
- einfacher Herzkreislauf: Fische
- Herz erhält nur sauerstoffarmes Blut, dannach Transport zu den Kiemen und Beladung mit Sauerstoff
58
Übergang zum Landleben: Lungenatmung: Vögel uns Säuger
-sauertoffarmes Blut aus Körper und sauerstoffreiches Blut aus Lungen fließen ins Herz (Vermischung soll verhindert werden)
—> bei Amphibien: 2 getrennte Vorkammern, sauerstoffarmes Blut über „sinus venosus“ in rechten Vorhof, Lungenvene mit sauerstoffreichem Blut in linken Vorhof
—> Spongiosa u. Spiralfalte kanalisieren Wege im Ventrikel u. der Aorta
- 2 verschieden Blutqualitäten verlassen Herz
- doppelter Kreislauf: Amphibien, Reptilien, Vögel, Säuger
-2 Kammern und 2 Vorhöfe
- Vögel und Säuger: Lungenkreislauf („kleiner Kreislauf“) und Körperkreislauf („großer Kreislauf“)
- beide Kreisläufe gleich, nur spiegelverkehrt
- Herzkammern durch Scheidewand getrennt, somit kein Mischblut
59
Übergang zum Landleben
| Lungenatmung: Amphibien
- Amphibien: Lungen-Haut-Kreislauf
- 1 Kammer mit 2 Vorhöfen
- mit Mischblut, da keine Trennung der Ventrikelhälften durch Septum sauerstoffärmeres Blut wird in die Lungen - und/oder die Hauptkapillaren geleitet und mit Sauerstoff angereichert
- je nach Spezies und Lebensbedingungen kann Haut- oder Lungenatmung dominieren
60
Übergang zum Landleben
| Lungenatmung: Reptilien
- 1 Kammer mit 2 Vorhöfen
- sauerstoffarmes Blut über „sinus venosus“ in den rechten Vorhof
- Lungenvene mündet in linken Vorhof
- Aorta zum Kopf enthält sauerstoffreiches Blut
- Aorta zum Körper enthält sauerstoffärmeres Mischblut, da Ventrikelhälften unvollständig durch Septum getrennt, 3 verschiedene Blutqualitäten verlassen Herz
61
Herz der Wirbeltiere
- Hohlmuskel (Moyokard) bildet den wesentlichen Teil, bei Wirbeltieren stets mehrkammerig, liegt im Herzbeutel (Perikard)
- Gleiderung in Atrien (Vorkammern) und Ventrikel (Hauptkammern)
- Herzkalppen gewährleisten unidirektionalen Blutstrom, an Austrittstellen der großen Gefäße (Taschenklappen) und zwischen den kammern (Segelklappen)
- myogene Autonomie mit mind. 2 Schrittmachern
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Gefäße der Wirbeltiere
- Aorte: große Körperschlagader, leitet Blut aus linkem Ventrikel in Gefäße des Körperkreislaufes (Kopf, Herz, Körper)
- Lungenaterie führt aus rechtem Ventrikel heraus
- Koronararterien gehen von Aorta kurz nach Aortaklappa ab und soregn für ausreichende Blutversorgung des Herzmuskels
- obere u. untere Hohlvene in rechten Vorhof, Lungenvenen in linken Vorhof
63
Anatomie des Herzens
- Kontraktions- u. Auswurfsphase: Systole
- Entspannungs. u. Füllungsphase: Diastole
- 4 Herzklappen (Segel- u. Taschenklappen)
- 4 Phasen der Säugerherzen:
- Systole:
1. Anspannungsphase: isovolumetrische Kontraktion, Klappen geschlossen
2. Austreibungsphase: auxotonische Kontraktion, nur Taschenklappen öffnen
- Diastole:
3. Entspannungsphase: isovolumetrische Erschlaffung, Klappen geschlossen
4. Füllungsphase: auxotonische Erschlaffung, nur Segelklappen öffnen
- typisch für Wirbeltiere: rhythmische Kontraktion, die im Herzen selbst entsteht
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Anatomie des Herzens: Autonomiezentren
-Autonomiezentren nennt man Schrittmacher, entstehen aus modifizierten Muskelzellen („Myogen“)
- Erregung breitet sich über gap-junctions von Zelle zu Zelle im Myokard aus („myogene Autonomie“) - elektrische Kopplung („elektrisches Synzytum“)
- „sinus venosus“ u. rechter Vorhof sind verschmolzen
- primäres Erregungszentrum liegt an Einmündungsstelle der großen Hohlvenen
- nach Abschnüren des Sinusknotens übernimmt Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) die Erregungsbildung, jedoch mit niedrigerer Freq.
—> Hierarchie u. Freq.: Sinus-K. > AV-K. > His-Bündel
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Anatomie des Herzens: Erregungsausbreitung
- Sinus-K. - AV-K. - Arterien - His-Bündel/Purkinje Fasern - Ventrikel
- Arterien kontrahieren früher als Ventrikel (Überleitungszeit regulierbar durch Acetylcholin u. Noradrenalin)
- alle Übertragungswege sind rein myogen
- Form des Aktionspotentials verändert dich mit fortschreitender Erregung
- Sinusknoten hat nöchste Eigenfreq. (Dominaz)
—> Selbstständiger, langsamer Abbau des Membranruhepotentials durch hohe Na-Grundleitfähigkeit u. weniger K-Kanäle
—> MRP von Schrittmachern geringer als in gewöhnlichen Muskelzellen
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absolute und relative Refraktärphase
- absolute Refraktärzeit: während Plateuphase kann kein Aktionspotential ausgelöst werden (unabhängig von Reizstärke), da Na-Kanäle inaktiviert, geschlossen
- relative Refraktärzeit: durch fortschreitende Repolarisation mehrere Na-Kanäle wieder aktiviert, aber geschlossen, Aktionspotentiale möglich, aber nur durch hohe Reizstärke
—> Puls über 200 pro min nicht möglich
—> Herzmuskel nicht tetanisierbar (Dauerspannung unmöglich)
—> Refraktärphase von 300ms gewährleistet, dass Ventrikel nach Auswurfphase wieder vollständig gefüllt werden
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Aktionspotential einer Herzmuskelzelle
- Depolarisation durch Erregungsausbreitung bis zur kritischen Membranschwelle von -65 mV
- schnelle Depolarisation durch schnellen Na-Einstrom
- Plateau-Phase: verzögerte, langsame Öffnung der Ca-Kanäle (Kontraktion) % Verminderung der K-Leitfähigkeit
- Repolarisationsphase: Abnahme von Ca in den Zellen, zunehmende Öffnung der K-Kanäle u Ausstrom v. K, Einstellung des MRP v. ca. -75mV
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Elektrokardiogramm - EKG
- Registrierung der Summe der elektrischen Aktivitäten aller Herzmuskelfasern in Zeitverlauf
- nicht der Kontraktion
- elektrische Potentialänderungen am Herzen werden an der Körperoberfläche abgeleitet
- wiederkehrendes Bild der elektrischen Herzaktion
- Erkrankungen können erkannt werden
- P = beide Vorhöfe sind erregt
- QRS = beide Herzkammern sind erregt
- T = Erregung bildet sich zurück
- Schlagarbeit:
- Herzvolumen:
—> unter vegetativer Kontrolle durch Sympathicus und Parasympathicus
—> Ruhezustand Mensch ca. 4,5 bis 6 l/min
—> unter Belastung bis zu 30 l/min
-Herzleistung:
—> Volumen u. Frequenz können phys. reguliert werden
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neuronale Regulation des Herzschlages
- chronotrop: Erniedrigung der K-Leitfähigkeit
- Introp: Verstärker Ca-Einstrom (Plateau)
- Dromotrop: Erniedrigung der K-Leitfähigkeit
- von Sympathicus über „ganglion cervicale mediale“ per Adrenalin u. Noradrenalin
—> beta1 Adrenorezeptoren
—> kritisches Membranpotential wird schneller erreicht
—>Erniedrigung der K-Leitfähigkeit (zellinneres wird positiver - Depolarisation)
—> Herzfreq.: positiv chronotroph
—> Kontraktionskraft: pos. inotrop
—> Überleitungsgeschwindigkeit: pos. dromotrop
—> „fight or fligt“ Vorbereitung
- von „nervus vagus“ zum Parasympathicus über „rami cardini“ per Acetylcholin u. Atropin
—> kritisches Membranpotential wird später erreicht
—> Erhöhung der K-Leitfähigkeit (Zellinneres wird negativer - Hyperpolarisation)
—> Herzfreq.: neg. chronotroph
—> Kontraktionskraft: negativ inotrop (schwach)
—> Überleitungsgeschwindigkeit: neg. dromotrop
—> Ruhebedingungen
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Gefäßsystem
- Arterien: vom Herzen weg, dickwandige Muskelschicht, hohe Elastizität
—> Lungenarterie: sauerstoffarm, Körperarterie: sauerstoffreich
- Venen: zum Herzen hin, wenig bis kein Muskelgewebe, starke Dehnbarkeit
- Kapillaren: Haargefäße, Kontakt mit Gewebezellen
- Arteriolen: zw. Arterien und Kapillaren
- Venolen: zw. Kapillaren und Venen
- Gefäßwände der Vertebraten aus 3 Schichten:
—> „tunica externa“ od. „tunica adventilia“: fibrose Mantelschicht
—> „tunica media“: aus glatter Ring- u. Längsmuskulatur (vegetative Innervierung)
—> „tunica intima“: elastische Bindegewebsfasern u. Endothelzellen
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Endothelzellen
in viele physiologische Prozesse eingebunden:
- Reguliert als Barriere den Stoffaustausch zwischen Gewebe und Blut
- bei Entzündung aktivieren körpereigene/mikrobielle Substanzen das lokale Endothel
- Sprossung neuer Blutgefäße (Angiogenese)
- beeinflusst Fließfähigkeit des Blutes (z.B. durch Hemmung u. Aktivierung von Gerinnungsprozessen)
- Regulation des Blutdrucks durch Produktion von wichtigen Substanzen (z.B. Stickstoffmonoxid zur Regulation des Tonus der Gefäßmuskulatur)
- Mitwirkung bei der regionalen Regulation des Kreislaufes (z.B. des Blutdrucks)
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Hämodynmaik:
- beschreibt Blutfluss in Gefäßen in Abhängigkeit der physikalischen Kräfte - verschiedene Parameter sind entscheidend:
—> Geometrie u. Elastizität des Gefäßes
—> Herrschende Drücke (Blutdruck)
—> Herzzeitvolumen u. Blutvolumen
—> Blutzusammensetzung (Dichte, Viskosität, ..)
- Blut fließt laminar - mehr Flüssigkeit pro Zeiteinheit
- turbulente Strömung stethoskopisch hörbar u. hervorgerufen durch
—> Krankungen, extreme körperliche Anstrengung oder Blutdruckmessung
- Reynoldsche Zahl gibt Auskunft über Art der Strömung:
—> turbulente Strömung ab Überschreitung des kontextabhängigen Grenzwertes
- Strömungswiederstand R stark vom Radius abhängig (je enger, desto höher)
- Strömungsrate Q fällt mit zunehmendem Strömungswiderstand R
- Blutgefäße haben elastische Wände u. dehnen sich bei Anstieg des Drucks (Weitbarkeit oder Compliance) - Venen stärker dehnbar als Arterien
- Möglichkeit der myogenen Autoregulation (Durchblutung der myogenen Autoregulation (Durchblutung in gewissen Körperregionen nahezu unabhängig von arteiellen Blutdruck - Niere, Gehirn, ..)
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das arterielle System
Hochdrucksystem
- linke Herzkammer währen Systole, Aorta, Arterien u. Arteriolen (30 - 120 mmHg = Torr)
- Druckverteilung (Ventilfinktion) in den Arteriolen
- Druckabfall nach linkem Herz wird verhindert durch Druckreservoir in herznahen Arterien
—> Wiedergabe währen Diastole („Pulswell“)
—> Zirkulation kommt auch während der Diastole nicht zum Erliegen
—>“Windkesselfunktion“
- Maximum während Systole: 120 mmHg u. Minimum währen Diasole 80 mmHg
—> steigt mit Lebensalter u. bei Arterienverengung u. sinkt bei Winterschlaf
—> weitgehend unabhängig von Körpergröße (aber Höhenunterschied zwischen Herz und Gehirn wirkt sich stark auf Blutdruck aus)
- Kapillarsystem: Orte des Stoffaustausches
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das Venensystem
Niederdrucksystem
- zum Herzen hin (Lungenvenen: sauerstoffreich u. Körpervenen: sauerstoffarm)
- Dünnwandig, stark dehnbar, Volumenspeicher u. Kapazitätsgefäße
- Unterstützung des Rücktransports
- Venenklappen vom Endothel abgeleitet, besonders häufig in Beinen)
- „sinus valvulae“ stärker Dehnbar als Klappenansätze (Krampfadern)
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Kreislaufregualtion - allgemeines
- Ansprüche mancher Organe wechseln stark mit Grad der Aktivität
—> Muskulatur, Lunge, Haut, Darm
- andere Organe benötigen konstant hohe Versorgung
—> Gehirn, Niere
- komplexe, regulierende Maßnahmen
—> greifen in erster Linie am Herzen u. an den Gefäßen
—> betreffen Aufrechterhaltung des Blutdrucks, Einstellung der Stromstärke, Verteilung in die einzelnen Organbereiche, Einstellung des zirkulierenden Blutvolumens
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regionale Regulation der Organduchblutung
- reguliert durch Bayliss-Effekt (myogene Autoregulation) oder durch metabolische Regulation (Gefäße reagieren auf CO2, Protonen, ADP, AMP, ..)
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globale Regulation der Organdurchblutung
- regionale Mechanismen, di die Durchblutung der Organe erhöhen, würden mittelfristig zur Unterversorgung v. Gehirn u. Nieren führen
- neuronale Mechanismen wirken entgegen
- kurzfristig über Depressorreflex mit den Komponenten
—> Pressorzeptoren (Carotissinus u. Aortabogen)
—> Carnialnerven (IX, X) „nucleus tractus solitarii“
—> „medulla oblongata“
—> höhere Zentren (Hypothalamus u. Cortex)
—> sympathische Fasern u. Vagusnerv (X)
- langfristig über das zirkulierende Blutvolumen
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Störgröße - steigender arterieller Blutdruck
- regelkreis führt zu 2 Resultaten:
—>Hemmung des sympathischen Efferenzen (Herz u. Gefäße)
—> Aktivierung der parasympatischen Efferenzen (Vagusnerv zum Herz)
- 3 Effekte senken synergetisch des arteiellen Blutdruck:
—> im Beriech der Wiederstandsgröße (Arteriolen u. vorgeschaltete Arteien) wird vaskonstriktorische Sympathicuswirkung gesenkt
—> im Bereich der Kapazitätsgefäße (Venen) kommt es durch Dehnung zur Volumenspeicherung
—> am Herzen kommt über parasympathischen Einfluss (Vagusnerv) zur Abnahme des Herzzeitvolumens —> Senkung der Schlagfreq. u. der Kontraktionskraft
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der Lymphenkreislauf der Säugetiere
- kein geschlossener Kreislauf, beginnen blind im Gewebe, vereinigen sich zu immer größeren Gefäßen u. münden in großen Venen (z.B. vena cava)
- Lymphe aus Darm, Brusthöhle u. den Beinen sammeln sich im „ductus thoracicus“, welcher in Venen mündet
- Lymphe ist ähnlich zusammengesetzt wie interstielle Flüssigkeit (mit Leukozyten aber keine Erythrozyten)
- Lyphenstrom ist träge, gerichtet (Lymphgefäßklappen) u. wird durch Kontraktion der glatten Lymphgefäßmuskulatur vorangetrieben
- Funktion: Rückführung der überschüssigen Gewebeflüssigkeiten in Blutkreislauf
- lymphatisches System ist Teil des Immunsystems der Wirbeltiere
- Lymphknoten haben Filterfunktion u. nehmen an Immunabwehr teil
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Blut u. Immunsystem
- Blut ist flüssiges Organ u. transportiert Zellen, gelöste Stoffe
—> Transport-, Homöostase- u. Abwehrfunktion, Blutstillung u. Temperaturregulation
- Hoöostase: Konzentration gelöster Stoffe, pH-Wert u. Temperatur werden weitgehend konst. gehalten
- Immunsystem: biologisches Abwehrsystem höherer Lebewesen aus mehreren Organen
—> verhindert Gewbeschädigungen durch Krankheitserreger
-Transport u. Kommunikation
—> Atemgase (O2, CO2 - gelöst im Plasma oder Erythrozyten)
—> Nährstoffe (Eiweiße, Lipidem KH, Vit)
—> Wasser, Mineralien, Spurenelemente, Metabolite (Laktat, AS)
—> Exkretstoffe (Harnstof, Kreatinin, Bilirubin, ..)
—> Hormontransport von Sekretions- zum Wirkort (Adrenalin, Cotrisol)
- Erhaltung der Homöostase
—> Kontrolle der Blutzusammensetzung
- Hamostase
—> Blutstillung/Blutreinigung zum Schutz vor Blutverlust
- Abwehrfunktion u. Immunantwort
—> gegen Körperfremdes (Parasiten, Bakterien, Pilze, Viren, Gifte, Fremdkörper)
—>gegen verändertes Körpereigenes (nekrotische Gewebe, Tumorzellen)
- Immunregulation: Wechselwirkung zw. ZNS, PNS, Hormonsystem u. Immunsystem
- Zusammensetzung des Blutes (Mensch 4-6l - Normovolämie)
—> 55% Plasma aus Fibrinogen u. Serum mit Elektrolyten, Proteinen u. Wasser
—>45% zwlluläre Bestandteile mit Erythrozyten, Thrombozyten u. Leukozyten
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lymphische Organe u. Blutbildung
- nach Gburt werden alle Blutzelle ursprünglich im Knochenmark erzeugt
- prim. lymphishe Organe - Differenzierung der Lymphozyten
—> Thymus, Knochenmark
- sek. lymphische Organe - Aktivierung der Leukozyten
—> Lymphknoten, Milz
- Blutzellen der myeloischen Linie werden nur im Knochenmark differneziert
- Hämatopoese - Bildung der Blutzellen
—> Entwicklung aus gemeinsamen Stammzellen des Knochenmarks, spezifische Wachstumsfaktoren u. Hormone regeln Hämatopoese
—> Lebensspanne der Blutzellen wariiert sehr stark
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Hämostase
Blutstillung u. Blutgerinnung
- alle Maßnahmen u. Prozesse, die eine Blutung stoppen
- Körpereigene Mechanismen werden als Hämostase bezeichnet
- prim. Hämostase - zelluläre H.
—> Verengen eines verletzten Gefäßes u. verkleben der Thrombozyten
- sek. Hämostase - plasmatische H.
—>Blutgerinnung
- Fibrinolyse - Fibrinspaltung
—>körpereigene Aufläsung eines Blutgerinsels (Thrombus) durch Enzym Plasmin, welches Fibrinpolymere spaltet, die Thrombus zusammen halten
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Entwicklung und Differenzierung der Thrombozyten
- ruhender Thromozyt: linsenförmig, glatt, kernlos
- stimulierender Thrombozyt: Pseudopodien, Stimulation durch Gerinnungsfaktoren u. verletzte Gefäße oder Epithelien
- Bildung eines prim. Thrombus - Thrombozytenpfropf
—> Adhäsion - Freisetzung - Verformung - Aggregation
—> beteiligte Faktoren: vWEF, GB-lb, Thromboxane, Thrombin, Fibrinogon
-Bildung des sekundären Thrombus - vernetztes Fibrinaggregat
—> beteiligte Faktoren: Fibrionogen, Thrombin, Ca, Gerinnungsenzym, ..
- Gendeffekte bei Faktor VIII (Hämophilie A) u. Faktor IX (Hämophilie B)
—> hauptsächlich bei Männern, schwächt u. verlangsamt Blutgerinnung
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Blutgruppen des Menschen
- Mischung ungleicher Blutsorten führt meist zur Agglunination
—> Ursache: Antigen-Antikörper-REaktion, Zellmembran der Erythrozyten besitzt spezifische Glykolipide mit Antigeneigenschaft (Hämagglutiongene) u. Seren enthalten spez. Antikörper
- AB0:
- 2 der 3 Allele A, B u. 0 finden sich im diploiden menschlichen Chromosomensatz
—> Serum der Neugeborenen enthalten noch keine Antikörper
—>im ersten Lebensjahr werden Antikörper gegen Antigene gebildet, die die eigenen Erythrozyten nicht besitzen (vermutlich durch Darmbakterien asugelöst)
-Rhesus-D:
—> besitzt eine Person Rhesusfaktor-D-antigen - Rhesus pos. 85%
—> besitzt eine Person das Rhesusfaktor-D-antigen nicht - Rhesus neg. 15%
—> Glycoprotein auf Erytrozytenmembran - wichtigste Vertreter: c, C, D, e, E
Rhesus Unverträglichkeit:
—> Mutter: Rh.neg. u. Kind: Rh.pos.
—> sensibilisierung u. Bildung v. Anti-Rh.-D-Antikörpern in der Mutter während Geburt u. Anti-Rh.-D-Antikörper passieren Plazenta
—> Behandlung mit Anti-Rh.D bist 72h nach Geburt (passive Impfung)
—> vernichtet vorhandene Rh.-D-Antigene u. verhinder mütterliche Immunantwort
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Immunsystem - allg.
Lebewesen bestehen aus mehreren Organen:
- verhindert Gewebeschäden durch eingedrungene oder körpereigene Krankheitserreger
- Eintrittspfropfen: Haut, Nahrung, Harnröhre, Vagina
- Krankheitserreger: Parasiten, Bakterien, Viren, Prionen, Gifte
allg. Abwehrmechanismen:
- Maßnahmen mit denen der Körper versucht, das Eindringen zu erschweren
—> Schleim u. Flimmerepithel der Atemwege, Salzsäurereaktion im Magen, ...
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Immunsystem - angeboren
angeborene „innate“ Immunität: Mechanismen, die sofort zur Verfügung stehen
- Erkennung körperfremd vs. körpereigen (Abwehr eingedrungener Erreger)
—> Humoral: Komplement-System, Zytokinine, Interferone
- Zerllular: Granulozyten, Makrophagen, Monozyten
—> all diese Zellen werden im Knochenmark geboren u. reifen dort
- Granulozyten: wichtigsten Zellen der innaten Immunantwort, sind in der Lage Krankheitserreger in sich aufzunehemn u. zu zerstören („Phagozyten“), Unterteilung nach Farbverhalten des Protoplasmas:
—> Neutrophilie: Identifizierung u. Zerstörung von Mikroorganismen
—> Eosionophilie: Färbbar durch Erosin, Rolle bei Allergien u. Parasitenabwehr, Granula mit Toxinen, Befähigung zur Phagozytose
—> Basophilie: Setzen bei Infektionen u. Allergenkontakt Immunmediatoren (Histamin, Serotonin u. plattenähnliche Faktoren) frei, keine Phagozytosefunktion
—> Monozyten: im Blut zirkulierende Makrophagen, aktiviert durch Infektionen durch Zytokininen betreiben Phagozytose
—> Mastzellen: ähnlich wie basophile Granulozyten
—> dendritische Zellen: phagozytieren Fremdantigene u. wandern in die Lymphknoten, um dort die Antigene den T-Zellen zu präsentieren
—> angeborene u. erworbene Immunität überlappen
-
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spezifische Immunantwort (adaptiv)
Mechanismen, die durch spezifische Antigene vonKrankheitserregern erst aktiviert werden
- Humoral: Antikörper, B-Zellen
- Zellulär: T-Zellen, B-Zellen
- Antigen: Stoffe u. Strukturen, die fähig sind eine Immunantwort auszulösen
—> Immunogen (abhängig von Größe und Oberfläche)
—> Epiotrop: Molekülbereich, der als fremd erkannt wird (AS-ABfolgen Lipid, ...)
—> im wesentlichen aus T- und B- Zellen bestehend, die durch Strukturen der Krankheitserreger (Antigene) aktiviert werden
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T-Lymphozyten „Thymus“
- besitzen wie sezernierte Antikörper u. B-Zellrezeptoren einen konstanten u. einen variablen Teil (letzterer aus somatischer VDJ-Rekombination)
- T-Zellen werden nach Oberflächenantigenexpression gruppiert u. entwickeln dich zu T-Killer oder T-HelferZellen
—> T-Helferzellen sind CD4-pos. u. helfen ander Immunzellen zu aktivieren
—> T-Killerzellen tragen CD8 u. eliminieren erregerinfizierte Zellen
- Milionenfache T-Rezeptovielfalt durch somatische Rekombination
—> eine T-Zelle trägt genau einen Rezeptortyp
- T-Zellen detektieren das alteres „shelf“
—> Erregerantigene, die von anderen Zellen (Monozyten/Makrophagen, B-Zellen, dendritische Zellen) präsentiert u. an MHC gebunden sind werden erkannt (T-Zellaktivierung)
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B-Lymphozyten - „bone marrow“
- besitzen wie sezernierte #Antikörper u. B-Zellrezeptoren einen konst. u. einen variablen Teil (lezterer aus somatischer VDJ-Rekombination)
- B-Zellen differnezieren zu Plasmazellen u. Gedächtnis-B-Zellen
- erkennen Antigen mit membrangebundenem Rezeptor (IgM u. IgD)
—> sezenierte IgM Antikörper vermitteln Erstantwort
—> IgG sind die wichtigsten Antikörper der Sekundärantwort
—> Igalpha u. Igbeta sin notwendig für intrazellulläre Signaltransduktion
- nach Aktivierung der B-Zellen: klonale Expansion u. Differenzierung zu Plasmazellen
—> T-Helferzellen unterstützen de B-Zellaktivierung
- Plasmazellen sezernieren IgG, die die gleichen antigenbindenden Regionen tragen wie B-Zellreseptoren (Klassenwechsel)
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Immunologsiches Gedächtnis
- parallel zur Entwicklung der Effektor T- und B- Zellen entstehen langlebige Gedächtniszellen für das entsprechende Antigen
- beim späteren Kontakt mit Antigen werden diese Zellen aktiviert
- Immunantwort (Sekundärantwort) setzt schnelle u. stärker ein
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genetische Grundlage der Antikörpervielfalt
- Mensch besitzt potentiell 100 Mio versch. Antikörper, aber nur 25000 Gene
- 3 Loci verschiedene Chromosomen kodieren für viele V, D, J, u. C-Segmente
- Segmente werden frei rekombiniert, um die variablen Regionen zu translatieren
- somatische Hypermutation erhöht die Antikörpervielfalt u. Affinität noch weiter
