BASICS Physiologie

Desiree-Yasmin Hamsch

BASICS Physiologie Fachliche Unterstützung: Dr. Rüdiger Popp

ELSEVIER URili\N & FISCHER

URBAN & FISCHER München

Zuschriften und Kritik an: Elsevier GmbH, Urban & Fischer Verlag, Lektorat M edizinstudium, Karlstraße 45, 80333 München, E-Mail: medizinstudium a elsevier.de

Wichtiger Hinweis für den Benutzer Oie Erkenntnisse in der Medi zin unterliegen laufendem Wandel durch Forschung und klinische Erfahrungen. Die Autoren dieses Werkes haben große Sorgfalt darauf verwendet, dass die in diesem Werk gemachten therapeutischen Angaben (insbesondere hinsichtlich Indikation, Dosierung hund unerwünschter Wi rkung) dem derzeitigen Wissensstand entsprechen. Das embindet den Nutzer dieses Werkes aber nicht von der Ve rpflic tung, anhand der Beipackzenel zu verschreibender Präparate zu überprüfen, ob die dort gemachten Angaben von denen in diesem Buch abwei chen, und seine Verordnung in eigener Verantwortung zu treffer1.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Da en sind im Internet unter http:/ / dnb.d-nb.de abrufbar.

Alle Rechte vorbehalten I . Auflage 2009 © Elsevier GmbH, München Der Urban & Fischer Verlag ist ein lmprint der Elsevier GmbH . 09

10

II

12

13

5 4 3 2

Für Copyright in Bezug auf das verwendete Bildmaterial siehe Abbildungsnachweis. der Der Verlag hat sich bemüht, sämtlich e Rechteinhaber von Abbildungen zu ermi tteln. Sollte dem Verlag gegenüber dennoch der Nachweis Rechtsinhaberschaft geführt werd en, wird das branchenübliche Honorar gezahlt. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgen setzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfa ltigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmunge und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Programmleitung: Dr. Dorothea Hennessen Planung: Christina Nussbaum Lektorat: Amelie Gutsmiedl, Karolin D ospil Redaktion: DipL-BioL l sabella de Ia Rosee Herstellung: Elisabeth Märtz, And rea M agwitz Zeichn ungen: Stefan Dang! Satz: Kösel , Krugzell Druck und Bindung: MKT-Prin t, Ljubljana Covergestaltung: Spieszdesign, Büro für Gestaltung, N eu-Ulm Bildquelle: © Digita!Vision/Get tylmages Gedruckt auf I 00 g Eurobulk

ISBN 13: 978-3-437-42376 -5

Aktuelle Informationen finden Sie im I nternet unter www.elsevier.de und www.elsevier.com

Vorwort

IV I V

Bevor ich die erste Zeile dieses Buches zu tippen begann, nach dem Physikum, also in der Klinikzeit Plötzlich verstand stellte ich mir selbst eine Frage: Wenn ich mir in meiner ich im Zusammenhang mit Erkrankungen die physiologischen eigenen Vorklinikzeit ein Physiologiebuch hätte wünschen Vorgänge besser und sah auch den Sinn darin, Physiologie in dürfen, wie hätte dieses ausgesehen? Kurz gehalten, aber der Vorklinik lernen zu müssen. Vieles kam mir plötzlich so dennoch detailliert, für mündliche und schriftliche Prüfungen einfach vor und ich fragte mich, warum man in der Vorklinik geeignet und mit vielen Abbildungen versehen zum besseren genau diese Leichtigkeit nicht rübergebracht hatte. Jetzt, wo Verständnis- das waren die Ansprüche an mein "Wunschmein Studium abgeschlossen ist, habe ich die Erkenntnis, buch". dass ein Buch der Vorklinik auf jeden Fall bis zum Schluss imJetzt, wo ich die letzte Zeile getippt habe, kann ich ganz ehrmer zur Hand sein sollte: ein Physiologiebuch, in dem man lich und ohne Anflug von Eigenlob antworten: Genau diese schnell nachschlagen kann, wenn man die Zusammenhänge Punkte erfüllt das vorliegende Buch! einer Erkrankung nicht mehr ganz parat hat. Viel zu reden und dabei wenig zu sagen gehört zu den häuMein persönlicher Dank gilt meiner Lektorin Christina Nussfigsten Lastern der heutigen Zeit baum vom Elsevier Urban & Fischer Verlag. Bei unserer ZuIn diesem Buch habe ich mir den Grundsatz "Wenig schreisammenarbeit habe ich mich stets kompetent betreut gefühlt. ben, aber viel Inhalt einbringen" zum obersten Gebot geIch danke Dir für das warme, freundschaftliche Verhältnis, macht Sowohl während meines eigenen Medizinstudiums das sich zwischen uns aufgebaut hat. Weiterhin danke ich als auch während meiner langjährigen Lehrtätigkeit ist mir Dr. Rüdiger Popp aus dem physiologischen Institut der Uniaufgefallen, dass Studenten bei Physiologie-Prüfungen durch- versität Frankfurt am Main. Trotz seines aufreibenden Jobs in fallen, nicht weil sie zu wenig, sondern weil sie zu viel, aber der Wissenschaft und in der Lehre hat er sich die Zeit genomohne Verständnis der Gesamtzusammenhänge lernen. Als men, um meine Texte inhaltlich mit den aktuellsten wissenStudent weiß man bei der Fülle an Informationen oft gar schaftlichen Erkenntnissen zu vergleichen. In der letzten nicht mehr, was wichtig ist und wie man sich prüfungsorienPhase meines Buches standen mir Karolin Dospil und Amelie tiert vorbereitet Das BASIC$ Physiologie soll seinem Namen Gutsmiedl vom Elsevier Urban & Fischer Verlag und vor allem alle Ehre machen: Es bietet das Handwerkszeug für eine opti- Isabellade Ia Rosee beratend zur Seite. Alle haben sich mächmale Prüfungsvorbereitung, ohne inhaltlich nur bei der Basis tig ins Zeug gelegt, um dem Buch den letzten Schliff zu zu bleiben. Denn Details gehören zum Verstehen der Inhalte geben. zwangsläufig mit dazu. Ich danke meiner Mutter, die in mir schon früh den Traum Meinen Schreibstil habe ich versucht, nicht wissenschaftlich geweckt hat, Ärztin zu werden, und mich immer dabei unterhochgestochen zu gestalten, vielmehr wollte ich genauso ver- stützt hat, diesen Traum auch wahr werden zu lassen. ständlich schreiben, wie ich in meinen Physiologie-Kursen Mein letzter Dank gilt meinem Ehemann Magnus. Durch Dich Sachverhalte erklären würde. Denn das ist auch die Sprache, ist ein Stein ins Rollen gekommen, der mit diesem Buch mit der ihr in mündlichen Prüfungen wissenschaftliche Zueinen schönen Punkt erreicht hat. Ich danke Dir dafür, dass sammenhänge erklären müsst. Du mich immer motiviert hast, die Freude an der Physiologie Ich hoffe sehr, dass ich mit diesem Buch einen Beitrag zu weiterzugeben. eurem Studium leisten kann und ihr nach dem Lesen der Kapitel die Physiologie verstanden und nicht nur gelernt habt Hanau, im Frühling 2009 Persönlich begann meine Freude am Fach Physiologie erst Desiree-Yasmin Hamsch, geb. Siedenkapp

Inhalt A Allgemein er Teil ..... . . . . .. ...... . .... .

1- 13

Grundlagen . .... . .. .. ......... . . . .. . . .... . I Stoffmenge und Konzentration .......... .. .....•

2 2

Zellphysiologie ........ ........ . ...... . . .. .

3- 5

I Zellorganisation ... .. ...... ... . . . ..... . I Stofftransport .. . .. .. . .... ... . . . ... . ........ .

3

4

Funktionsprinzipien des Nervensystems ..

6- 13

I Elektrische Phänomene an Zellen ..... ... ... . .. . . I Signalübertragung zwischen Zellen . . . ....... . .. . . I Transminerfreisetzung an der motorischen Endplatte . . I Das vege tative Nervensystem

6 8 10 12

I Niere - Grundlagen ............ . ..... . . . . ... . I Niere - Stofftransport und Harnkonzentrierung . . ... .

Der Säure-Basen-Haushalt

60 62 64 - 6s

I Der Säure-Basen-Haushalt

64

Der Verdauungstrakt

66 - 7 1

I Motorik des Magen -Darm·Trakts ... . ..... .. . ... . • I Sekretion im Magen·Da rm ·Trakt .. . . . . . .. . . . . ... . I Resorption im Magen-Darm-Trakt ....... . •.. .. .. .

66 68 70

Hormonale Regulation ... ... ......... .. . . .

72 - 7s

I Hormone - Grund lagen I Hormonwirkungen . . ..... . .... . . . . . .. ...... . .

72

Sexualentwicklung, Reproduktion, Altern

74 76 - 77

B Spezieller Teil ... . . .. ............ ... .. .

14 - 11 1

I SexualentwickJung, Reproduklion und Altern ...... .

76

Das Blut . . .. ... . .. ......... . .. . .... . .. .. . .

16- 19

Somataviszerale Sensibilität .. . .. .. . ..... .

78 - 8]

I Das Blut - Grundlagen ...... .... . . ... . . I Blutgerinnung und Fibrinolyse . ....... ... . . . . . . .

16 18

I Tast· und Temperatursinn ..... . ........ . .. . .. . . I Schmerz und sensorische Informationsverarbeitung . . .

80

Das Immunsystem .... ........ . ...... . .. . .

20 - 23

I Das Immunsystem I ........... . ... . . . . ...... . I Das Immunsystem II . . . . ............ . . . . .. .. . .

20

Herz ... . ....... ............ .. . ....... .

24 - 33

Die Mechanik des Herzens . .. . . . . . ... . .. . .. .. . . Erregung am Herzen ............ ... . ...... •... Das EKG . ... .... . ............ . ... .. ... .. . . . Das pathologische EKG . . ....... . ...... . . . . . . . . Herztöne und Herzgeräusche .. .. . .. ........... .

24 28 30 32

Das Kreislaufsystem ... . .. .. . ... . .. ..... . .

34 - 37

I Grundlagen des Kreislaufsystems . .. .. .. • . .. •... .. I Regulation des Krei slaufsystems .......... . ... . . .

Muskelphysiologie ..... . ....... .... ... ... .

~ Das I I I I I

22

26

82

Das visuelle System .. . .. .. .. . ...... . .... .

84 - 93

I Das Sehsystem - Grundlagen ....... . . .. . .. . ... . . I Abbildungsfeh ler und Therapie ... .. . . . . . .. . .... . I Signalverarbeitung in der Retina .. . ..... . ....... . I Farbensehen und räumliche Wahrnehmung ..... . . .

84 86

I Zentrale Verarbeitung visueller Signale ...... . .... .

Das auditarische System ...... . . . . . ..... .

94 - 99

I Auditorisches System - Grundlagen ....... . .... .. . I Auditori sches System - Schallverarbeitung ...... . . . I Hörprüfungen und Pathologie .. ..... . .... . . .... .

94

34 36

98

38- 43

Stimmbildung und Sprachverständnis . .. .

100 - 10]

I Stimmbildung und Sprachverständnis . .. ... . ..... .

IOo

Das vestibuläre System . . . . ....... .. . .. .. .

102 - 1os

I Vestibularorgan - Grundlagen und Signalverarbeitung I Vestibuläre Prüfungen und Pathologie ............ .

102 104

lntegrative Leistungen des ZNS ...... . ... .

106 - 11]

I Organisation der Großhirnri nde (Kortex) . . ....•.... I Das Elektroenzepha logramm ........ . .. . .. .. ... . I lntegrative Leistungen des ZNS .......... . .. . . .. .

106 108

C Fallbeispiele ... . . .. . ..... . ........ . . . . .

11 4 - 12 ]

I Fall I: Kardiologie ...... .. ......•..... .... .. .. I Fall 2: Au genheil kunde .... . ...... .. . . . ... . . .. . I Fall 3: Endokrinologie . . . ............ .... . .... . I Fall 4: Pulmologie . .. . .........•.. ......... . . .

11 4

38 40 42

Motorik .... .. . . ............ ... .... .... . .. .

44 - 47

I Motorik- ZNS ..... . ... .... . ......... . ..... . I Motorik - Rückenmark und periph eres Nervensystem

44 46

Atmung .. ... . . ....... . . . .... . .. .. ... . ... . .

48 - 53

I Atmung - Grundlagen ............ .. .. .. .. .. . . . I Atmung - Gastransport im Blut .. ...... . . . . . . .. . . I Atmungsregulation und Pathophysiologie ..... . . . . .

48

so 52

I Arbei ts· und Leistungsphysiologie. .... ... .. .. . . .

54 - 55 54

Energie- und Wärmehaushalt ....... .. ... .

56 - 57

1 Energie· und Wärmehaushalt ........... ... . . · . ·

56

Niere . .. ... .......... . . .... ... ..... . . .. . . . .

58 - 63 58

1 Wasser- und Elektrolythaushalt .. . ... . ... . ... . . · ·

82 - 83

I Chemische Sinne - Gesch mack und Geruch ....... .

88 90 92

I Ablauf einer Kontraktion - Skelettm uskulatur und Herzmuskulatur ..... . .. ..... . ........ .. . . I Ablauf einer Kontraktion - glatte Muskulatur ..... . . 1 Muskelmechan ik ...... ..... . .......... . .. .. .

Leistungsphysiologie .. ... ... . . . . . . .... .

Chemische Sinne ...

78

9(5

ll O

11 6 11 8

120

DAnhang .. .. ............ .. . .. .... .. . ... .

122 - 12

E Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127 - 134

Abkürzungsverzeichnis Abb. ACE ACh ACTH ADH ADP AEP AK ANP AMP AMPA ANP AP ARAS AS ASIC AT II ATP avD0 2 AV-Knoten

Abbildung angiotensin converting enzyme Acetylcholin adrenokortikotropes Hormon antidiuretisches Hormon Adenosindiphosphat akustisch evoziertes Potential Antikörper atrionatriuretisches Peptid Adenosinmonophosphat u-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolPropionsäure atriales natriuretisches Peptid Aktionspotential aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem Aminosäure(n) acid soda ion channel Angiotensin II Adenosintriphosphat arterio-venöse Sauerstoffdifferenz Atrioventrikularknoten

BE BGA BSG BZ bzw.

base excess (Basenüberschuss) BI utgasanalyse Blut(körperchen)senkungsgeschwindigkeit Blutzucker beziehungsweise

c c

CREB CRH

Kohlenstoff Clearance (Klärrate) Grad Celcius zirka Carboanhydrase Kalzium cyclo-AMP Cholezystokinin duster of differentiation Corpus geniculatum laterale zyklisches Guanosinmonophosphat calcitonin gene related peptide Chiarid Class-2-assoziiertes-invariante-Kette-Peptid Zentimeter Curium (ehern. Element) Centimeter Wassersäule cyclic nucleotid gated (channels) Kohlenmonoxid Kohlendioxid chronic obstructive pulmonary disease (chronisch obstruktive Lungenerkrankung) Cyclooxygenase cAMP response-binding protein corticotropin releasing hormone

d Da

dies (Tag) Dalton

oc ca. CA Ca 2+ cAMP CCK CD CGL cGMP CGRP CI-

CLIP cm Cm cmH 20 CNG CO

coz COPD

cox

VI l VII DAG dß d.h. DHP DMTl DNA dpt D-Sensoren

Diacylglycerin Dezibel das heißt Dihydropyridin divalent meta! ion transport I Desoxyribonukleinsäure Dioptrien Differentialsensoren

ECL EEG EGF EKG EMG ENaC

enterochromaffin-like Elektroenzephalogramm epidermal growth factor Elektroenzephalogramm Elektromyogramm epithelial natrium channel (epithelialer Natriumkanal) evoziertes Potential exzitatorisches postsynaptisches Potential endoplasmatisches Retikulum et cetera eventuell Extrazellularraum

EP EPSP ER etc. evtl. EZR

FSH

fraktioneHe Ausscheidung forced expiratory volume in I second (Einsekundenkapazität) Filtrationsfraktion Femtoliter = 1 Billiardstel Liter follikelstimulierendes Hormon

GABA GDP GFR GH GHRH GIP GMP GnRH GRP GTP GLUT

Gamma-Amino-Buttersäure Guanosindiphosphat glomeruläre Filtrationsrate growth hormone (Wachstumshormon) growth hormone releasing hormone Gastric inhibitory polypeptide Guanosinmonophosphat gonadotropin releasing hormone gastrin releasing peptide Guanosintriphosphat Glukosetransport

H+

Wasserstoff Hämoglobin adultes Hämoglobin fetales Hämoglobin humanes Choriongonadotropin hyperpolarisation-activated cyclic nucleotidegated channel Kohlensäure Bikarbonat Quecksilber Hämatokrit human leukocyte antigen humanes menopausales Gonadotropin Halbwertszeit

FA FEVI FF fl

Hb HbA HbF HCG HCN H2C03 HC03 Hg Hkt HLA HMG HWZ

Abkürzungsverzeichnis Hz HZV

Hertz Herzzeitvolumen

IFN Jg . IGF IL

!ZR

Interferon Immunglobulin insulin growth factor In terleukin intramuskulär International Normalized Ratio Inositoltriphosphat inhibitorisches postsynaptisches Potential intravenös Intrazellularraum

JAK

Januskinase

K+ Kap. kDa kg KG KL kPa

Kalium Kapitel Kilodalton Kilogramm Körpergewicht Knochenleitung Kilopascal

LH Lj. LL

Liter luteinisierendes Hormon Lebensjahr Luftleitung

i.m .

INR IP 3 IPSP i.v.

mmHg mmol mosmol mRNA ms MS MSH mV

Musculus Morbus Meter mittlerer arterieller Blutdruck mittleres korpuskuläres Hämoglobi n mittlere korpuskuläre Hämoglobin· konzentration mittleres korpuskuläres Volumen Magnesium major histocompatibility com plex Minute Millionen Mikrometer Milliliter Myosin·leichte·Ketten·Kinase Myosin-leichte-Ketten-Phosphatase Millimeter Millimeter Quecksilbersäule Millimol Milliosmol messenger-RNA Milliseku nde mul tiple Sklerose melanozytenstimulierendes Hormon Millivolt

N N.

Newton Nervus

M. M. m

MAD

MCH MCHC MCV Mgz+ MHC Min. Mio. llm ml MLKK MLKP mm

Na + NA Na Cl NAD NAGA NANC Ne!. neg. NK-Zellen NNM NNR Nm nm NMDA NO

Nauium Noradrenal in Koch salz [Natriumchlorid ) Ni kotina midadenind in ukleotid N-Aceryi-Galakrosamin nicht adrenerg, nicht cholinerg Nucleus negativ natürliche Killerzellen Nebennierenmark Nebennierenrinde Newtonmeter Nanometer N-Methyi-0 -Aspanat Stickstoffmonoxid

02 OR Osm

Sauerstoff olfaktorischer Rezeptor Osmol

Pa Pascal PAH Paraminohippursäure pC0 2 Partialdruck von C02 PDE Phosphodiesterase PO-Rezeptoren Proportional-Differential-Rezeptoren PD-Sensoren Proportional-Differential- ensore n pg Pikogramm pH Potentia hydrogenii PI P2 Phosphoinositoldiphosphat p0 2 Sauersroffpanialdruck POMC Proopiomelanocorlin PP pankreatisches Polypeptid prox. proximal P-Se nsoren Proportionalsensoren PTH Parathormon partielle Thromboplaslinzeit PTT Pulswellengeschwindigkeit PWG RA RAAS RANK RANKL RBF RNA RPF RO RR

s. s SA sek. ek . ER A

rapidly adapting Renin-Angiotensin-Aidosteron-System receptor activator of nuclear factor KB receptor activator of nuclear factor KB Iigand renaler Blutfluss Ribonuklein äur renaler Plasmafluss respiratorisc her uotient Blutdruck [Riva-Rocci ) siehe second slowly adaptlng sekundär ekund arko ndoplasmatls h s-R tlkulum· Kalzium-ATPas

Abkü rzu ngsve rzeich nis

SGLT SHBG SN ARE

STH SVES

Soda-G Iu kose-Transport sexualhormonbindendes Globulin soluble N-ethylmaleimide-sensitive-factor attachment receptor siehe oben so genannt sound pressure Ievel siehe unten somatasensibel evoziertes Potential signal transducers and activators of transcription somatotropes Hormon supraventrikuläre Extrasystole

T3 T4 Tab. Tap

Triiod thyronin Thyroxin Tabelle transporter associated with antigen processing

s. 0. sog. SPL s. u. SSEP STAT

VIII I IX

TNF tPA TPR TRH TRP TSH

Tumornekrosefaktor Type plasminogen activator totaler peripherer Widerstand thyreotropin releasing hormone transient receptor potential Thyreoidea stimulierendes Hormon

u. a. usw.

unter anderem und so weiter

V2 v.a. VEP VIP

Vasopressin-2 vor allem visuell evoziertes Potential vasoaktives intestinales Polypeptid

z.B. ZNS ZVD

zum Beispiel Zentralnervensystem zentraler Venendruck

Grundlagen

Funktionsprinzipien des Nervensystems

2

6 8 10

Stoffmenge und Konzentration

Zellphysiologie

12 3 4

Zellorganisation Stofftransport

Elektrische Phänomene an Zellen Signalübertragung zwischen Zellen Transmitterfreisetzung an der motorischen Endplatte Das vegetative Nervensystem

-=

Grundlagen

Stoffmenge und Konzentration Stoffmenge Die Stoffmenge einer Substanz hat die Einheit Mol. Sie gibt eine Anzahl von Teilchen an. Ein Mol entspricht dabei genau so vielen Teilchen, wie in 12 g des Nuklids 12 C enthalten sind, d. h. 6,022 x I 023 Teilchen (Avogadro-

Zahl). Konzentration Mit der Konzentration eines in Wasser gelösten Stoffes w ird seine Stoffmenge mit dem Wasservolumen in ein Verhältnis gesetzt. Beide Variablen spielen daher bei der Angabe der Konzentration eine w ichtige Rolle. Steigt z. B. die Konzentration einer Na+-Lösung, so kann das daran liegen, dass man mehr Na ~ zugese tzt hat oder Wasser durch Verdunstung verloren gegangen ist. Man hat drei verschiedene Möglichkei ten, um die Konzentration anzugeben:

t Mit der Massenkonzentration kann man die Masse eines Stoffes pro Volumeneinheit angeben. t Die Stoffmengenkonzentration (molare Konzentration) beschreibt die Stoff· menge pro Volumen einer Lösung. t Die molale Konzentration gibt die Stoffmenge pro Masse eines Lösungsmittels an. Diese Angabe ist unabhängig von Temperaturschwankungen und daraus resultierenden Volumenschwankungen. Durch die Molarität wird die Stoffmenge pro Volumen Lösungsmittel angegeben. Die Einheit ist mol/L Oie Molalität hingegen gibt die Stoffmenge pro Masse eines Lösungsmittels an. Die Einheit ist mol/kg.

Osmose

sam sind Ionen oder polare, ungeladene Moleküle wie Glukose. Große Proteine wie etwa Albumin ziehen ebenfa lls Was· ser an. Werden zwei Kompartim ente mit unterschiedlichen Teilchenkonzentrationen durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt, so wird Wasser so lange in die Seite mit der höheren Teilchenkonzentration diffundieren, bis auf beiden Seiten der gleiche osmotische Druck herrscht (I Abb. I ). Das Kompartiment mit der höheren Teilchenkonzentra tion übt hierbei einen sog. osmotischen Druck aus. Dieser hängt nur von der Teilchenanzahl in der Lösung ab, nicht von ihrer Ladung oder anderen chemischen Eigenschaften. Der durch makromolekulare Proteine (z . B. Albumin ) verursachte osmotische Druck wird onkotischer Druck oder kolloidosmotischer Druck genannt. Ein Kolloid ist eine Flüssigkeit, in der Tei lchen gelöst sind. Möchte man die osmotisch wirksame Stoffmengenkonzentration der gelösten

... .. ·.• ... ....... .. ......·. .•..•. ...... .. ........ .... ·. -

•.

gelöste Substanz .-· (Glukose)

••• •• • •

• •e

•

•

H ,~

-

semipermeable Membran

--.- .

:

··~ f •·~· ~

-~ ·

~

f!>... _

~ ··

• ••

•

•

•

•

··· ~

I Abb. 1: Osmose an einer se mipermeab len Membran . Wassermoleküle diffundieren en tlang des Konzentrationsgefälles in die Glukoselösung. Die große n Glukosemo leküle (ge lb) kö nn en die Membran nicht passieren . 111

Teilchen als Molarität angeben, dann erhält man die Osmolarität in osmol/ 1. Wird die Teilchenzahl mit der Masse des Lösungsm ittels in Beziehung gesetz t, dann erhält man über die Molalität die sog. Osmolalität.

t O.molllftlt-+ oemotlech wfrbeme StotrnletiP-pi"O Uterl.Oaunpmlttel (0111101/1). • Olmolllltlt-+ osmotisch wlrbeme Stoffmense pro Kllopmm L&lunpmlttel (olmol/ka}.

Sowohl Osmolarität als auch Osmolalität si nd proportional zum osmotischen Druck. Lösungen, die den gleichen osmotischen Druck wie das Plasma aufweisen, bezeichnet man als isoton, Lösungen mit einem höheren osmotischen Druck als hyperton, und Lösungen mit einem geringeren osmotischen Druck als hypoton . Die Osmolalität des Plas· mas beträgt etwa 290 mosmol/ kg. Gefäßmembranen können zwar von kleinen Teilchen wie Glukose, Harnstoff und Elektrolyten passiert werden , für große Plasmaproteine sind sie jedoch nicht durchgängig. Der durch Plasmaproteine erzeugte, hohe onkotische Druck in den Gefäßen sorgt dafür, dass das Wasser im Gefäß bleibt und nicht von den kleinen Teilchen ins lntersti· ti um nachgezogen wird . Das Zusa mmen. spiel aus onkotischem und hydrostatischem Druck an der Kapillarmembran ist wichtig für die Pa thologie der Ödem. entstehung. Ödeme sind Flüssigkeitsansammlungen im interstitiellen Raum.

Zusammenfassung X Die Konzentration ist das Verhältnis der Menge eines gelösten Stoffes zu

Mit dem Begriff Osmose wird die Diffu sion von Wasser durch eine sem ipermeable Membran bezeichnet. Die Trieb· kraft für den Flüssigkeitsstrom ist dabei ein Konzentrationsgefä lle zwisc hen zwe i Kompartime nten. smotisch wirk-

der Menge des Lösungsmittels. X Die Molarität gibt eine Stoffmenge pro Liter Lösungsmittel an . X Die Molalität gibt eine Stoffmenge pro Kilogramm Lösungsmittel an. X Der osmotische Druck wird an einer semipermeablen Membran von osmotisch wirksamen Teilchen aufgebaut, die Wasser auf Ihre Seite ziehen . X Der onkotische Druck wird von großen Makromolekülen (z. B. Albumin) erzeugt.

Zellphysiologie

Zellorganisation Die Zelle (/at. ceL!ula =Kämmerchen) ist der Grundbaustein allen Lebens. Sie besteht aus dem Zytoplasma und dem Zellkern. Es gibt jedoch auch Zellen ohne Zellkern, wie etwa die Erythrozyten, die aber aus kernhaltigen Vorstufen hervorgehen . Im Zytoplasma der Zelle befinden sich verschiedene Zellorganellen, die durch Membranstrukturen getrennt sind. Man bezeichnet dies als funktionelle Kompartimentierung.

2 13 äußere Mitochondrienmembran

~ hoheH+-

innere

Mitochondrienmembran

H+

H+

H+

Konzentration

~

-+

~

~

Zellorganellen 2e-

L";.,:,";,; ;,; ;.; ,~d·· •

t Mitochondrien: Sie sind die Kraftwerke der Zelle und für die aerobe Energiegewinnung unentbehrlich (I Abb. I). 50%

der gewonnenen Energie wird in Form von Wärme abgegeben, der Rest in Form von ATP gespeichert. Mitochondrien enthalten eine eigene DNA, die matemal vererbt wird.

2H++

l/z0

2

H20

I Abb. 1: AlP-Gewinnung in den Mitochondrien. Die aus dem Citratzyk lus stammenden energiereichen Elektronen bauen einen Protonengrad ienten über der inneren Mitochondrienmembran auf. Dies ist die treibende Kraft für die AlP-Synthese. (2]

t Ribosomen: Hier findet die Proteinsynthese statt. Die not-

wendige Information liefert die im Zellkern produzierte mRNA. Ribosomen kommen sowohl frei als auch an das endoplasmatische Retikulum gebunden vor. t Endoplasmatisches Retikulum: Das raue ER mit Ribosomen dient der Abschnürung von produzierten Proteinen in membranumhüllten Bläschen. Das glatte ER ohne Ribosomen dient der Steroidsynthese, im Darm der Fettspeicherung, in der Leber der Entgiftung und in Muskelzellen der Ca 2+-Speicherung. Im Muskel bezeichnet man das ER als sarkoplasmatisches Retikulum. t Golgi-Apparat: Er liefert den Kohlenhydratanteil der Gly-

koproteine und baut Membranen auf. t Lysosomen: Als Verdauungsorganellen der Zelle enthalten

saures Milieu auf, was eine optimale Arbeitsgrundlage für die sauren Hydrolasen schafft (I Tab. 1). t Peroxisomen: In ihnen wird Wasserstoffperoxid (HzOz) gebildet, das in der Leber und in der Niere bei spezifischen Entgiftungsreaktionen eine Rolle spielt. Zur Entgiftung von toxischen Peroxiden dient das Enzym Katalase, das Peroxide zu Wasser umwandelt. Das Zytoskelett besteht aus Mikrotubuli, Aktinfilamenten sowie intermediären Filamenten und durchspannt als dreidimensionales Netzwerk die gesamte Zelle. Zu den Aufgaben des Zytoskeletts gehören die Zellbeweglichkeit, intrazelluläre Transportprozesse, Zusammenhalt von Zellverbänden sowie Aufrechterhaltung der Zellform.

sie etwa 60 Enzyme. Über Protonenpumpen bauen sie ein

Zellfraktion

Leltenzym

Zusammenfassung

Zellkern

' NAD '-Phosphorylase

X Die Zelle ist der Grundbaustein allen Lebens.

Milochondrien

' ' ' '

Cytochromoxldase Glutamatdehydrogenase Succ lnatdehydrogenase Pyruva tdehydrogenase

Lysosomen

' Saure Phosphatase ' ß-Giukuronldase

Zytoplasma

' Enzyme der Glykolyse

Zellmembran

' Na·-K·-ATPase t Adenylatzyklase ' Guanylatzyklase

X Im Zytoplasma der Zelle befinden sich verschiedene Zellorganellen. X Die Zelle besitzt eine funktionelle Kompartimentierung, d. h. die einzelnen Zellorganellen werden durch Membranstrukturen getrennt. I Tab. I: Zel lFraktionen und ihre Leitenzyme.

X Das Zytoskelett besteht aus Mikrotubuli, Aktinfilamenten und lntermediärfilamenten. X Jede Zellfraktion besitzt ihr eigenes Leitenzym.

Stofftransport Stofftransport durch Membranen Membranen sind nicht für alle Stoffe durch lässig und stellen damit ein Hindernis für den frei en Sto fftra nsport dar. Sie sind au s einer Lipiddoppelschicht aufgebaut, wobei die hydrophoben Fettsäurereste zur Mem bran mitte hin zeigen und die hydrophilen Fettsäurereste zur Außenseite der Membran gerichtet sind (I Abb. 1). Innerhalb der Lipiddoppelschicht befinden sich Membranproteine, die u. a. als Ionenkanäle dienen. Benötigt ein Transportprozess über die Membran keine Energie, so wird er als passiver Transport bezeichnet. Im Gegensatz dazu verbraucht der aktive Transport Energie in Form von ATP.

Glykoproteon -------------

Glykolipid __ PhospholipodKopfgruppen --

(hydrophil)

Fettsaurereste · (hydrophob) Zytoplasma

I Abb. I . Aufbau der Plasmamembran . [ 1]

J = D~ A

. c

(Fick 'sches Diffusionsgese tz )

Passiver Transport durch Membranen Passiver Transport durch Membranen erfol gt über Poren, Kanäle und Carrier (I Tab. I ). Dabei verläuft der Transport energetisch "bergab " entlang ein es elek trochemischen Gradienten. Poren sind immer geöffnet, Kanäle werden durch Spannungsänderung oder Liganden gesteuert und Carrier erfahren substratabhängig eine Konformalionsänderung.

Diffusion Die Diffusion ist der einfachste passive Transport, wobei die Nettobewegung von der sog. Brown'schen Molekularbewegung angetrieben wird. Am Ort mit der höheren Konzentration stoßen die Teilchen häufig gegeneinander, d. h., sie werden eher auf die Seite mit der geringeren Teilchenkon zentration wandern als umgekehrt. Di e zeitliche Tran sportra te wird durch das Fick'sche Diffusionsgesetz beschrieben. Nach Fick ist die transportierte Stoffmenge J direkt proportional zur Diffusionsfläch e A und zur Konzentrationsdifferenz M . Der Diffusionsfluss ist umgekehrt proportional zur M embrandicke d: je dicker die Membran, desto geringer die diffundierte Teilchenmenge.

Poren

Aquapori ne:

t Aquaporin- 1: Vorkommen ubiquilär t Aqu aporin-2: ADH-abhängig, Sammelrohr (Iu mina !) t Aquaporin-3 und -4: Sammelrohr (basolal era l) Kan äle

Ionenselektive Katlonenk an äle:

t Cl--Kanäle t K'-Kanä le (inward-rectifier, delayed-rec tifi er. pH -a bhängiger K'-Kanal)

t Na'-Kanäle (spannungsabhä ngig)

t Ca''-Kanä le (spannungsabhängig, ligandenabhängig, phosphorylierungsabhängig) Unspezlf lsc he Kanä le:

t n-Choll no-Rezeptor-abhänglger Ka t ion enka nal (ACh-abhängig, Vorkommen an motorischer Endplal te)

t Glutam at-abhängiger Kanal (NM DA, AMPA) Gap j u nct lon Carrier

Glu koset ra n sporter (GLUT)

t GLUT 1: Erythrozyten , prox. Tubulus der NI r basolaJeral t GLU T 2: Hepa tozyJOn. prox. Tubulu s d r NI r ba oial ra l t GLUT 4 : Musk I, Adipozy l en (lnsull nabhllnglgl)

-----

I Tab . 1: Beispie le für passive Transportm chanlsrnc n.

D ist dabei der Di ffusionskoeffizient, dessen Zahlenwen abhängig von der diffundierenden Substanz, dem Lösungsm itte l und der Temperatur variiert.

Erleichterte Diffu sion Die Grundlage Für die erleichterte Diffusion bilden sog. Carrier {Uniport), die Stoffe entla ng eines Kon zentrationsgradienten transportieren. Bindet ein Substrat, führt dies zu einer Konformationsä nderung des Transporters und damit zum "Umklappen" einiger Segmente. Das Substrat wird zur anderen Membranseite transportiert und schließlich abgegeben. Der Transporter nimmt wieder sei ne Gru ndposition ein und ist bereit für das nächste Stoffteilchen. Di e Flussrate ist abhängig von der Carrieran zahl sowi e von der Substratkonzentration und un terliegt der Michaelis-Menten-Kinetik (sättigbar). Änd ert sich der Konzentra tionsgradiem, kann ein Carrier prinzipi ell auch in die andere Richtung transportieren.

Aktiver Transport durch Membranen Damit Stoffe auch gegen einen elektrischen Gradienten oder einen Kon zentrationsgradi enten durch Mem bran en wandern. können, muss aktiv Energie aufgewendet werden. Fürall aktiven Transporter sind folgende Eigenschaften charakteristisch:

t Sie zeigen eine ättigung. t Sie sind ATP·abhängig. t Sie sind spezifisch . t Ist ein Transporter für mehr r ubstan z n spezifisc h, so konkurri rendiese um den Transport (komp tiriv H mmun }_

Zellphys iolog ie

Primär aktiver Transport Primär aktive Transporter arbeiten unter AlP-Verbrauch und mittels einer ATPase. Die bei der ATP·Spaltung gewonnene Energie wird direkt in die Pumpleistung gesteckt. Wichtigster Vertreter ist die Na+-K+·ATPase, die ubi· quitär vorkommt. Sie besteht aus zwei a· und zwei ß·Untereinheiten. Die a· Untereinheit wi rd phosphoryliert und bildet den Transportkanal für die Kat· ionen (I Abb. 2).

Sekundär aktiver Transport

Unter sekundär aktivem Transport ver· steht man einen Transportprozess, bei dem ATP nicht direkt verbraucht, sondern ein unter Energieverbrauch aufgebauter Konzentrationsgradient ausgenutzt wird (I Tab. 2). Intrazellulärer Stofftransport

Innerhalb einer Zelle spielt das Zyto· skelettfür den Stofftransport eine wich· tige Rolle. Proteine oder Lipide, die im endoplasmatischen Retikulum gebildet werden, werden in Transportvesikel verpackt, anschließend von der Membran des endoplasmatischen Retikulums abgeschnürt und entweder zum Golgi-

Pri mär aktiver Transport

4 15

Apparat (Umlagerung und Anheftung von Zuckerresten), zum Plasmalemm oder zu anderen Regionen der Zelle gesendet. Sie können mit den dortigen Membranen verschmelzen und ihren Inhalt abgeben. Für das Andocken werden neben ATP auch Fusionsproteine benötigt {Clathrin, SNARE-Komplex [s. S. 10] usw.). Die Vesikel benutzen auf dem Weg durch die Zelle vorgegebene "Zellstraßen", die sog. Mikrotubuli. Ein Mikrotubulus (Durchmesser 15 - 25 nm) besteht aus 13 kreisförmig angeordneten Protofilamenten und ist damit innen hohl. Die beiden ATPasen Dynein und Kinesin vermitteln den Stofftransport entlang der Mikrotubuli.

I Na'-K' -ATPase: ubiquitä r, elektrogen, Hemmung durch Digita lis, Ouabain, Azidose, Hypokaliämie

I K'-H'-ATPase: Magen Iumina !, rena les Sammelrohr, Kolon I Ca'' -H'-ATPa se: sarkoplasmatisches Retikulum (SERCA) Sek undär akti ver Transport

I N'-H'-Antiport: Dünndarm, proximaler Tubulus der Niere I Na' -Giukose-Symport: SG LT 2 frühproximaler Nierentubulus, SG LT 1 spätproximaler Nierentubulus.

I Na' -K'-2CI--Symport: Henle-Schleife, Stria vascu laris im ln nenohr, Darm Tertiär aktiver Transport

I Dipeptid-H'-Symport: Dünndarm, proxima ler Tubulus der Niere. Abhängig vom sek. ak tiven Na '·H'-Antiport.

I Tab. 2: Beispiele für aktive Transportmechan ismen.

Zusammenfassung X Beim Stofftransport durch Membranen muss die Lipiddoppelschicht überwunden werden.

X Der passive Transport verläuft entlang eines Konzentrationsgradienten und erfolgt über Poren , Kanäle und Carrier.

X Der aktive Transport kann Stoffe entgegen eines Konzentrationsgradienten, aber auch entgegen eines elektrischen Grad ienten transportieren. Dabei wird ATP verbraucht (Pumpen) .

X Der sekundär aktive Transport verbraucht direkt keine Energie. Er benötigt jedoch einen Konzentrationsgrad ienten, der von einem primär aktiven Transporter unter Energieverbrauch aufgebaut wurde (Carrier). X Der intrazelluläre Stofftransport erfolgt über Vesikel, die entlang von

Mikrotubuli transportiert werden . I Ab b. 2: Funk t ion sw e ise de r Na' -K'-ATPase . [3 [

Elektrische Phänomene an Zellen Zwischen der intrazellulären und der ex trazellulären Ionenkonzentration gibt es grund legende Unterschiede (I Tab. I ]. Damit sich diese nicht schnell wieder durch freie Diffusion au sgleichen, ist die Membran nur über spezialisierte Trans· portmechanismen für Ionen passierbar. Zusätzlich baut die Na+-K+-ATPase aktiv einen Konzentrationsgradienten auf, indem Na+ nach exuazellulär und K+ nach in trazellulär ge· pumpt wird.

Intrazelluläre Konzentratfon (mmolf l) Na '

12

K·

155

Ca'·

JO·• - JO·•

14 5

2,5

120

15

Mg'' HC0 3

Ruhemembran potentia I

Extrazellulär e Konzentratfoto (mmol/1)

8

Große Anionen (neg. geladen)

27

155

ln Ruhe besteht eine hohe Grundlei tfähigkeit für Kalium . I Tab. I : In tra- und ext raze llu lä re Ionenk onzen tra tionen am Beis pi el einer Aufgrund des Konzentrationsgradienten strömen KT·lonen Ske lett mu skelzell e. aus der Zelle, wodu rch ein elektrochemischer Gradient für die großen negativen Anionen aufgebaut wi rd. Da die Membran für große Anionen unpassierbar ist, werd en die K•- dient der Berechnung des Gleichgewichtspotentia ls (bei Ionen von den Anionen elektrostatisch "festgehalten " und la- 3rC) : gern sich an der Außenseite der Membran an. Kali um erreicht dadurch ein Gleichgewicht zwischen dem elektrischen Gradi- R · T. ln z·F Ci enten (zieht K+ nach intrazellulär) und dem Konzenuationsgradienten (zieht K+ nach extrazellulär). Es strömt gleich viel R = all gemeine Gaskonstante, T = absolute Tempera tur, K+ in die Zelle hinein wie aus der Zelle heraus (Gleichgez = Wertigkeit des Ions, F = Faraday- Konstante, C, = extrawich tspotential). Der Wert dieses Ruhemembranpotentials zelluläre Konzentration, C1 = inuazelluläre Konzentration der Zelle (- 80 mV) entsprich t dem Gleichgewichtspoten tial für K+ (- 90 mV) nur in etwa, da geringfü gig auch and ere Berechnet man das Gleichgewichtspotentia l für ein einwerIonen beteiligt sind. Für die Aufrechterhaltun g der Gradientiges, positiv geladenes Ion (K', Na· ], so setzt man + 61 für ten sorgt die Na+-K+-ATPase. R · Tl z · F ein. Bei einwertigen, negativ geladenen Ionen (Cl-) setzt man - 6 1 ein , für zw eiwertige positiv geladene Ionen (Mg2+) + 30,5 usw. Gleichgewichtspotential

c.

Für sämtliche Ionen kann man ein Gleichgewichtspotential bestimmen, bei dem die elektrochemische Potentialdifferenz für das betreffende Ion null ist. Die sog. Nernst-Gleichung MP [m V] +60 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -,r - - - - · +40

+20 0 - 20 - 40 - 60

Depolarisation

-- -\-- -

------------- - --- - ---

Ruhe- \ mem- , bran-

'

potential ____,, -'

Nashpotenttal

MS /

- - - -:- ------ - ---~--- ·

I

- 80 +---~~--~~-- ~~-------,~---

- 90

-----::.:;------ - - -- - ---- ;'---- -. 1 ms

Aktionspotential Ein Aktionspotential (AP) entsteht, indem durch Vordepola risation ein Schwellenpotential überschritten wird. Dies führt bei - 55 mV zur Öffnun g von schnellen Na'·Kanälen und dami t durch den Na•-Einstrom zu r Depolarisation der Zelle (I Abb. l ). Eine Depolarisati on der Zelle üb r 0 mV hinaus nennt man Overshoot. Um das AP wieder zu b enden werden spannungsabhängig K'-Kanä le geöffn t. D r folg nd ' K•-Ausstrom au der Ze lle fü hrt zur Repolarisation, d. h. zur Negativi erun g des Potentials, bis da Ruhemembranpot n, tia l wi eder erreicht ist.

E

e

(ij

c

i.iJ E

e

Zelt

(ij

cn

:::>

b

<{

I Abb. I : a) Verl auf ein s AP . MS • M mbransc hw lle, E•. • GI ichg wi cht potent ia l für Kalium, Eu, . • Gleichg wichtspol ntial für Na·. b) Zug höri ge Ionenleitfähigkeil en für Natrium und Kali um . !BI

Refraktärzeit Ein r fraktär Z II isl nicht rr gb r, was dur h dl Elg ns haft n d s s hn ll n N '·K nals b dln t Ist. Na·-Ka nllle

Funkt ionsprinzipien des Nervensystems

werden durch Depolarisation geöffnet und bewirken die Depolarisa tion der Zelle. Danach schließen sie sich spontan (unabhängig von De- oder Repolarisation! ) und sind geschlossen inaktivierbar. In dieser Phase der absoluten Refraktärzeit ist die Auslösung eines neuen AP unmöglich . Die durch K+-Ausstrom bedingte Repolarisation führt bei den Na+-Kanälen zu einer Konformationsänderung, so dass diese allmählich in den geschlossen aktivierbaren Zustand kommen. In der ca. 2 ms anhaltenden relativen Refraktärzeit können überschwellige Reize ein AP auslösen, das aber aufgrund der geringeren Anzahl an aktivierbaren Na+-Kanälen in seiner Amplitude kleiner ist als ein vollwertiges AP. Sind alle Na+-Kanäle geschlossen aktivierbar, ist die Refraktärzeit beendet. Weiterleitung eines Aktionspotentials

An marklosen Nervenfasern wird ein AP immer wieder neu gebildet. Erreicht der Strom des APs einen benachbarten Membranabschnitt und depolarisiert diesen bis zum Schwellenpotential, so öffnen sich Na+·Kanäle, und ein neues AP entsteht. Da die Nervenfaser in der Richtung, aus der die APs kommen, noch refraktär ist, kann sich der Strom nur in eine Richtung ausbreiten. Reizt man die Mitte eines Nervs experimentell, so breitet sich die Erregung von diesem Punkt ausgehend in beide Richtungen aus:

Faserkla sse

Markhallig

6 17

Leitungsgeschwindigkeit (mf s)

Vorkommen

Ja

Ca. 100

a -Motoneurone

Ja

Ca. 50

Mec hanoafferenzen der Haut

Ca. 30

Muskelspindelefferenzen

Aa (la,lb) Aj3 (1 1) Ay

Ja

Aö (1 11 )

Ja

Ca. 20

Nozizeptor, Thermosensoren

B

Ja

Ca. 10

Präganglionäre vegetative Fasern

C(IV)

Nein

Ca. 1

Nozizeptor, postganglionäre vegetative Fa sern

I

Tab. 2: Verschiedene Nervenfasen mit Myelin isierungsgrad, Leitungsgeschwind igkeit und Vorkommen .

Stellen nennt man Ranvier-Schnürringe, die myelinisierten Strecken Internodien. An markhaltigen Nervenfasern erfolgt die Erregungsfortleitung saltatorisch. Da ein Ionenstrom zwischen Intra- und Extrazellularraum nur an den Ranvier-Schnürringen erfolgen kann, wird auch nur an diesen Stellen ein AP ausgebildet. Dies spart Zeit, ist jedoch mit einem Amplitudenverlust innerhalb der Internodien verbunden, da hier die Weiterleitung elektrotonisch verläuft. In I Tabelle 2 sind die verschiedenen Nervenfasern aufgeführt. Elektrische Eigenschaften

Damit ein Nerv eine hohe Leitungsgeschwindigkeit aufweist, muss sein Querwiderstand (= Membranwiderstand) groß, der Längswiderstand hingegen klein sein. Je dicker eine Nervenfaser, desto besser die Isolierung (Myelin) und desto höher der Querwiderstand.

Die Membranlängskonstante ist ein Maß für die elektrotonische Ausbreitung eines Stroms. Sie kann zwischen 0,1 und 5 mm betragen und gibt die Entfernung vom Reizort an, in der noch 37% der Amplitude des ursprünglichen Reizpotentials messbar sind (37 =Kehrwert der Eulerschen Zahl e). Je größer die Strecke, desto besser leitend war der Nerv. Die Begriffe Rheobase und Chronaxie helfen dabei, die jeweilige Ansprechbarkeit einer erregbaren Struktur präzise zu beschreiben: • Rheobase: Schwellen-Stromintensität, bei der ein Nerv oder ein Muskel ein AP auslöst. Für die Bestimmung verwendet man einen langen Impuls (1000 ms). • Chronaxie: Die minimale Zeit, über die ein Reiz mit doppelter Rheobasestärke einwirken muss, um gerade noch erregend zu wirken.

• orthodrom: in physiologischer Fortlei tungsrichtung • antidrom: entgegen der normalen Fortlei tun gsrich tung.

Da der Aufbau von APs viel Zeit kostet, ist die Leitungsgeschwindigk ei t in marklosen Nervenfasern relativ gering. Markhaltige Nervenfasern sind von sog. Myelinscheiden umhüllt, die bei peripheren Nerven von Schwann-Zellen und im ZNS von Oligodendrozyten gebildet werden. Diese Myelinscheide bildet keine kontinuierliche Schicht, sondern ist in regelmäßigen Abständen kurz unterbrochen. Die myelinfreien

Zusammenfassun g X Das Ruhemembranpotential liegt bei- 80 mV. Die Na•-K•-ATPase trägt zu seiner Aufrechterhaltung bei. X Ein AP entsteht durch Aktivierung des schnellen Na+-Systems. X Das AP besteht aus Depolarisationsphase, Overshoot und Repolarisationsphase. X ln marklosen Nervenfasern erfolgt die Fortleitung eines AP elektrogen. X ln markhaltigen Nervenfasern erfolgt die Fortleitung eines AP saltatorisch.

Signalübertragung zwischen Zellen Eine Synapse dient der Informationsübertra gung von einer Zelle auf eine benachbarte. Prinzipiell findet man zwei Synapsentypen: elektrische und chemische Synapsen.

Die elektrische Synapse

Elektrische Synapsen (Gap junctions) sind Zytosol-Zytosol-Verbindungen von Zellen, die einen direkten interzellulären Stofftransport ermöglichen. Glatte Muskulatur, Myokard, Hepatozyten und auch Gliazellen nutzen di ese schnelle Form der Erregungsübertragung. Zwei benachbarte Zellen bilden jeweils ein sog. Connexon. Zwei Connexone stehen sich gegenüber und formen somit die Gap junction. Ein Connexon besteh t aus 6 Untereinheiten, den sog. Connexinen, die eine zentrale Pore umschließen. Moleküle bis etwa I 000 Da können ungehindertdurch die Pore gelangen. Erregu ngen werden in Form von Ionen (z. B. Na•-Ionen ) von einer Zelle auf eine benachbarte übertragen.

exzitatorisch (= erregend ) oder inhibitorisch (=hemmend) . Synapsen enthalten oft mehrere verschiedene Transmittertypen. Auch inner.halb eines Veslkels können verschiedene Transmitter vorkommen. Umgekehrt kann ein Transmittertyp an unterschiedliche Rezeptoren binden.

mitterbind ung wi rd direkt ein ligandengesteuerter Ionenkanal geöffnet. t Metabotrope Wirkung: Nach Tra nsmitterbind ung an einem Rezeptor wird über einen Second-messe nger-Signa lweg (z. B. G-Protein ) ein Ionenkanal indirekt geöffnet. Funktionsweise der G- Proteine

Ein G-Protein besteht aus den drei Unten a , ß und y. Die a -Umertereinhei Transmittergruppen einheit hat im inaktivierten Zustand stets ein Guanosindiphosphat (G DP) Nach der chemischen Struktur lassen gebu nden. Nach Transmitteraktivierung sich drei Hauptgruppen von Transmitdes G-Protein-gekoppelten Rezeptors tern unterscheiden: wi rd GDP durch GTP ausgetauscht. Das G-Protein spaltet sich vom Rezeptor ab, t Aminosäuren (GABA, Glycin, Gluta- GTP und ßy-Untereinheit trennen amat und Aspartat) sich. a-GTP indu ziert dann die jeweilige t Monoamine (Adrenalin, NoradrenaEnzymkaskade. lin , Dopamin, Acetylcholin, Serotonin, Über G5 Proteine (stimulierend) wird Histamin) die Adenylarzyklase stimuliert, die t Peptide (Substanz P, Enkephalin e, cAMP aus ATP bildet. cAMP ist ein Angiotensin !1 , VIP, ß-Endorph in usw.) sog. Second messe nger und aktiviert di e im Zytosol gelegene Proteinkinase A Außerdem gibt es noch Metabotrans(I Abb. I). Die Inaktivierung von cAMP mitter (Adenosin, ATP ) und gasförmige mittels des Enzyms Phosphogeschieht (NO). Transmitter diesterase, das cAMP in 5'-AMP spaltet. Über G;-Proteine (inhibierend) wird Erhöhung der intrazellulären Ca2•-Konzendie Adenylatzyklase gehemmt. Dadurch tration, pH-Wert-Emiedrigung und Absenkann die oben erklärte Kaskade nicht kung des Membranpotentials senken die ablaufen, der cAMP-Spiegel in der Zel!e Leitfähigkeit der Gap junctions. sinkt. Nach Art der Transmitterwirku ng unter- Gq·Proteine aktivieren die PhospholiDie chemische Synapse pase C (I Abb. 2). Dieses Enzym spaltet scheidet man: PlP2 (Phosphatidylinos ind iphosphat) in Die chemische Synapse nutzt Transmitt Agonisten: binden an die Bindungster für die Signalübertragung. Die Prädes natürlichen Transmi tters und stelle Vesiin Transmitter speichert synapse (I ) dort die gleiche Wirkung. (1) entfalten über einem bei diese entlässt keln und hemmendes erregendes das hemmen Agonisten: Hormonsignal Indirekte t Hormonsignal in AP ankommenden die Axonterm inale Enzym, das den Transmitter abbaut und den synaptischen Spalt (10- 50 nm ~ ~ die Rezeptorbindung beend e!. damit Breite) . jeder Vesikel enthält eine relativ konstante Anzahl von Transmittermole- Dadurch wird die Wirkung des Transmitters am Rezeptor verstärkt. kül en. Die Anzahl der in den synaptischen Spalt ausgeschütteten Transmitter t Antagonisten: blockieren kompetitiv den Rezeptor, so dass der natürliche wird dabei in Quanten unterteilt (ein Transmitter nicht mehr binden kann Acetylcholin-Quantum entspricht z. B. und die eigentliche Wirkung ausbleibt. ca. 1000 Molekülen). Für die Diffusion durch den Spalt benötige n die Transmitter etwa 1 ms. An der Postsynapse Postsynaptische Transmitterbi nden sie an spezifische Rezeptoren wirkung und lösen durch die Liganden-RezeptorEs gibt zwei Möglichkeiten der postsynBindu ng eine Reaktion aus, meist in I Abb . 1: Die cA MP-Kaskade. R, • st im uli erender Transmi tterwirk ung: aptischen Form vo n einer Veränd erun g der lonenRezeptor, R1 • inh ibierender Rezeptor, G, • stimuli erend es G-Protein, AC • Ad enylatzyk lase. leitfähigkeiten. Die Wirkung ist in AbP-A · Prote in ki nase A, P • Phosphat.j 4 J TransDurch Wirkung: lonotrope t hängigkeit vom jeweiligen Rezeptor

Fun ktionsprinzip ien des Nervensyste ms

(1)

8 19

heiten auf (Homopentamer). Weder Barbiturate noch Benzo· diazepine werden hier gebunden.

Hormonsignal

~

Glycin

Die durch Glycin aktivierbaren ionotropen Cl-·Kanäle kommen bei den inhibitorischen Synapsen der Renshaw·Zellen im Rückenmark vor und bewirken dort die Rückwärtshemmung der a ·Motoneurone (s. S. 47) . Glutamat

IP 2

. - .,.._ _ _ _ _..J

lnositoltriphosp hatase

endoplasmatisches Retiku lum I Abb. 2: Die I P3-Kas kade. R = Rezeptor, G = G-Prote in , PLC = Phospholipase C, CK = Proteinkin ase C, DG = Diacylglycerin, PK = Proteink inase. [2]

s. S. 80, 88, 97, 102 und 11 1 Dopamin Aufgaben von Dopamin sind die Regulation der extrapyramidalen Motorik im Striatum sowie die Hemmung der Prolaktin· freisetzung in der Hypophyse. Es sind Fünf Rezeptortypen be· kannt, die alle zum metabotropen Typ gehören. Im Rahmen eines Untergangs der Substantia nigra und des daraus resultierenden Dopaminmangels kommt es zum Krankheitsbild des Morbus Parkinsan (s. S. 45).

IP 3 (lnositoltriphosphat) und DAG (Diacylg!ycerin). !P 3 setzt aus dem endoplasmatischen Retikulum Kalzium frei, DAG aktiviert die Proteinkinase C.

GABA

••••• •••• • r:0.

r:0.

~

~

- --=-- . : ·s•••• ...·L-- ---

~

Bicucullin

/~ 1

Wirkprinzipien verschiedener Transmitter

Benzodiazepine Barbi turate

I

Picro-

:;;:::;;~==-•=======1~~~'("' :___ toxin

Acetylcholin

s. s. 12

'

GABAARezeptor

Noradrenalin/A drenalin

s. s. 12

GABA (y-Am ino-Buttersäure)

GABA ist der wichtigste inhibitorische Transmitter des ZNS. Der GABA-Rezeptor weist drei Subtypen auf: t GABAA: Dieser ligandengesteuerte Ionenkanal besteht aus

fünf verschiedenen Untereinheiten (Heteropentamer). Durch Aktivierung wird ein Einstrom von CI- und HC0 3- und damit ein IPSP (s. S. 10) erzeugt. Barbiturate verlängern die mittlere Öffnungsdauer, Benzodiazepine erhöhen die Öffnungswahrscheinlichkeit dieses Kanals. t GABA8: Über diesen Rezeptor wird metabotrop eine G-Pro· tein-gekoppelte Kaskade eingeleitet. Dabei wird ein K+·Kanal geöffnet und durch den Kaliumausstrom eine Hyperpolarisation induziert (I Abb. 3). t GABAc: Durch Aktivierung di eses ionotropen Rezeptors wird ein ligandenabhängiger Cl-·Kanal geöffnet und damit ein IPSP ausgelöst. Er weist strukturell fünf gleiche Unterein-

I Abb. 3: Synaptische Übertragung durch GABA. [21

Zusammenfassung X Gap junctions ermögl ichen eine sehr schnelle Signal-

übertragung. X Chemische Synapsen verwenden Transm ittersubstanzen, um Informationen von Zelle zu Zelle weiterzugeben.

X An der Postsynapse wirken Transmitter entweder ionotrop, d. h. sie öffnen di rekt einen lonenkanal, oder sie leiten metabotrop eine Enzymkaskade ein.

X IP3- undcAMP-Kaskadebeginnen beide mit der Aktivierung eines G-Protein-gekoppelten Rezeptors.

Transmitterfreisetzung an der motorischen Endplatte Die motorische Endplatte ist eine Sonderform der chemischen Synapse. Hier erfolgt die Übertragung der Erre· gung vom innervierenden Motoneuron auf die betreffende Muskelfaser: An der Endplatte spaltet sich das Motoaxon auf, verliert seine Myelinscheide und innerviert mehrere Muskelfasern. Transmitter ist Acetylcholin (ACh) . Der synaptische Spalt ist hier nur I0- 20 nm weit, so dass die synaptische Latenzzeit (Zeit, in der die Übertragung von Präauf Postsynapse erfolgt) nur 0,2 ms beträgt. Vorgänge an der Präsynapse

In der Präsynapse werden zwei Vesikelzonen unterschieden: An der präsynaptischen Membran befindet sich die aktive Zone, deren Vesikel über ein Protein (Synaptotagm in) an der präsynaptischen Membran angeheftet und dazu bereit sind, in den synaptischen Spalt ausgeschüttet zu werden. Die Vesikel der inaktiven Zone sind an das Protein Synapsin angeheftet und haben Reservefunktion. Werden die Vesikel der aktiven Zone ausgeschüttet, so können die Vesikel der inaktiven Zone nachrücken, um direkt zur Verfügung zu stehen. Erreicht ein Aktionspotential die Präsynapse, so wirkt es durch Natrium-Einstrom depolarisierend, worauf sich spannungsabhängige Kalziumkanäle öffnen . Der Ca2+-Einstrom hat zwei Auswirkungen: • Die Vesikel der aktiven Zone werden ausgeschüttet, indem sich Kalzium an das Protein Synaptotagmin anheftet. Das Protein wird abgespalten und die Vesikel können mit der präsynaptischen Membran verschmelzen, um den Transmitter in den synaptischen Spalt zu entlassen. • Die Vesikel der inaktiven Zone wandern zur präsynaptischen Membran, um in die aktive Zone zu gelangen. Dafür bilden vier Ca 2+ mit dem Protein Calmodulin einen Kalzium-Calmod ulinKomplex. Dieser Komplex aktiviert die Proteinkinase II, die das Protein

Synapsin phosphoryliert. Synapsin wird abgespalten und das Vesikel kann in die aktive Zone gelangen. Der Kernkomplex

Die Ausschüttung des Transmitters ACh in den synaptischen Spalt ist für sich gesehen ein eigener Vorgang. Die Vorbereitung der Vesikel auf die Ausschüttung nennt man Priming. Dafür wird aus zwei Proteinen der Plasmamembran (Syntaxin und SNAP-25) sowie aus einem der Vesikelmembran (Synaptobrevin) der sog. Kernkomplex (= Core-Komplex = SNARE-Komplex) gebildet. Unter ATP-Einwirkung heftet sich das Vesikel an die präsynaptische Membran an. Bindet Kalzium an Synaptotagmin, dann öffnet sich die präsynaptisc he Membran und ermöglicht somit unter Auflösung des Kernkomplexes die Exozytose.

Das EPSP ist kein Aktionspotentlall Die Amplitude eines EPSP beträgt 100 IJV- 10 mV. Es breitet sich elektrotonisch aus. Die Schwelle für ein Aktionspotential muss durch rlumllche und zeltliehe Summation mehrerer EPSPs erreicht werden. Ausnahme: An der motorischen Endplatte reicht ein einziges EPSP aus, um ein Aktionspotential auszulösen!

Vorgänge an der Postsynapse

Mehrere EPSPs depola risieren die Membran der Muskelfaser über die Poten tialschwelle und öffnen schlagartig spa nn ungsabhängige Na+-Kanäle. Diese lösen ein AP aus, das eine Muskelkontraktion bewirkt Ein IPSP (inhibitorisc hes postsynaptisches Potential) entsteh t, wenn hemmend e Transmitter [Glycin und GABA) eine Hyperpolarisation der Postsynapse bewirken. Dies kann z. B. durch die Öffnung eines Cl-- oder K+-Kanals geschehen. Durch ein IPSP wird der Entstehung eines AP entgegengew irkt.

An der postsynaptischen Membran bindet ACh an den ionotropen , nikotinergen n-Cholino-Rezeptor (s. S. 12).

Pharmakologische Beeinflussung der motorisch en Endplatte

Der n-Cholino-Rezeptor besteht aus filnf Untereinheiten: zwei a- und je einer lh y- und &-Untereinheit. Da beide a-Unterelnhelten fi.lr die Transmitterbindung zuständig sind, müssen für die Rezeptoraktlvierung auch zwei Acetylcholinmoleküle binden.

Der n- Cholino-Reze ptor ist ein unselektiver KationenkanaL Aufgrund des Membranpoten tials von etwa -80 mV bestehen höhere Triebkräfte fü r Na +in die Zelle hinein als für K• heraus. Als Resul tat strömt Na+ in die Zelle. Da in der Summe mehr positive Ladungen in die Zelle hinei n- als herausfließen, entsteht an der Postsynapse eine lokale Vord epolarisation (EPSP = exzitatorisches postsynaptis ches Potential) . An der motorisc hen Endplatte wird dieses Potential auch Endplattenpoten· tial genannt.

Wirkungsort Präsynapse

Die Bakterientoxine Botuli numtoxin und Tetanustoxin sind Proteasen, die spezifisch Proteine des Kern komplexes spalten (I Abb. I). Somi t wird die Transmitterfreisetzung an der Präsynapse verhindert Botulinumtoxin wirkt dabei ausschließlich an nikotinischen Synapsen. Die Wirkung des Gifts kann medi zinisch zur Behandlung des Schiefhalses (Torticollis spasticus) ausgenutzt werden. Auch die Kosmetikindustrie hat "Botox" für sich entd ec kt und nu tzt dieses Gift des Bakteriums Clostridium botu/inum: Es wird zu r Faltenred uk tion in die mimische Musku la tu r oder zur Schweißredukti on in die chweißd rüsen gespritzt. Allerdings hält der Effekt nur etwa ein halbes Jahr· an. Das Bakterientoxin von Clostridium tetani (Tetanustoxin) wirkt an Renshaw-Zellen (s. S. 47) und ist für di

Funktionsprinzip ien des Nerve nsystems

Entstehung des Wundstarrkrampfes verantwortlich, der mit Lähmungserscheinungen und Krämpfen einhergeht, wobei jedoch das Bewusstsein vollkommen unbeeinträchtigt bleibt.

Neuron

Wirkungsort Postsynapse

0\

An der Postsynapse der motorischen Endplatte können pharmakologische Substanzen agonistisch oder antagonistisch wirken. Eine muskelrelaxierende Wirkung können beide Stoffgruppen bewirken.

I

Dendl toxin

~) K•-Kan al ~

~

Physostigmin E 6 05

1

-_,7/~/-/_/_/_· ~--~~~----~~A~C=h=-E=st=e=ra=se~~

- --___

/

__

'

Muskel-

'.

~~t:~~~:

Nicht-depol arisierende Muskel rel axanzien

Zur Stoffgruppe der nicht-depolarisierenden Muskelrelaxanzien gehört z. B. d-Tubocuranin (Curare) . Diese ursprünglich als Pfeilgift der Indianer verwendete Substanz ist ein kompetitiver Antagonist und hemmt den nikotinergen ACh-Rezeptor der motorischen Endplatte. Der unselektive Kanal bleibt geschlossen und es kommt zu keinem EPSP, also auch zu keinem AP. Die erlegten Tiere starben an Atemstillstand und konnten ohne Bedenken gegessen werden, da d-Tubocuranin nach dem Verzehr nicht durch die Darmwand gelangt. Das Schlangengift a-Bungarotoxin wirkt auf ähnliche Weise. In der Anästhesie verwendet man u. a. Pancuronium. Die Wirkung der Substanzen kann durch eine Erhöhung der ACh-Konzentration im synaptischen Spalt beendet werden. Dafür werden meist Cholinesterasehemmer wie Neostigmin eingesetzt.

1o I 11

IACh -Rezeptor IJ

nstoxin B

,..-1------,_

I Exozytose I '

zelle

T CLJrare Bungarotoxin

Bot u linu stox in A

I Abb. 1: Pharmakologische BeeinfiLJss ung der neu romuskulä ren Übertragung. Dargeste llt sind verschiedene Medikamente bzw. Gifte an ihren jeweiligen Angriffspunkten. 1 = Synaptotagmi n, 2 = Synaptobrevin, 3 = Syntaxin, 4 = SNAP-25, TTX = Tetrodetoxin (Gift des Kugelfisches). [2]

Auch eine Oberdosierung von Neostigmin oder Physostigmin kann einen Depolarisationsblock auslösen: Durch die Hemmung der

Chollnesterasetann die Rezeptorwirkung von ACh nicht beendet werden und es kommt zu einer Dauerdepolarisation mit Ml.lskellihmung.

Depola ri sie rende Muskelrelaxan zien Myasthenia gravis Substanzen, die als Agonisten erregend an nikotinergen Rezeptoren wirken, bezeichnet man als depolarisierende Die Muskelerkrankung Myasthenia gravis ist eine AutoMuskelrelaxanzien. Succinylcholin (Succamethonium) ge- immunerkrankung, bei der Antikörper gegen den nikotinhört in diese Stoffgruppe und kann durch seine chemische ergen ACh-Rezeptor gebildet werden. Die Rezeptoren binden Verwandtschaft zu ACh am n·Cholino-Rezeptor binden. Sucdiese Antikörper und sind somit besetzt. Die postsynaptische cinylcholin öffnet den unselektiven Kationenkanal in gleicher Bildung von EPSPs wird unzureichend und die Anzahl der Weise wie ACh und bewirkt durch EPSPs ein AP. Die Na•ausgelösten APs reduziert sich, was zu einer MuskelschwäKanäle erreichen direkt nach dem offen-aktivierten Zustand che führt. Das Medikament Eserin, ein Inhibitor der Cholinwieder den geschlossen-inaktivierbaren Zustand und beesterase, erhöht die ACh-Konzentration im synaptischen Spalt dingen die Refraktärzeit der Muskelfaser. Um wieder in den und bessert somit die Symptome. geschlossen-aktivierbaren Zustand zu gelangen, müsste die Postsynapse repolarisiert werden. Da aber das Enzym Cholinesterase zwar ACh, nicht jedoch Succinylcholin spalten und Zusammenfassun g so vom Rezeptor ablösen kann, hält Succinylcholin den unX Die motorische Endplatte ist eine chemische selektiven Kationenkanal weiterhin offen, so dass eine RepolaSynapse. An ihr wirkt der Transmitter Acetylcholin risation verhindert wird. Der spannungsabhängige Na•-Kanal erfährt dadurch einen Depolarisationsblock durch Daueran nikotinergen Rezeptoren . depolarisation, und die Muskelzelle kann nicht kontraX ln der Präsynapse werden die mit Transmitter hieren, weil kein weiteres AP entsteht. Die Wirkung hält nur gefüllten Vesikel bei Erhöhung der intrazellulären kurz an, da ein anderes En zym, die Pseudocholinesterase, die Spaltung von Succinylcholin und somit die Beendigung der Ca 2•-Konzentration und Bildung eines Kernkomplexes Rezeptorwirkung übernimmt. ausgeschüttet. X An der Postsynapse entstehen EPSPs, deren Summation zur Öffnung von Na•-Kanälen und Ausbildung eines APs führt.

Das vegetative Nervensystem Das vegetative Nervensyste m (= autonomes Nervensystem) besteht aus zwei Komponenten, die gegensätzliche Effekte an den inneren Organen vermitteln:

t dem Sympathikus mit einer ergotropen, d. h. aktivierenden Wirkung und t dem Parasympatikus mit einer trophotropen, d. h. erholenden Wirkung. Bei beiden erfolgt die Verschaltung der Neuronein Ganglien, bevor sie die Erfolgsorgane erreichen. Die Neurone im Zentralnervensystem bezeichnet man als präganglionäre Neurone, jene, die zum Erfolgsorgan ziehen, als postganglionäre Neurone. Sympathikus: Fight and flightl Parasympathikus: Rest and digestl

Die präganglionären Neurone des Sympathikus sind in den Seitenhörnern des thorakolumbalen Rückenmarks (C8 - L2) im Ncl. intermediolateralis lo· kalisiert. Von dort aus ziehen die Fasern über die Rami communicanres albi in die Grenzstrangganglien, wo sie entweder auf das postganglionäre Neuron umgeschaltet werden oder zu den unpaaren Hals- und Bauchganglien weiter· ziehen. Der Parasympathikus

Der Sitz der präganglionären Neurone des Parasympathikus liegt in den Hirnnervenkernen des Hirnstamms und des Sakralmarks, wobei 75 % der parasym·

m-Cholino-Rezeptor

t Kern des N. oculomotorius: M. sphincter pupillae, M. ciliaris t Kern des N. facialis: Tränendrüse, Speicheldrüse (nicht Parotis!) t Kern des N. glossopharyngeus: Parotis t Kern des N. vagus: Brust- und Bauch· organebis Cannon-Böhm-Punkt.

Alles, was unterhalb des CannanBöhm-Punktes (mittleres Drittel des Colon transversum) liegt, wird aus Fasern des sakralen Rückenmarks über den Plexus sacralis versorgt. Das postganglionäre Neuron des Parasympathi kus sitzt organnah, d. h. in der Nähe oder im Erfolgsorgan selbst.

Sympathikus und Parasympathikus werden von übergeordneten Regulationszentren gesteuert. Dazu gehören: t Hypothalamus t Limbisches System t Formatio reticularis.

Der Hypothalamu s steuert das HerzKreislauf-System, die Körpertemperatur, den Flüssigkeitshaushalt, die Nahrungs· aufnahme sowie das Sexual-, Fluchtund Abwehrverhalten. Das limbisehe System beei nflusst hingegen vor allem affektives Verhalten [Wut, Freude, Angst) und Emotionen. Bei Angst kommt es zur Sympathikusaktivierung und damit u. a. zu Schweißausbruch, Herzrasen, Blutdrucksteigerung und Pupillendilatation.

Direkte Agonisten

indirekte Agonisten

Umschaltun g post-

t Acetylcholin t Muskarin t Piloca rpin

• Physos tigmin

• Atropin

• Neostigmin

• Secpolamin

terzeile

t Carbachol n-Cholino-Rezeptor

An tagon isten

Vorkommen

ganglionär auf Effek-

t N 1 - motorische Endplatte • N2 - Parasympathikus (Umsc hal-

• Nitrostigmi n

(E605)

t Ace tyl cholin

• Physos tigmin

• Nikotin

• Neostigmin

t d·Turbocuranin • Cu rare IN I)

• Nitrostlgmin

• Hcxamc thonlurn

(E605)

(N2)

tung prä- auf pos tganglionä r)

I

Signalübertragung

Die Transmitter für die Übertragung von nerva len Impulsen im vegetativen Nervensysrem sind Acetylcholin , Noradrenalin und Adrenalin . Der präganglionäre Transmitter ist sowohl im Sym pathikus wie auch im Parasympathikus Acetylcholin. Postganglionär wirkt im Sympathikus der Transmitter Noradrenalin, im Parasympathikus Acetylcholin. Ausnahmen: t Die SchwelBelrOsen werden zwar sym.. pathlsch stimuliert, dennoch ist der Transmitter hier ACh (muskarinerger Rezeptor). t Das Nabennierenmark (NNM) wird Ober einen nikotinargen Rezeptor mittels ACh stimuliert. Es setzt selbst Adrenalin und Noradrenalin frei und nimmt hier die Rolle des peripheren Ganglions ein.

Zentrale Steuerung

Der Sympathikus

ACh-Rezeptor

pathischen Fasern im N. vagus verlaufen:

Tab. 1: Vorkommen und pharmakol ogisc he Beeinflu ssung de r Ace tylc ho lin-Rezepto r n .

Rezeptortypen Cholinerge Rezeptoren

Für den Transmitter Acetylcholin gibt es sowohl ionotrope als auch meta botrope Rezeptoren (s. S. 8). lonotrope Rezeptoren für Acetylcholi n nennt man auch nikotinerge Rezeptoren, da hie r Nikotin ein Agon ist ist (I Tab. l ). Man find et sie an der motorischen Endplatte (N l·Rezeptor) wie auch bei der Umsc haltung von prä· auf postganglionär in den parasympathischen und sympathischen Ga nglien (N2-Rezeptor). Metabotrope Rezeptoren werd en im Fall von ACh muskarinerge Reze ptoren ge nannt. Muskarin ist an diesem Rezeptor ein Agonist. Es si nd fünf Subtypen des Rezeptors bekannt, wobei m l, m3 und m5 bevorzugt eine IP 3• Kaskade, m2 und m4 bevorzugt eine cAMP-Kaskade in Gang setzen . Muska rinerge Rezeptoren finden sich an den Effektorzellen, die von d n postgan lionären parasympathischen Fas rn inn 1\. viert werden.

Funktions prinzipien des Nervensys tems

12

I

13

Adrenerge Rezeptoren Vorkommen und

Agonisten

Aufga ben

Adrenerge Rezeptoren werden durch Katechotamine [Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin) aktiviert. Man unterscheidet a.-, ß- und Dopamin-Rezeptoren, wobei es zusätzlich noch verschiedene Subtypen gibt. Die Unterscheidung der Subtypen wurde nach Gesichtspunkten der pharmakologischen Beeinflussung vorgenommen (I Tab. 2). Alle adrenergen Rezeptoren sind G-Protein-ge koppelt und agieren daher metabotrop. Noradrenalin wirkt eher auf a- als auf ß·Rezeptoren. Adrenalin hingegen aktiviert beide Rezeptortypen gleichermaßen, obwohl bei hohen Adrenalindosen eher a.-Rezeptoren, bei niedrigen Ad renalindosen eher ß-Rezeptoren aktiviert werden.

a,

Postsynaptisch: Kontrak-

t

tion von glatter Muskulatur

i

Indirekte

Antagonisten

Agon isten

(Gefäße, Uterus, Sphink-

NA > Adre-

nalin

t

t t

Methexamin

Ephedrin

t

Phenoxy-

benzamin

Amphet-

amin

t

Ephedrin

t

Prazosin

teren)

a,

t

Präsynaptisch: sympathische und parasympathische Nervenendigungen, NA

t

NA > Adrenalin

t

t t

Clonidin

Phenoxybenzamin

Amphet-

amin

t

Yohimbin

Ephedrin

t t t

Metaprolot Atenolo l

t t

Butoxamin

i

Postsynaptisch: Pankreas (Insulin

ß,

t

-l.)

Postsynaptisch: Herz (Kontraktion t , Freq uenz

t

i ), Niere (Renin t), t)

t t

lsoprotere-

t

Orciprenalin

Fett (Lipolyse

Adrenalin >NA

t t

Dobutamin

Amphet-

amin

Propra nolol

nol

Kontrolle der Transmitte rfreisetzun g 13,

Ein sog. Rückkopplungsmechanismus (Feedback-Mechanismus) sorgt auf synaptischer Ebene für eine Kontrolle der Katecholaminfreisetzung: Befinden sich genügend Transmittermoleküle im synaptischen Spalt, so wird die Freisetzung von weiteren Transmittern über eine Aktivierung von präsynaptischen a 2-Rezeptoren unterbunden. Ist die Transmitterkonzentration im synaptischen Spalt dagegen sehr gering, so werden eher präsynaptische ß2-Rezeptoren angesprochen, die die Transmitterausschüttung fördern (I Abb. lA) . Wird ein Organ sowohl sympathisch als auch parasympathisch innerviert, dann hemmen sich Noradrenalin und Acetylcholin gegenseitig: Wird Noradrenalin ausgeschüttet, so wirkt dieses über präsynaptische a. 2-Rezeptoren hemmend auf die Acetylcholinausschüttung. Umgekehrt wirkt Acetylcholin über präsynaptische m-Cholino-Rezeptoren hemmend auf die Noradrenalinausschüttung (I Abb. 18).

t

t

Präsynaptisch: sympathische Nervenendigun-

t

gen (NA-Freisetzung t) Postsynaptisch: Lunge

t t

(Bronc horel axation),

• Salbutamol

Adrenalin >NA Terbu talin

t t

Ephedrin Amphe t-

Propranolol

amin

Fenoterol

Leber (Glykogenolyse t ), Koranarien (Di latation), Sphinkter (Relaxation)

ß,

Bra unes Fettgewebe

Noradrenalin

(Neugeborene)

I

Tab. 2: Vorkommen und pharmakologisch e Beeinflussung von Adreno-

zeporen.

Zusammen fassung X Das vegetative Nervensystem setzt sich aus sympathischen (aktivierend) und parasympathischen Anteilen (erholend) zusammen.

adrenerg

ß

1

cho1inerg

~

X Sympathikus und Parasympathikus werden von übergeordneten Regulationszentren koordiniert. X Als Transmitter für das vegetative Nervensystem fungieren Adrenalin, Noradrenalin und Acetylcholin. X Adrenerge Rezeptoren werden in a.- und ß-Rezeptoren

e A

r:=: 1

1

I

Abb. I : Präs ynaptis c he Kontro lle der Tran sm itt erfreisetzuns im vegetativen Nervensystem . NA = N o radrenalin, ACh - Ac etylcholin . (nac h 1211

A: ad renerge Rezepto re n, B: adrenerge/c holinerge Rezeptoren

unterteilt. X Bei den chol inergen Rezeptoren unterscheidet man n-Cholino- und m-Cholinorezeptoren. X Die Rezeptoren des vegetativen Nervensystems können auf vielfältige Weise pharmakologisch beeinflusst werden. X Die Transmitterfreisetzung im vegetativen Nervensystem unterliegt einer präsynaptischen Kontrolle (Feedback-Mechanismus) .

Das Blut

Das Blut- Grundlagen Blutgerinnung und Fibrinolyse

16 18

Der Verdauungstrakt

66 68 70

Motorik des Magen-Darm-Trakts Sekretion im Magen-Darm-Trakt Resorption im Magen-Darm-Trakt

Das Immunsystem

Das Immunsystem I Das Immunsystem II

20 22

Hormonale Regulation

72 74

Hormone - Grundlagen Hormonwirkungen

Das Herz

Die Mechanik des Herzens Erregung am Herzen Das EKG Das pathologische EKG Herztöne und Herzgeräusche

24 26 28 30 32

Das Kreislaufsystem

Sexualentwicklung, Reproduktion, Altern

76

Somataviszerale Sensibilität

78 80

Grundlagen des Kreislaufsystems Regulation des Kreislaufsystems

34 36

Sexualentwicklung, Reproduktion und Altern

last- und Temperatursinn Schmerz und sensorische Informationsverarbeitung

Chemische Sinne Muskelphysiologie

Ablauf einer Kontraktion Skelett- und Herzmuskulatur Ablauf einer Kontraktion glatte Muskulatur Muskelmechanik

38 40 42

Motorik

Motorik - ZNS Motorik - Rückenmark und peripheres Nervensystem

44 46

82

Chemische Sinne - Geschmack und Geruch

Das visuelle System

84 86 88 90 92

Das Sehsystem - Grundlagen Abbildungsfehler und Therapie Signalverarbeitung in der Retina Farbensehen und räumliche Wahrnehmung Zentrale Verarbeitung visueller Signale

Das auditarische System Atmung

Atmung - Grundlagen Atmung - Gastransport im Blut Atmungsregulation und Pathophysiologie

48 50 52

Leistungsphysiologie

54

Arbeits- und Leistungsphysiologie

Energie- und Wärmehaushalt

56

Energie- und Wärmehaushalt

Niere

58 60 62

Wasser- und Elektrolythaushalt Niere - Grundlagen Niere - Stofftransport und Harnkonzentrierung

Der Säure-Basen-Haushalt

64

Der Säure-Basen-Haushalt

94 96 98

Auditarisches System - Grundlagen Auditarisches System Schallverarbeitung Hörprüfungen und Pathologie

Stimmbildung und Sprachverständnis

100 Stimmbildung und Sprachverarbeitung Das vestibuläre System

102 Vestibularorgan - Grundlagen und Signalverarbeitung 104 Vestibu läre Prüfungen und Pathologie lntegrative Leistungen des ZNS

106 Organ isation der Großh irnrinde (Kortex} 108 Das Elektroenzephalogramm 110 lntegrative Leistungen des ZNS

Das Blut - Grundlagen Der Mensch besitzt etwa 4-6 Liter Blut, was etwa 6 - 8 % des Körpergewichts entspricht. Blut besteht zu m einen aus dem korpuskulären Anteil (Erythro-, Leuko- und Thrombozyten; 42 %] sowie aus dem Blutplasma, einer eiweiß-und elektrolytha ltigen Flüssigkeit (58 %]. Blutplasma, das kein Fibrin mehr enthält und somit ungerinnbar ist, nennt man Serum. Die zellulären Bestandteile des Blutes bezeichnet man auch als Hämatokrit. Er wird in Prozent angegeben (Frauen 36 - 45 %, Männer 42 - 50 %] .

Normoblast

Retikulozyt

Erythrozyt

DNA im Zellkern

Ja

Nein

Nein

RNA Im Zytopl asma

Ja

Ja

Nein

Vorkomm en im Knochenmark

Ja

Ja

Ja

Vorkommen im Blut

Nein

Ja

Ja

I Tab. 1: Vergleich der verschied enen erythrozytären Ze lle n.

Erythrozyten

Osmotische Phänomene der Erythrozyten

99 % der Blutzellen sind Erythrozyten, so dass der Hämatokrit eigentlich dem Erythrozytenanteil im Blut entspricht. Erythrozyten sind kernlos, enthalten keine Mitochondrien und decken ihren Energiebedarf über anaerobe Glykolyse (I Tab. I ]. Sie werden im Knochenmark gebildet, wo sich die noch kernhaltigen Vorstufen der Erythrozyten in etwa fünf Tagen entwickeln und schließlich als Retikulozyten an das Blut abgegeben werden. Die Vorstufen unterscheiden sich hauptsächlich in ihrem Gehalt an Nukleinsäuren. Aus den Retikulozyten entstehen dann nach 1- 2 Tagen durch den Verlust der RNA die kernlosen Erythrozyten.

Bei intakter Erythrozytenmembran herrscht im Erythrozyten der gleiche osmotische Druck wie im Blutplasma. Legt man einen Erythrozyten in eine hypotone Lösung (teilchenärmer als das Plasma), so strömt aufgrunddes osmotischen Druckgradienten Wasser in den Erythrozyten hinein. Er nimmt dann eine Kugelform an (Sphärozyt) und kann sogar platzen, wenn der osmotische Druckun terschied zu groß wird. Diese osmotische Hämolyse sollte bei gesunden Erythrozyten erst in einer 0,5%igen Na Cl-Lösung erfolgen (Plasma hat 0,9 % NaCI ). Bei der sog. Kugelzellanämie ist die osmotische Resistenz der Erythrozyten sc hlechter, die Zellen hämolysieren schon bei höheren Konzentrationen. Im Gegensatz dazu führt eine zu hypertone Lösung zu einem Wasserausstrom aus den Erythrozyten. Die Zellen schrumpfen und nehmen die sog. Stechapfelform an.

Die Bildung der Erythrozyten wird durch das Hormon Erythropoetin stimuliert, das bei 0 2-Mangel (Hypoxie) von der Nierenrinde ausgeschüttet wird.

Erythrozytenparameter In einem Mikroliter Blut befinden sich etwa 5 Millionen Erythrozyten, wobei 90 % des Trockengewichts auf das Hämoglobin entfallen. Hämoglobin ist der rote Blutfarbstoff und besteht aus vier Polypeptidketten mit je einer Farbstoffkomponente (Häm, s. S. 50) . Die Hämgruppe transportiert den Sauerstoff im Blut. Aus den Parametern Erythrozytenzahl, Hämoglobin und Hämatokrit kann man die verschiedenen Erythrozytenindizes berechnen:

t MCH = mittleres korpuskuläres Hämoglobin = Hämoglobinmasse in einem einzelnen Erythrozyten (Normwert 28 -33 pg/Zelle) MCH = Hämoglobinkonzentration (g/ dl) . I 0 Erythrozytenzahl ( 106/ 1-11 ) t MCHC = mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration = Hämoglobinkonzentration im Erythrozyten (Normwert 33 - 36 g/ dl) MCH C = Hämoglobinkonzentra tion (g/dl ) · 100 Hämatokrit

t MCV = mittleres korpuskuläres Volumen = Volumen des Erythrozyten (Normwert 80 - 86 11m3 ) MCV = Hämatokrit - I 0 Erythrozyten zahl ( 106/ IJI)

Die Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit (BSG) In ungerinnbarem Blut sinken Erythrozyten aufgrund ihrer höheren Dichte im Plasma langsam ab. Nach Westergren werden I ,6 ml venöses Blut mit 0,4 ml Na+·Zitrat ungerinnbar gemacht und anschließend in einem 20 cm langen Röhrchen aufgestellt. Nach einer Stunde sollte die Plasmasäule I cm, nach 2 Stunden maximal 2 cm aufweisen. Ist die Plasmasä ul e nach der vorgegebenen Zeit länger, so könnte dies fü r einen entzündlichen Prozess oder eine Tumorerkrankung sprechen. Die schnellere Senkung w1rd durch Agglomerine verursacht. Diese Proteine bewirken eine gesteigerte Verklebun g der Erythrozyten und somit ei n schnell eres Absinken. Auch ein erniedrigter Hämatokrit führt zu einer schnelleren BSG.

Entzündung, Tumor und Anl mle fQhren zu einer erhöhten BSGJ

Anämie Ein e Anämie bezeichnet in n rni dri t n Hämo I binw rt im Blu t (I Abb. I ), wob i Erythrozyt nza hl und Hämatok rit dabei zusätzlich erni dl'i t s in könn n. Di Erythr zyt nlndi z s M V, M H und M H sind für di Diagnostik entscheidend . Der B ri ff normozytär (normal Zellform ] bezieht sich dabei auf das Ery throzyt nvolum n, d r B griff

Das Blut

16

I

17

I Abb. 1: Die häufigst en Ursachen von An ämien. Blutvmust

[5)

normochrom (normaler Eisengehalt) auf den Hämoglobingehalt des Erythro· zyten.

Blutplasma Der Hauptantei l des Plasmas (90 %) besteht aus Wasser, die restlichen 10% machen feste Bestandteile wie Proteine, Elektrolyte, Lipide, Kohlenhydrate, Vitamine und Enzyme aus. Der osmotische Druck ist dabei ein Maß für die Konzentration der gelösten Stoffe. Der kolloidosmotische Druck hingegen bezeichnet den Druck, der nur von den Proteinen aufgebaut wird.

Verminderte Erythropoese

Blutungsanämlen

Elsenmangelanämlen

• Zu häufige oder zu starke Menstruationsblutung • Magengeschwür • Hämorrhoiden • Danntumoren (z. B. Dickdarmka12inom) • Blasenka12inom

Infektlös-toxische Anämlen

• Schwangerschaft • Gestörte Eisenre-

Eisenverwert ungsstörung

Hyperchrome Anämlen • Vit.-8 12 -Mangel Folsäure·Mangel

.

Anämien

Erbkrankheiten

(z. B. Sichelzellenanämie) Infektionen

Künstliche Herzklappen

• Vergiftungen • Autoimmun· erkrankungen

Erythropoetin-Mangel Chronische Niereninsuffizienz

akute En tzü nd u ng

no rm al

Albumin ~

a,.a2,ß t

.. ..•'..

. :.

Leberzi rrh ose

... •' .. .. ....

l

!\

Albu mi n ~

y

nephrotisches Synd rom

t

Albumin~ a,.~t

"'

I

'

-

I Abb. 3: Serumelek trop horese. a) Norma lbefu nd, b - d) Muster bei untersc hied liche n Erkrank ungen. (nach 17])

Zusammenfassung ac Blut besteht zu 58% aus Plasma und zu 42% aus festen Bestandteilen. ac Erythrozyten stellen 99% der korpuskulären Anteile und werden im Knochenmark gebildet. Nach ihrer Reifung sind sie kernlos und besitzen keine Mitochondrien.

ac

Der Hämatokrit ist der korpuskuläre Anteil des Blutes in Prozent ausgedrückt.

ac Mittels MCV, MCH und MCHC können Anämien diagnostiziert werden. ac Die Serumelektrophorese dient der Diagnostik von Erkrankungen, die mit I

Abb . 2: Normalbefund der Serume lektrophorese. (n ach [6])

,...

Pluspol (Anode). Immunglobuline (Antikörper) hingegen wandern nur bis zur y-Bande, bleiben also dicht bei der Kathode. Bei verschiedenen Erkrankungen ändert sich dieses Muster (I Abb. 3).

d

Anode

. ' ,,

Albumin 55- 69%r-- - - -- - - ,

Plasmaproteine

Kaihode

..

Hämolytische

. ..

durch • Tumor • Chronische Entzündung

sorption im Darm

• Mangelernährung

Dabei spielen auch Ladungsunterschiede der Proteine eine Rolle. Zum Beispiel wandert das negativ geladene Albumin aufgrund seiner niedrigen Molekülgröße am weitesten in Richtung

Der osmotische Druck im Plasma beträgt 280 - 295 mosmolfkg. Der kolloidosmotische Druck beträgt 25 mmHg. Das entspricht der Wirksamkeit einer 0,9 %igen Isotonen Kochsalzlösung.

Am Gesamtproteingehalt des Plasmas hat Albumin, ein Transportprotein, den größten Anteil. Es gibt noch eine Reihe anderer Plasmaproteine, die Transportfunktion, osmotische Wirkung, Pufferfunktion und Immunabwehr zur Aufgabe haben . Durch die sog. Serumelektrophorese lassen sich die Plasmaproteine nach ihrer Größe auftrennen (I Abb. 2).

Gesteigerte Hämolyse

Veränderungen der Plasmaproteine (Dysproteinämien) einhergehen.

Blutgerinnung und Fibrinolyse Physiologisch findet Gerinnung nur statt, wenn die Gefäßwand verletzt ist (I Abb. I). Diese bildet eine Trennschicht zwischen Gerinnungsfaktoren und Blut. Unter pathologischen Bedingungen kann es aber auch zu einer intravasalen Aktivierung der Gerinnung ohne Gefäßwandverletzung kommen.

Blutstillung

Gefäßreakt ion

Gerinnung Endogene Aktivierung Prothrombin

~

Exogene Aktivierung

r==:'

Thrombin

Fi broblas ten wa ndern ein

Thrombozyten ......,.. Organisierter Thrombus - . Endgültiger Thrombus Thrombozytenpfropf Verletzung Thrombozyten (Blutplättchen) sind kernlose Zellen, die aus den mehrI Abb. I: Blutsti llung und Blutgerinnung. [5) kernigen Megakaryozyten des Knochenmarks hervorgehen. Sie zirkulieren für 7- I 0 Tage im Blut und werden dann in an deren Ende die Bildung eines roten der Milz abgebaut. An der Außenseite steht (I Abb. 3). Dieser entverschieThrombus sich finden Wird nur das Endothel eines Gefäßes verder Thrombozyten letzt, dann wirkt das Intrinsische System. das Fibrinfäden, aus Netzwerk ein hält dene Oberflächenrezeptoren, die teilNach größeren Verletzungen mit EinbluDamit einschließt. weise erst nach Aktivierung der Blutplätt- auch Erythrozyten tung in das umliegende Gewebe wird das der Thrombus stabil wird, muss aus chen exprimiert werden. Diese Rezepextrinsische System aktiviert. dem flüssigen Vorläufer Fibrinogen das toren sind Glykoproteine, weshalb sie GP Ia/ lla, GP lla/ lllb und GP lb heißen feste, stabile Fibrin werden. Inhibitoren des Gerinnungs(I Abb. 2). Blutplättchen enthalten in systems ihrem Zytoplasma verschiedene GranuAlle Gerinnungsfaktoren sind Enzyme la, die mit Ad häsions- und Aggregationsoder Kofaktoren (Ausnahme: Fibrinogen). Damit eine übersch ießende Blutgerinfaktoren gefüllt sind (ADP, Serotonin, Alle Enzyme der Gerinnungskaskade sind verhindert wird, müssen gerin2 nung XIII). Faktor . (Ausnahme: V) Faktor Sennproteasen Faktor, von-Willebrand, + Ca Serinproteasen können Peptide mittels nungsfördernde und gerinnungshemder Aminosäure Serin in Ihrem aktiven mende Substanzen im Gleichgewicht Die Blutgerinnung Zentrum hydrolysieren. stehen . Fällt ein Hemmstoff aus, so steigt das Thromboserisiko an. Folgende FakDie Wundstillung basiert auf drei Protoren zählen zu den Gerinnungsinhibizessen: toren: ~ Mediatoren der Thrombozyten (SeroI Antithrombin: Inaktivierung von tonin, ADP und Thromboxan A 2 ) Thrombin (Faktor lla) sowie Faktoren führen zur Vasokonstriktion und dam it Thrombozyten \---- --Xa, !Xa, Xla und XI Ia. Die Wirkung von \ zur Drosselung der weiteren Blutzufuhr. Antithrombin wird durch Heparin mas~ Nach 1-3 Minuten bildet sich aus zuverstärkt (I Abb. 4) . siv ein sammengelagerten Thrombozyten C: Wird durch Thrombin aktiProtein I sog. weißer Thrombus, der die defekren V und Gerinnungsfakto Die viert. te Gefäßwand verschließt. Da die Verin· -abhängig Vitamin-K werden VIII letzung der Gefäßwand Kollagenfasern, Fibrinolyse die wird zusätzlich aktiviert, Fibronektin, Laminin und Vitronektin induziert. :reilegt, können die Blutplättchen über GPia/lla ~ Protein S: Vitamin-K-abhängiger KoJ berflächenrezeptoren anheften {PlättGP lb/IX faktor des Proteins C. verBlutplättchen Die :henadhäsion). GP ll b/ lll a < ADP, indem ihre Form und schütten Q vWF Serotonin, von-Willebrand-Faktor (lnterCumarine hemmen die Vltamin-K-abhln:nediärmolekül) und Faktor V aus (Plätt- ........_ Fibrinogen glgen Gerlnnu111afaktoren II, VII, IX und chendegranulation), was zur PlättX. (Merke: 9, 10, 7,2 -+ 1972 waren die I Abb . 2: Thrombozytenaggreg ation . Blutp lä ttchen Olymplachen Spielein MQnchen.) binden über GP-Ia/ ll a-Reze ptoren an frei liegende chenaggregation führt, also zur VerKoll age nfasern der Gefäßwand. Al s Adapterm olenetzung der Blutplättchen durch kü l zw isc hen Kollage n und GP-Ib-Reze plo r dienI Fibrinogen (I Abb. 2). der von-Willebrand-Fakto r. Über Fibrinoge n-Brü~ Die Aktivierung von Gerinnungsfak cken zwischen den GP-III a/ ll b-Reze ptoren vernetzen sich die Blutp lättchen. [8) toren führt zu einer Enzymkaskade , I

=

D as B l u t

18

I

19

Extrlnsis·c hos Sys lcm Gewebsverletzung

Endolhelverlelzung

+

Name

Aktive Form

Fibrinogen

Fibrinmonomer

Prothrombin

Serinprotease

111

Gewebefaktor

Rezeptor / Kofaktor

IV

Kalzium

Faktor

Vltamin-K-abhinglg

Gewebefaktor (111)

xrr -

+ XI

xua

Vlla J _ VII

!

Ca2•

X

.__..... X la

J+Ca

2

IX

•

- - - + IXa

!

Ca' • V lila

VIIl -

Faktor IV

}

Faktor V PhosphOiipide

- - --

-

Proaccelerin

VI

Aktivierter Faktor V

VII

Prokonvertin

Serinprotease

Hämophilie-A-Faktor -

Kofakt or

VIII

--,

Kofaktor

V

X

antihämophiles Globulin A

jProthrombin (II) j- - ----'----'--+1Thrombin (tta) 1-- - ----,

I

Fibrinogen (I)

1- - - "'j------+

IX

Hämophilie-B-Faktor

~

Serinprot ease

X

X

antihämophiles Globulin B Fibrinmon omer

~

XIII

~

Fibrinpolymer

!- - - -

l

X lila

Christmas-Faktor

X

Stuart-Prower-Faktor

Serinprotease

XI

Rosenthai-Faktor ~

Serinprotease

Plasma-Thromboplast inAntecendent (PTA)

I

Abb _ 3: Schema der Blutgerinnung mit Auflistung der Gerinnungsfaktoren.

[341

XII

Hagemann-Faktor

Serinprotease

XIII

Fibrinstabilisierender

Transglutaminase,

Faktor

Kofaktor

Laborwerte zur Überprüfung der Blutgerinnung Heparin-Therapie die häufigste Ursache einer PTT-Verlängerungdar.

Quic k-Wert

Die Messung der Thromboplastinzeit ist ein Test für das extrinsische System. Dem Patientenplasma wird dabei Thromboplastin und Ca2+ zugesetzt. Pathologisch erniedrigt ist der Quick bei Faktor-VII- und Faktor-V-Mangel sowie bei einer Störung der gemeinsamen Endstrecke der Gerinnungskaskade. Der Normwert ist 0,9-1, 15. Heutzutage wird lieber der INR (International Normalized Ratio) bestimmt, da dieser nicht laborabhängig ist. Der Normwert beträgt 1,5 - 2. Bei einer gerinnungshemmenden Thera· piemit Cumarinen ist ein Wert von 2-3 anzustreben. PTT Die partielle Thromboplastinzeit ist ein Test des intrinsischen Systems und wird gemessen, indem dem Patientenplasma ein Oberflächenaktivator, ein Thrombozytenersatz sowie Ca2 + zugesetzt werden. Bei Mangel an Faktoren XII, XI, IX und Vl ll ist die PTT verlängert. In der Klinik stellt eine

Fibrinolyse Das Fibrinolysesystem baut nach erfolgtem Wundverschluss die funktionslos gewordenen Blutgerinnsel ab. Damit wird die Gefäßdurchlässigkeit wieder gewährleistet. Das im Plasma vorkommende Plasminogen wird zu Plasmin aktiviert, das an Fibrin bindet und die Proteolyse der Fibrinpolymere in Fibrinspaltprodukte bewirkt. Diese Fragmente können anschließend von Makrophagen phagozytiert werden (I Abb. 4).

Zusammenfassung X Die Wundstillung besteht aus Vasokonstriktion, Plätt-

chenadhäsion, Plättchenaggregation und Gerinnungskaskade. X Das extrinsische System wirkt bei Gewebeverlet-

Physiologische Aktivatoren (z.B. 0 2 -Mangel im mangeldurchbluteten Gewebe, Urokinase, t PA)

FXIII verhindert

(vorzeitige) Fibrinolyse

Endgulttger bzw. orga-

...

msrerter Thrombus •

.

...

Frbnn

' - - - - -- - - l Plasminogen

(±)

Streptokinase

Urokinase

r-tPA

Therapeutlsche Aktivatoren

Antiplasmine

reinen Gefäßwandschäden.

X Bei den Enzymen der Gerinnungskaskade handelt es sich um Serinproteasen (Ausnahme Faktor XIII).

Plasmin -~~-Ef)(±)Ef)

d l

zungen mit Einblutung, das intrinsische System bei

l

Fibrinbruchstücke

X Zu den Inhibitoren des Gerinnungssystems zählt man Antithrombin, Protein C und Protein S. Sie verringern das Thromboserisiko.

Thrombus löst sich auf

X Durch Aktivierung von Plasminogen zu Plasmin wird

Gefäßwandendothel wäclut über den Thrombus

die Fibrinolyse eingeleitet, die zur Auf lösung eines Blutgerinnsels führt.

I

Abb. 4 : Schema d er Fibrinolyse . tPA - type plasminogen activator.

[51

Das Immunsystem I Zum Sch utz des Organismus vo r Bakterien, Viren und Tumor- t MHC-II-Antigene kommen auf antigenpräse ntierend en zellen unterscheidet das Immunsystem zwischen körpereige- Zellen vor (Makrophagen, B-Zellen), präsentieren exogene nen (endogenen) und körperfremden (exogenen) Stoffen. Antigene und erm öglichen die In teraktion mit CD4-RezepAngeborene unspezifische Abwehrmechanismen sind: tore n der I-Helferzellen . Sie bestehen aus einer a- und einer ß·Transmembrankette mit je zwei Domänen. t Säureschutzmantel der Haut MHC-11-Präsentierung auf Zellen t Magensäure t Fieber MHC-11 wird im endoplasmatisc hen Retikulum (E R) ei nes t Phagozyten B-Lymphozyten zusammen mit ei ner sog. invarianten Kette t Komplementsystem. synthetisiert, welche die Peptidbindungsstelle blockiert, bis sie in Endosomen durch proteolytische Enzyme (Cathepsin ) Zu den erworbenen spezifischen Abwehrmechanismen zerlegt wird . An ihrer Stelle bindet das Peptid CLIP (Ciass-2zählen: assoziiertes-invariante-Kette-Peptid) an die Antigengrube vo n MH C-1 1. Bei Anti genkontakt werden bakteri elle Peptide ant Humorale Abwehr der B-Lymphozyten [Antikörperbildung) stelle des CLIP an die Antigengrube geb unden. Das fertige t Zelluläre Abwehr der I-Lymphozyten [zytotoxische WirMHC-11 wird samt Antigenbruchstück an der Zelloberfl äche präsentiert [I Abb. I ). kung). MHC-1 - Präsentierung auf Zellen

Antigene

Jede Substanz, die Zellen des Immunsystems bindet, ist ein Antigen. Wird eine Immunantwort ausgelöst, so ist das Antigen ein Immunogen. M HC-Antigene

MHC-An tigene [major histocompatibility complex) sind Oberflächenantigene, die in zwei Klassen (MHC-I und MHC-II) auf fast allen Zellen vorkommen. Befinden sie sich auf Leukozyten, heißen sie HLA (human leukocyte antigene). Bei Knochenmarkspenden sollten möglichst viele HLA-Gene übereinstimmen, um eine Abstoßung zu verhindern . t MHC.J.Antigene kommen auf allen kernhalogen Zellen vor, präsentieren endogene Antigene und ermöglichen die

In teraktion mit CD-8-Rezeptoren der zytotoxischen T-Zellen. Sie bestehen aus einer a-Kette mit drei Domänen und einem ß2-Mikroglobulin.

Zelleigene und virale Proteine werden über MHC-1präsentiert Die in Proteasomen produzierten Peptidfragmente werden über Tap 1/2 -Transporter der ABC- Familie ins ER transportiert, wo die schon synthetisierte a -Kette des MH C-1die neuen Peptide aufnimmt Der MHC-1-Komplex wird mit ß2 Mikroglobulin vervollständigt und über vesikulären Transport vom Golgi-Apparat an die Zelloberfläche gebracht (I Abb. 2). Zellen des Immunsystems

Das Immunsystem beinhaltet Lymphozyten, die sich aus Jvrnphatischen Stammzellen im Knochenmark zu Vorläuferzellen entwickeln. In den primären lymphatischen Organen reifen sie zu T-Lymphozyten (Thym us) und B-Lymph 0 _ zyten (Knochenmark) heran und differenzieren sich nach Antigenkontakt in den sekundären lymphatischen Organen (Lymphknoten, Milz, Tonsillen, Appendix, Peyer-Piaques) _ Weiterhin existi eren NK-Zellen (natürliche Killerze llen), die unspezifisch virusinfizierte Zellen und Tumorzel len abtöten.

Antig~ n

Oberflächenexpression

Oberflächenexpression Endozytose

MHC-Kompartiment

•

ß~~cra n t i g e n e s .... •

•


~

CLIP

Peptid

O ~MHC -Kiasse II

p @ 0

0

Proteolyse

~ endoplasmatisches Retikulum

I Abb . 1: Antigenpräse ntation: MHC-11-Weg. (nach 19])

~ antigenas Peptid

zytosolische Antigene

1

''"""m

MHC-Kiasse I TAP-1/2

~

' /( •. Peptid e

I Abb . 2: Antlgenpräsen tation: MHC-1-W g. (n ac h 19!)

Das Immunsystem

B-Lymphozyten

B-Lymphozyten gehören zum humoralen Abwehrsystem und reagieren spezifisch auf Antigene. Nach Reifung im Knochenmark wandern sie in die sekundären lymphatischen Organe ein und entwickeln sich nach Antigenkontakt zu antikörperprod uzierenden Plasmazellen oder zu B-Gedächtniszellen.

T-Zeii-Typ

ZytotoxischeT-Zelle

T-Helferzelle

CD (cluster of

CDB

CD4

Reagieren auf Zellen mit Fremdantigenen (z. B. Viren) und töten diese durch zytotoxische Substanzen

Nach Kontakt mit einem B-Lymphozyt schüttet die T-Helferzelle Zytokine aus, deren Aufgabe die Umwandlungdes B-Lymhozyten in eine Plasmazelle ist.

Aufgabe

(Perforin).

I

I-Lymphozyten bilden das zelluläre Abwehrsystem und reagieren spezifisch auf Antigene. Nach Reifung im Thymus werden sie in den sekundären lymphatischen Organen durch Antigenkontakt zu zytotoxischen T-Zellen, I-Helferzellen oder T-Suppressorzellen umgewan· delt (I Tab. 1). T-Zellen haben auf ihrer Oberfläche I-Zell-Rezeptoren (I Abb. 3), die in der Zellmembran fest verankert sind und aus einer a· und einer ß-Kette bestehen. Der Rezeptor wird über Disulfidbrücken stabilisiert. T-Helferzellen (THOl teilen sich über ihr Zytokinmuster in TH,- und TH2-Zeilen auf. TH1-Zellen aktivieren über IFN-y Makrophagen und stimulieren T-ZeUen über IL-2. T"2-leilen aktivieren 8-Zell~n Dber IL-4 und hemmen Makrophagen überiL-10.

T-5uppressorzelle

differentiation)

Reaktion auf Antigene

T-Lymphozyten

I 21

20

MHC-1

Sie unterdrücken spezifisch die Immunabwehr und wirken auf B-Zellen und T-Helferzellen . Bei Mangel kommt es zu Autoimmunerkrankungen. Sie können sich aus zytotoxischen T-Zellen entwickeln .

MHC-11

Tab. 1: Vergleich der ve rschiedenen T-Zellen.

sog. B-Zell-Rezeptor (transmembranöses Immunglobulin IgM oder lgD), um es dann samt Rezeptor in sich aufzunehmen und zu zerlegen. Die Proteinbruchstücke des Antigens werden über MHC-II-Proteine auf der Zelloberfläche präsentiert und dann von T-Zeli-Rezeptoren auf der Oberfläche von T-HelferZellen [CD4) gebunden. Nach diesem ersten Kontakt werden von den T-Helferzellen weitere Moleküle auf ihrer Oberfläche exprimiert, die wiederum mit den B-Lymphozyten in Verbindung treten [CD40 ). Außerdem schütten die I-Helferzellen Zytokine aus. Dabei ist Interleukin 4 für die Umwand lung der B-Zelle in eine antikörperproduzierende Plasmazelle verantwortlich (I Abb. 4).

~~~~~~e !gM-Monomer mphozyt

\

HLA-11

~ ~ Ä~~~~~~erte/s

~ CD40 Präsentation\

~...,-,..rm•

lnterleukin 4

Proli-

feration

Antikörper Differen-

zierung

Bildung von Antikörpern

I \

I \ Plasma-

zellen

Antikörper werden nach Antigenkontakt von den Plasmazellen gebildet. Der B-Lymphozyt bindet das Antigen am

1\

I Abb. 4: Interaktion von B-Lymphozyten und T-Helfe rze llen zur Bildung von Antikörpern . [nach 10)

Synthese ~ ~ ).",~ der Immunglobuline

N N

Zusammenfassung V-Region

• Zur angeborenen Immunabwehr zählen Fieber, Magensäure und Komplementsystem. Erworben sind Antikörperbildung und zytotoxische lmmunabwehr. • Antigene sind Oberflächenstrukturen von Zellen. Sie können endogen oder exogen sein. Verursachen Antigene eine lmmunantwort, nennt man sie

C-Reglon

lmmunogene. B-lymphozyten können sich zu Plasmazellen umwandeln und danach Antikörper bilden.

Zellmembran \ öööö)

c c Zytosolselte

I Abb. 3: Aufbau des T-Zeii-Rezeptors. 131

• Bei den T-Zellen unterscheidet man zytotoxische T-Zellen, T-Helferzellen und T-Suppressorzellen.

Das Immunsys tem II Aufbau von Antikörpern (Ak)

t Opsonierung (Opsonine C3b und C4b) t Induktion der Mastzelldegranulierung durch die Anaphyla toxine C3a und CS a sowie Steigerung der Gefäßpermeabilität mit Du rchwanderung von Entzündun gszellen und Zywkinen t Aktivierung und Alllockung (Chemotaxis) von Phagozyten (C3b und C5a) t Bindung an Im munkomplexen (C3b) t Osmotische Lyse von Zielzellen (CSb-9): Der Membranangriffskomplex induziert Poren (I 0 nm Durchmesser) in der Zielzelle, durch die H20, Ionen und Enzyme in die Zelle eindringen.

Variable Antigen-Bindungsstelle

j

I

AK wandern bei der Elektrophorese in FabFrag- VL die y-Fraktion und werden daher auch mente Immunglobuline oder y-Globuline CL genannt Sie bestehen aus zwei schweS-5 PapainPapainren (eng!. heavy) H-Ketten und zwei Fe- Schnitt' SchnittFrag- p unkt punkt leichten (eng!. light) L-Ketten (I Abb. I), mente die über Disulfidbrücken zwischen H- und L-Ketten, in der Gelenkregion Schwere Kette zwischen den H-Ketten und innerhalb (ll. ö, y, E oder a) der einzelnen Ketten stabilisiert werden. L- und H-Ketten besitzen je einen I Abb. 1: Struktur ein es Immunglobulins (lgG) . V, variablen und einen konstanten Teil. ; variabler Anteil der leichten Ketten, VH= variabDer konstante Teil ist u. a. für Komple- ler Tei l der sc hweren Ketten, C, = konstanter Ant eil der leichten Ketten, eH= konstanter An t ei l der mentbindung, Bindung an andere Zellen sc hwere n Ketten, F,, = antigen b ind endes Fragund Durchdringen der Plazentaschranment, F, = crystalli zable Fragment. (nac h 111)) ke zuständig. Der variable Teil ist sehr antigenspezifisch und heißt Paratop. Leukämien und Tumoren eingesetzt werden. Sie werden von einem einzelt Paratop -+ Antikörperbereich, der mit nen B-Zellklon produziert und sind dadem Antigen (Epitop) reagiert. her nur für ein einziges Antigen spezit Epitop-+ Antigenbereich (antigene fisch. Damit die B-Zellen sich unendlich Determinante}, der an einen AK oder T-zeii-Rezeptor bindet oft teilen können, werden sie mit entarteten Myelomzellen, die sich unkontrolliert teilen, fusioniert. Antikörperklasse n Jede Plasmazelle prod uziert nur eine der fünf Antikörperklassen (IgG, IgE, lgD, lgA und IgM, I Tab. I). Durch die genetische Flexibilität der Plasmazellen kann der Organismus etwa I 08 (!) verschiedene AK gegen Antigene bilden, was durch Umlagerung von Genen auf DNA-Ebene (somatische Rekom bination) erreicht wird . Monoklonale Antikörper Monoklonale AK sind synthetisch hergestellte AK, die u. a. bei der Therapie von

Immunglobulin-

kDa, Struktur

Zytoklne werden u. a. von B-Lymphozyten, T-Lymphozyten, Makrophagen und Epithelzellen gebildet und wirken an ihren Zielzellen über Rezeptoren (I Tab. 2), die zur Familie der Januskinasen (JAK) zählen. Durch Zytokinbindung lagern sich die als Monomer vorliegenden Rezeptoren zu Dimeren zusammen und phosphorylieren dann dieSTAT (signal transducers and activators of transcription). Zwei STAT wan-

Das Komplementsyste m

Das Komplemen tsystem besteht aus 30 in der Leber synthetisierten Proteinen, von denen acht als Hauptfaktoren gelten (I Abb. 2). Im klassischen Weg wird das Komplementsystem mittels Antigen-Antikörper-Komplexen (lgM oder JgG) aktiviert. Der alternative Weg wird durch Polysaccharid-Zellwandkomponenten des Antigens (gra mnegative Bakterien) aktiviert. Die Funktionen des Komplementsystems sind:

Funktion

leiaase

HWZ

Anteil

(Tace)

(%)

20

70 - 85

lgG

150, Monomer

Plazentagängig, Komplementaktivierung (klassischer Weg), späte Abwehrphase, Rhesus-Antikörper

lgE

190, Monomer

Ak tivierung von Mastzellen, allergi sche Reaktion, Parasitenabwehr

lgD

150, Monomer

Oberfl äch enrezeptor von B-Lymphozyten

3

< I

lgA

300, Dimer

Lokale Abwehr an Schleimhäuten und in Körperf iOssigkeilen

6

10 - 15

lgM

900, Pentamer

Komplemenl aktivi erung (k lassisc her Weg), Agglut ination im ABO-System, früh e Abwehrphase

5

5- 8

1 Tab .

Zytokine und andere Mediatoren

1: Antik ö rperk lassen und ihre Eigen schaft e n . HWZ • Ha lbwerts zeit.

Klassischer Weg

Alternativer Weg

Cl

Zellwände gramnegativer Bakterien

~-

Ag-AK-Komplexe (lgG, lgM)

(3

C4bC2b (phagozytosefördernd)

C3a (Vasodllatallon)

~

: Po ) i11vc Ver) t.'u kung 1(Ampllf lkltt lon)

C3b (Chemotaxis, Opsonlerung)

es

<1

51)6789 Membranan rlffskompl x

I

Abb. 2: Das Ko mp l m nl yst m Im Üb rb ll k. 1

Das Immunsystem

22

I 23

I Tab . 2: Einzelne Zytokine und ihre Funk t ionen. Zytokin

Herkunft

Funktion

ll- 1

t Makrophagen t Monozyten t B-Lymphozyten

Vermittlung von Entzündung und Fieber; Makrophagen werden in ihrer Phagozytosefähigkeit gesteigert, T-Helferzellen schütten mehr IL-2 aus

IL-2

t T,-Helferzellen

B-Zellen wandeln sich zu Plasmazellen um, T-Lymphozyten schütten mehr IL-2 aus

t T,-Helferzellen

B-Zellen wandeln sich zu Plasmazellen um

ll -4

t Phagozyten t Mastzellen

IL-5

t T,-Helferzellen t Phagozyten

8-Zellen wandeln sich zu Plasmazellen um

t Mastzellen

dern als Komplex in den Zellkern ein und wirken dort als Transkriptionsfaktoren . Blutgruppen

IL-10

t T-Helferzellen

Hemmung der Zytokinproduktion und Antigenpräsentation von Makrophagen

TNF-a (Tumornekrosefa ktor)

t Monozyten t Natü rliche Killerzellen

Toxizität gegen Tumorzellen, Vermittlung des septischen Schocks

IFN-<>. (Interferon)

t Leukozyten

Antivira le Aktivität, Expression von MHC-1-Antigenen

Rhesussystem

Das Rhesussystem wird von den drei Oberflächen-Antigenen C, D und E gebildet. Die größte immunogene Wirksamkeit besitzt Antigen D. Wird es

Unsere Blutgruppen werden unter anderem durch Oberflächenantigene des ABO- und des Rhesussystems bestimmt.

Bestandteile

ABO-System

Die Blutgruppenantigene des ABO-Systems sind Glykoproteine und befinden sich auf den Erythrozyten, kommen jedoch auch auf fast allen anderen Körperzellen vor. Als Grundsubstanz besitzt jedes der Antigene die sog. H-Substanz, die aus Galaktose und Fucose besteht. Träger der Blutgruppe 0 haben nur die H-Substanz auf ihren Erythrozyten. Bei Blutgruppe A ist an die H-Substanz noch ein N-Acetyl-Galaktosamin (NAGA) angeknüpft, bei Blutgruppe Bein Galaktoserest (I Tab. 3). Die meisten Menschen besitzen je nach Blutgruppe AK gegen fremde Blutgruppenantigene (lsohämagglutinine), auch wenn niemals Kontakt zu fremden Erythrozyten bestand (I Tab. 3) .

nachgewiesen, so ist der Patient rhesuspositiv, im anderen Fall rhesus-negativ. AK gegen Rhesus-Antigene sind nicht angeboren und werden erst nach Kontakt gebildet.

0

H-Substanz

Keine

Anti-A und Anti-8

AA

H-Substanz + NAGA

Ag-A

Anti-B

AO

H-Substanz und H-Substanz + NAGA

Ag-A

Anti-8

88

H-Substanz +Galaktose

Ag-B

Anti-A

BO

H-Substanz und H-Substanz +Galaktose

Ag-B

Anti-A

AB

H-Substanz + NAGA und H-Substanz +Galaktose

Ag-A und Ag-8

Keine

I

Tab. 3: Die versc hiede nen Blutgruppen. Wird Blut gespendet, so besitzt die Blutgruppe des Spenders eine Antigenw irk ung. Die AK des Empfängers kön nten auf die An tigene des Spenderblut es reagieren, fa ll s die Blutgruppen nicht kompatibe l sind. Dann kommt es zur Hämo lyse.

Zusammenfassung • Man unterscheidet fünf Antikörperklassen (lgM, lgG, lgA, lgE und lgD). Ihre Grundstruktur besteht aus zwei H- und zwei L-Ketten, die durch Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. • Das variable Ende eines AK definiert die Antigenbindungsstelle, der konstante Teil die Komplementbindungsstelle. • Der klassische Weg des Komplementsystems wird durch Antigen-Antikörper-Komplexe, der alternative Weg durch direkte Aktivierung mit dem Antigen induziert. • Die Oberfläche der Erythrozyten weist Oberflächenantigene (Glykoproteine) auf, durch die die Blutgruppen des ABO-Systems definiert werden. • Rhesus-positiv bedeutet, dass sich auf den Erythrozyten das Antigen D befindet.

Die Mechanik des Herzens Phasen der Herztätigkeit

somit eine Abkühlung des Blutes. Je geringer der Abkühlungs. effekt, desto größer war das Herzzeitvol umen.

Bei der Herzaktion unterscheidet man vier Phasen:

Druck-Volumen-Diagramm des Ventrikels

t Anspannungsphase: Alle Herzklappen sind geschlossen. Die Kammer kontrahiert isovolumetrisch und der interventri · kuläre Druck steigt an. Sobald der Druck in der Kammer den der Aorta übersteigt (> 80 mmHg), öffnen die Taschenklap· pen und das Herz befindet sich in der Austreibungsphase. t Austreibungsphase: Die Taschenklappen sind geöffnet. Die Ventrikel kontrahieren weiterhin, das Blut wird aus den Kammern in die nachfolgenden Gefäße gedrückt (Aorta und V. pulmonalis). In der Aorta steigt der Blutdruck auf ca. 120 mmHg. t Entspannungsphase: Alle Herzklappen sind geschlossen. Der Ventrikel dilatiert, der Druck der Kammer sinkt. Sobald der Druck in der Kammer unter dem des Vorhofs liegt, öffnen sich die Segelklappen und das Herz befindet sich in der Fül· lungsphase. II Füllungsphase: Die Segelklappen sind geöffnet. Blut fließt aufgrund des Druckgradienten aus den Vorhöfen in die Kammern . Zum Ende der Füllungsphase kommt es zur Vorhof· kontraktion, wodurch das restliche Blutvolumen aus dem Vorhof in die Kammer gepresst wird.

Ruhedehnungskurve Dehnt man den isolierten Herzmuskel bei geschlossenen Klappen durch definierte Flüssigkeitsmengen auf und misst die dabei entstehenden Drücke, so kann man die Ruhedeh· nungskurve aufzeichnen. Wichtig ist, dass der Herzmuskel dabei entspannt ist, damit nur die passiv en tstand enen Werte aufgezeichnet werden.

Kurve der isovolumetrischen Maxima Füllt man eine definierte Flüssigkeitsmenge bei geschlossenen Klappen in den Ventrikel, so wird sich gemäß der Ruhedehnungskurve ein entsprechender Druck messen lassen (Punkt A in I Abb. l =Vorlast). Lässt man nun den Ventrikel aktiv kontrahieren , ohne dass die Klappen geöffnet werd en (iso· volumetrisch ), dann entsteht eine Spannung. Es wird sich ein neuer maximaler Druck einstellen . Di eser liegt weit über dem Druck der Ruhedehnungskurve (Punkt B' in I Abb. l ). Wiederholt man diesen Versuch für verschiedene Punkte auf der Ruhedehnungskurve, so erhält man dementsprechend mehrere Maximaldrücke. Durch Verbindung der Maximaldrücke erhält man die Kurve der isovolumetrischen Maxima.

Kurve der isobaren Maxima Schlagvolumen und Herzzeitvolumen Das Schlagvolumen des Ventrikels beträgt etwa 70 ml. Dies entspricht der Hälfte des Blutvolumens, das sich nach der Füllungsphase in der Kammer befindet (Hälfte des enddiastoBsehen Füllungsvolumens ). Die Ejektionsfraktion hat somit einen Wert von 0,5. Das Herzzeitvolumen errech· net man, indem man das Schlagvolumen mit der Herzfre· quenz multipliziert (etwa 3,6 1/min; unter Höchstleistungen bis zu 30 llmin !). Ado lf Fick (1829 - 1901) entwickelte eine Methode zur Be· stimmung des Herzzeitvolumens (HZV). Er nutzte aus, dass die verbrauchte Sauerstoffmenge proportional zur geförder· ten Blutmenge des Herzens ist. Also kann man nach dem Fick'schen Prinzip den Sauerstoffverbrauch pro Minute durch die arterio·venöse Sauerstoffdifferenz (avD0 2) dividie· ren, um das Herzzeitvolumen zu erhalten. HZV = 0 2·Verb rauch/ min aVD02 0 2-Verbrauch/ min = arterielle 0 2·Konzentration - venöse 0 2-Konzentration

Dehnt man den Ventrikel durch Flüssigkeitsfüllung wieder auf und erreicht somit einen pa ~s iven Druck auf der Ruhedehnungskurve (Punkt A in I Abb. I ), so kann man nun den Ventrikel erneut kontrahieren l ass~ - aber diesmal mit geöff. n ten KlapEeD ! Die Flüssigkeit wird aus dem Ventrikel heraus. gepresst werden, wobei durch die for tlaufende Kontraktion der gemessene Druck im Ventrikel konstant bleibt (isobar). Man misst das nach der Kontraktion verbleibende Restvolumen (Punkt A' in I Abb. l ) für verschiedene Ausgangsvolurni m uf der Ruh edehnungskurve. Verbindet man die so erhaltenen Punkte, entsteht die Kurve der isobaren Maxima.

'öi Unto rsiOtzu~osmo~~m :t

j~

~~; ~~:~a~bn~~oss~~n~~ } Syslolo g~~ ~~~~~~~~=~~::~haso} Olnstolo

lsovol umotr~fCh o Moxln 1 '

\ '

•

I

140 · 120

B: Offnon dor TASChOr\kloppen

0 : Offn on dor Sogotktappon A'; moximnto lsobnrischo

Vorkllrzuno

Heu tzutage wird jedoch meistens die Thermodilutionsmethode angewendet. Dabei wird eine Lösung, die kälter als Blut ist, in den rechten Vorhof injiziert. Beim Durchfluss durch die rechte Kammer erfolgt eine Mischung mit dem Blut und

'

ß', 'ffinxhnnlo 1:~ovo l u mo t ri$Ch Kontrnktlon

40

.\!'lr!CJ.S.Iw ~.Ö ~ · ~ "·;· i~=e:::=-----0

~

70

111 0

Voltum;n (n)IJ

mfllllnm tu lti IJflfitlclltJ Kontnl kliQI I

I Abb . 1: Druck-Volumen-Diagramm d s V n1rik ls. V,

g

clllagvo lum n. [ll

---------------===~==============~--.c===~

Das Herz

I Abb. 2: Druck-Volumen-Diagramm des Ventrikels a) bei erhöhter Volumenbelastung (Preload) und b) bei erhöhter Druckbelastung (Afterlo ad). V, ~ Schlagvolumen . [ 1]

a

24 1 25

b

B'1

rn

B'

I

E

.s-"' <J

:J

0 140

140 135

120 80

120 100 80

40

40 140

Arbeitsdiagramm des Herzens

A,

Volumen [ml]

strömen als ohne Infusion. Infolgedessen ist das end diastolische Füllungsvolumen erhöht, wir haben ein erhöhtes Preload. Im Druck-Volumen-Diagramm des Ventrikels entspricht Punkt A1 dem Preload und ist dabei auf der Ruhedehnungskurve nach rechts verschoben [I Abb. 2a). Das Herz kann als Reaktion auf ein erhöhtes Füllungsvolumen über den Frank-Starling-Mechanismus das Schlagvolumen erhöhen. Diese Steigerung des Schlagvolumens erkennt man im Druck-Volumen-Diagramm an einer Verlängerung der Strecke B1 nach C1 im Vergleich zu der Strecke zwischen B und C. Dabei spielen zwei Mechanismen eine Rolle:

Diese Kurve ist nicht schwer zu verstehen, wenn man sich klarmacht, dass jede der vier Seiten des Parallelogramms eine der vier Herzaktionen darstellt. Punkt A liegt auf der Ruhedehnungskurve und gibt das Volumen und den Druck zum Ende der Füllung wieder. In der Anspannungsphase (Strecke A nach B) steigt der Druck, das Volumen in der Kammer bleibt hingegen gleich [isovolumetrische Kontraktion). Nun folgt die Austreibung (Strecke B nach C): Das Volumen nimmt ab, der Druck hingegen noch zu, da der Ventrikel weiterhin kontrahiert. Die Strecke C bis D gibt die Vorgänge der Entspannungsphase wieder. Dabei nimmt der Druck ab, das Volumen bleibt konstant. Als Letztes bleibt die I. Die Ca2+_Sensitivität des kontraktilen Füllungsphase [D bis A): In ihr nimmt Apparates wird verbessert das Volumen im Ventrikel und somit 2. Durch Dehnung der Sarkomere wird auch der darin gemessene Druck zu. die effektive Überlappung der Myofibrillen erhöht und somit die Kraft der Kontraktion gesteigert. Preload und Afterload

Die Nachlast (Afterload)

Steigt der Druck in der Aorta an [z. B. durch Engstellen der peripheren Blutgefäße oder Arteriosklerose), muss ein deutlich erhöhter Druck im Ventrikel aufgebaut werden, um die Klappen am Ende der Anspannungsphase zu öffnen. Punkt Bwird auf B1 verschoben [I Abb. 2b). Die Austreibung des Herzens ist erschwert, da das Herz sein Füllungsvolumen gegen einen erhöhten Druck in die Aorta pressen muss. Das ausgetriebene Volumen ist verringert, die Strecke B1 nach C1 kürzer als die Strecke B nach C. Das im Ventrikel verbleibende Restvolumen ist erhöht. Zu diesem erhöhten Restvolumen [DJ! kommt das normal große Füllungsvolumen in der Füllungsphase hinzu. Es resultiert somit ein erhöhtes enddiastolisches Füllungsvolumen (AJ! . Durch das gesteigerte Afterload wurde ein erhöhtes Preload erzeugt.

Zusammenfassung • Die vier Phasen der Herztätigkeit sind Anspannung, Austreibung, Entspannung und Füllung.

Die Vorlast (Preload)

Erhält ein Patient über einen venösen Zugang eine Infusion, so erhöht sich sein venöser Rückstrom zum Herzen. In der Füllungsphase wird somit ein größeres Blutvolumen in den Ventrikel

• Anspannungs- und Austreibungsphase entsprechen der Systole, Entspannungs- und Füllungsphase der Diastole. • Der Frank-Starling-Mechanismus beschreibt die Steigerung des Schlagvolumens als Reaktion auf ein erhöhtes Füllungsvolumen. • Ein Afterload wird sekundär in ein Preload umgewandelt.

Erregung am Herzen Das Herz ist autonom, d. h. es hätte auch nach Trenn ung von allen Nerven einen regelmäßigen Rhythmus von etwa 70 Schlägen pro Minute. Verantwortl ich dafür sind die Schrittmacher, wobei der primäre Schrittmacher im Sinusknoten, der sekundäre im AV-Knoten und der tertiäre im Kammermyokard (His-Bündel, Pu rkinje-Fasern, Tawara-Schenkel) liegt. Fällt der primäre Schrittmacher aus, so übernimmt der nachfolgende seine Aufgabe. Die erreichte Herzfrequenz wird dabei immer langsamer. Der charakteristische Ablauf der Erregungsausbreitung kommt durch die unterschiedlichen Leitungsgeschwindigkeiten im Erregungsleitungssystem zustand e (I Tab. I).

Ort der Erregung Sinusknoten

I

Vorhofmyokard

0,8 - I m(s

AV-Knoten

0,05 m/s

Kammersc henk el

2,5 m/s

Kamm ermyokard

0,5 - 2 m/ s

Tab. 1: Leitu ngsgesc hwindigke iten im Erregungsleit ungssystem des

Herzens.

aPhase 0: Die sch nellen Na+-Kanäle öffnen sich und sorge n für den steilen Aufstrich des kard ialen AP. Die Öffnu ng der Na+-Kanäl e wird hervorgerufen durch eine Vordepolarisation bis auf etwa - 60 mV. Nach ca. 1 ms schließe n sich die Na+. Kanä le spontan und sind nicht aktivierbar. Eine neue Erregung kann erst nach Ende der Refraktärphase erfolgen. aPhase 1: Ein kurzer K+-Ausstrom aus derZelledurch die lt0 -Kanä le (I Tab. 2) sorgt für eine temporäre Repolarisation. aPhase 2: Ein Ca2+.Einstrom in die Zelle ist für das Plateau verant\vortlich, das sich dadurch einstellt, dass K+-Ausstrom und Ca 2•-Einstrom einander die Waage halten. Die zugehörigen Kanäl e sind hauptsächlich Ca 2+-Kanäle vom L-Typ (long Iasting). T-Typ-Ca2+-Kanäle (lower threshold) spielen nur initial eine Rolle. t Phase 3: Die Repolarisation der Myokard zelle erfolgt durch ei n verzögertes Öffnen von K+.Kanä len (delayed rectifier == Auswärtsgleichrichter), die K• aus der Zelle ausströmen lassen t Phase 4: Durch Repolarisation wird der K•-Einwärtsgleich - · richter (inward rec tifier) aktiviert, der mittels K•-Ausstrom das Ruhemembranpotential sta bilisiert (I Tab. 2)

aSinusknoten --+ 60- 80 Schläge pro Minute t AV-Knoten--+ 40-55 Schläge pro Minute • Ventrikulärer Schrittmacher--+ 25-40 Schläge pro Minute

Die Weiterleitung eines im Sinusknoten generierten Aktionspotentials von Zelle zu Zelle erfolgt über Gap junctions (Glanzstreifen) (s. S. 8). Es gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip: Wird eine Zelle erregt, breitet sich diese Erregung auf alle Herzmuskelzellen aus. Die Erregung zwischen Vorhof und Kammer wird physiologisch jedoch nur über den AVKnoten übergeleitet. Aktionspotential am Herzmyokard

Das Aktionspotential am Herzmyokard unterscheidet sich grundlegend vom AP der Nerven- und Skelettmuskelzellen (s. S. 6). Vor allem Form und zeitliche Dauer sollten dabei beachtet werden. Das AP des Herzmyokards dauert etwa 200 - 400 ms, es ist also 100-mal länger als das der Nervenund Skelettmuskelzellen. Das AP des Herzmyokards kann in fünf Phasen unterteilt werden (I Abb. 1):

30

Leitungsgeschwindigkeit

Der Herzmuskelist nicht tetanialerbar, weil des Aktionspotentlai und der mechanische Kontraktionsproass etwa die stelche Dauer haben.

mV

0 - 30 -

Aktion spotent lai

Ionenstrom

Schwellen-

Schneller Na"-Ein strom, für Aufs trich des AP verantwortlich.

_ e9~e_n!i_a~ - -----

- 60

Ca''-Kanal vom T-Typ, für Platea u-Phase des AP der Herzmuskelzelle und fü r den Au fst rich am Sinu s- und AV·Knot en verantwort lich. Zu-

Ruhe-

- 90

Funktion

e~~e_n_t~~-

sä tzlich an elektromechanischer Kopplung beteiligt. N

0

~

.r=

"-

~

"' .r= 0..

,."

~

~

"' .r= "-

Intrazellulär

.r= "-

K•

..-

1,.,..,- HCN

~

Unselektiver Kationenkanal, v rantwortli ch für die dia stoll sehe 0 polarlsat ion der Schrittmachcrzellen. Ölfn I bei R polari sa tlon und

"' .r= 0..

schließt bei Depolarisa tion.

1.,

K•

Einwärt sglelchrichter, stabilisiert durch K'-Au ss trom (I) das Ruh membranpotentiaL Nicht am Slnusknot n.

Repolarlsa tlonsphase des AP.

I

Na• Extrazellulär

Ca2•

Ca 2 •

Abb. 1: Aktion spo te n-

tia l am He rzmyo kard . [5 )

1"

I

Tab . 2: Ion en st rö m e an H rzmu sk I- und

chrl tt m ach 1'2 II n .

Das Herz

Aktionspotential am Sinusknoten

Damit am Sinusknoten aus dem "Nichts" ein AP entstehen kann, müssen einige Besonderheiten gegeben sein. Das Membranpotential am Sinusknoten ist instabil, da keine membranpotentialstabilisierenden K+-Kanäle (inward rectifier) vorhanden sind. Es wird somit kein Ruhemembranpotential erreicht. Zusätzlich gibt es am Sinusknoten unspezifische Kationenkanäle (HCN = lrunnvL die durch Hyper- bzw. Repolarisation geöffnet und durch Depolarisation geschlossen werden. Sie sind verantwortlich für die langsame diastolische Vordepolarisation, die schließlich zum Öffnen von Ca2+_Kanälen führt. Zuerst werden TTyp- und anschließend L-Typ-Ca2+Kanäle geöffnet, die für das AP am Sinusknoten verantwortlich sind. Je länger die diastollsehe Vordepola risation, desto langsamer ist die Frequenz (I Abb. 2). Spannungsabhängige Na+-Kanäle spielen am Sinusknoten keine Rolle.

>

40

.S ~"'

20

g_ c

-20

~

261 27

a

0

..0"' -40 E ~ -60

-80 b

100

200

300

400

500

Zeit [m s]

I Abb. 2: Ak tionspotential am Sinusknoten und zugehörige lonenströme .

E,," = kritisches Membranpotential = Schwellen potential, I,= I'"""' '

Modulation durch das vegetat ive Nervensystem

Die Schrittmacherzentren generieren zwar am Herzen den Rhythmus, doch sowohl diese als auch das Kammermyokard werden durch das vegetative Nervensystem moduliert. Dabei wirkt der Sympathikus t positiv chronotrop (frequenzsteigernd am Sinusknoten) t positiv inotrop (kraftsteigernd am Myokard) t positiv dromotrop (schnellere Überleitungszeit am AY.Knoten) t positiv lusitrop (schnellere Erregungsrückbildung) t positiv bathmotrop (Senkung der Erregungsschwelle). Der Parasympathikus entfaltet seine Wirkung nur am Vorhof, nicht an der Kammer! Er wirkt jeweils negativ, d. h. hemmend auf die Herztätigkeit.

lc,= Ca '"-Strom, 1. = K'-Strom. (nach 11 J)

CaZ+-Kanälen eine direkte Öffnung der HCN-Kanäle mittels cAMP-Erhöhung. Durch die Steigerung der Öffnungswahrscheinlichkeit von HCN-Kanälen wird im AP die langsame diastolische Vordepolarisation steiler und somit die Schwelle für den Ca 2+-Aufstrich schneller erreicht. Die Herzfrequenz steigt. Zusätzlich wird die Frequenz über die Öffnung von Auswärtsgleichrichtern (delayed rectifier) gesteigert, damit die Repolarisationsphase zügiger abläuft und das nächste AP früher beginnen kann. Die Regulation der Dromotropie (Überleitungszeit) verläuft ähnlich, jedoch dauert die langsame diastolische Vordepolarisation länger, da es am AY.Knoten weniger HCN-Kanäle gibt. Der AV-Knoten wirkt dadurch als Frequenzverzögerer. Der Parasympathikus bewirkt über seine Cholino-Rezeptoren eine Öffnung von muskarinergen K+-Kanälen und hat so am Vorhof direkte negativ chronotrope und negativ dromotrope Wirkung.

Beeinflussung der lnotropie

Über den sympathischen Transmitter Noradrenalin werden

ßI-Rezeptoren der Myokardzellen angesprochen und dadurch

ein stimulierendes G5-Protein aktiviert. Die anschließende Aktivierung einer membranständigen Adenylatzyklase steigert die cAMP-Konzentration in der Myokardzelle. Nach Aktivierung von Proteinkinasen werden Ca 2+-Kanäle (DHP- und Ryanodinrezeptoren) phosphoryliert. Die zunehmen de Ca 2+-Konzentration in der Zelle fü hrt zu einer gesteigerten Kontraktionskraft Der Parasympathikus aktiviert über seinen Transmitter Acetylcholin an muskarinergen Rezeptoren ein inhibitorisches Gi-Protein, das die Adenylatzyklase hemmt. Damit wirkt der Parasympathikus am Vorhof negativ inotrop. Beeinflussung der Chronotropie

Die Kaskade verläuft ähn lich wie bei der Beeinflussung der lnotropie, jedoch erfol gt neben der Phosphorylierung von

Zusammenfassung X Das Erregungsleitungssystem des Herzens umfasst Sinusknoten, AV-Knoten, Tawara-5chenkel und Purkinje-Fasern. X Der Sinusknoten ist der primäre, de~ AV-Knoten der sekundäre Schrittmacher. X Das AP am Kammermyokard wird durch seine lange Plateauphase charakterisiert. X Das AP am Sinusknoten wird durch seine langsame diastolische Vordepolarisation charakterisiert. X Sympathikus und Parasympathikus haben über molekulare Vorgänge Einfluss auf Herzfrequenz, Kontraktionskraft und Überleitungszeit

Das EKG Einthoven

Die Elektrokardiographie ist eines der wichtigsten diagnostischen Standardverfahren. Dabei misst man mittels Elektrokardiogramm (EKG) die elektrische

Goldberger

Wi lson d

Erregungsleitung im Herzen, d. h.

die Spannung über dem gesamten Herzen. Die Erregung läuft vom Sinusknoten zur Herzspitze, d. h. gerichtet vom erregten(+) zum unerregten (-) Gewebe. Dies gibt auch die Richtung des Summenvektors an, der sich aus allen erregten Einzelzellen (Einzelvektoren) zusammensetzt. Aus der Richtung des Summenvektors kann man den anatomischen Lagetyp des Herzens (Linkstyp, Steiltyp etc.) bestimmen.

I Abb. I: Extrem itätenabl eitun gen nach Einthoven (I, II und 11 1), Goldberger (aVR, aVL und aVF) und Wilson (VI - V6). 111

t Ableitung aVR: rechter Arm gegen Sammelelektrode (linker Arm und linker Fuß) t Ableitung aVL: linker Arm gegen Sammelelektrode (rechter Arm und linker Fuß) t Ableitung aVF: linker Fuß gegen Sammelelektrode (rechter Arm und linker Arm ).

Ableitung nach Einthoven

Bei der bipolaren Ableitung nach Einthoven werden Spannungsunterschiede zwischen zwei Extremitäten aufgezeichnet (I Abb. 1). Jed e Ableitung ergibt dabei im EKG einen Teilsummenvektor, der jeweils umso größer ist, je mehr Einzelvektoren in Richtung der Ableitung zeigen.

Brustwandableitung nach Wilson

Durch die unipolare Brustwandableitung nach Wilson kann man Verände·

t Ableitung 1: rechter Arm (- ) und linker Arm [+) t Ableitung li: rechter Arm(-) und linker Fuß (+) t Ableitung Ill: linker Arm (-) und linker Fuß [+)

rungen der Erregungsausbreitung in der Horizontalebene erkennen (I Abb. 1). Als Nullelektrode dient eine

Wellen und Zacken im EKG

Beim EKG wird ein dreidimensionaler Prozess zweid imensional dargestellt (I Abb. 2)_ Die einzelnen Wellen und Zacken lassen sich dabei den einzelnen Phasen der Herzerregung zuordnen (I Abb. 3). Die P-Welle entspricht der Erregungsausbreitung in den Vorhöfen und ist relativ klein, da die Muskelmasse der Vorhöfe relativ gering ist. Die PO-Strecke entspricht einer isoelektrischen Linie, da zu diesem Zeitpunkt keine Änderung des Erregungszustandes eintritt. In dieser Phase wird die Erregung von den Vorhöfen auf die Kam mern übergeleitet.

Sammelelektrode aus allen drei Extremitäten.

Die Ableitung ist bipolar, da jede der beiden Elektroden eine sog. differente Elektrode ist und somit auf beiden Ableitungen eine Stromstärke I messbar wäre. Beim EKG wird jedoch die Spannung U zwischen der positiven und der negativen Elektrode (Polarität!) gemes· sen.

P-Welle

PQStrecke

~ 0,11

:<> O,ll s

Zeitwerte Ampli tude

~ 0,20mV

QRSKomplex

ST-Strecke

UWelle

s OmV

OmV

T-Welle

> 1/ 7von R

"'§

Ableitung nach Goldberger

Hierbei wird eine differente Elektrode an einer Extremität gegen eine indifferente Sammelelektrode an zwei Extremitäten abgeleitet (I Abb. I). Durch seh r große Widerständ e in der Sammelelektrode kann kein Strom I gemessen werden, weshalb sie als indi fferent bezeichnet wird. Die Abl eitung nach Coldherger ist so mit unipolar.

PQ-Dauer 0,12- 0,21 s ~

I

QT-Dauer

1+-------------------~~

QU-Dauer

~------~----------------1

Abb . 2: No rm ales Ruhe-EKG (Ableitu ng II nac h Elnthoven). [121

Das Herz

Der CRS-Komplex entspricht der Erregungsausbreitung über den Ventrikeln. Je größer der Teilsummenvektor einer Ableitung, desto größer der ORS·Komplex . Die Richtung des größten Summenvektors entspricht damit der elektrischen Herzachse bzw. dem Herzlagetyp. Während der Depolarisa· tion der Ventrikelläuft gleichzeitig die Erregungsrückbildung der Vorhöfe ab, so dass diese im EKG vom QRS-Komplex überlagert wird. Die T-Welle bildet die Erregungsrückbildung der Ventrikel ab. Hohe T-Wellen kommen bei Hypokaliämie vor. Bei bradykarde n Herzrhythmu sstörungen kann man eine sog. U-Welle erkennen, die mit der Erregungsrückbildung in den Purkinje-Fase rn in Verbindung gebracht wird . t Erregungsausbreitung in Richtung der Herzachse -+ Aufstrich im EKG

28 I 29

Welche Ableitungen zeigen im Falle eines Indifferenztyps den größten ORS-Komplex? Als Antwort kommen nur die Ableitungen in Frage, die den Indifferenztyp im Cabrera-Kreis beschreiben, also I! und aVR. Im Cabrera-Kreis steht - aVR, was bedeutet, dass der QRS-Komplex in dieser Ableitung negativ ist. Die zweitgrößten ORS-Komplexe müssen in Ableitung I und aVF liegen, die drittgrößten in III und aVL. Man sieht also, dass die größten QRS-Komplexe im Cabrera-Kreis direkt benachbart liegen müssen. Ist dies in einem EKG nicht gegeben, dann ist das EKG "verpolt", d.h. es muss neu geschrieben werden. Ist in einer Extremitätenableitung die R-Zacke am größten, so ist sie in der Ableitung senkrecht dazu am kleinsten. Senkrecht zueinander stehen: I und aVF, II und aVL, 111 und aVR.

t Erregungsausbreitung entgegen der Herzachse -+ Abstrich Im

EKG

t Erregungsrückbildung in Richtung der Herzachse -+ Abstrich Im

EKG t Erregungsrückbildung entgegen der Herzachse -+ AufStrich im EKG

-90°

-aVF

Bestimmung des Herzlagetyps

Die Bestimmung des Herzlagetyps erfolgt am besten anhand des Cabrera-Kreises (I Abb. 4). Zuerst ermittelt man in der EKG-Ableitung nach Einthoven den größten ORS-Komplex (z. B. Ableitung I!). Anschließend bestimmt man in der Ableitung nach Goldherger ebenfalls den größten ORS-Komplex (z. B. Ableitung aVF) und trägt beide Ableitungen in den Cabrera-Kreis ein. In unserem Beispiel hat der Patient einen Steiltyp.

+ 180° -I

+90°

aVF

I Abb. 4: Der Cabrera-Kreis. [21

a

b

c

mv

:~ mV

~ :~ Q

mV

dem Herzen gemessen und diese vektorgraphisch dargestellt.

:~

~ k-

ac Mit den Ableitungen nach Einthoven und Goldberger

mV

~~

®

• erregt

ac Im EKG werden elektrische Potentialänderungen über

ac Die Ableitung nach Einthoven ist eine bipolare Ablei-

s

I Abb . 3: Erregungsausbrei tung im Herzen. I II

Zusammenfassung

• unerregt

" momentaner "' lnlegralvektor

tung, die Ableitungen nach Goldherger und Wilson sind unipolare Ableitungen. kann man die frontale Ebene des Herzens beurteilen. Die Brustwandableitung nach Wilson erlaubt eine horizontale Beurteilung.

ac Die Bestimmung des Herzlagetyps erfolgt mit Hilfe des Cabrera-Kreises.

Das pathologische EKG Abweichungen im EKG kommen bei vielen Herzerkrankungen vor. Dabei lässt die Ableitung des EKG Rückschlüsse auf Art und Lokalisation der Störung zu.

I Abb . 2. Tachyka rd e Herzrh ythm u sstörungen. a) Vorh offl attern mit 3: I-Überl ei tung, b) Vorhoffl imm ern c) Kamme rflatt ern , d) Kamm erflirn- ' me rn . [21

b

Veränderungen des EKG durch metabolische Faktoren

Durch Elektrolytentgleisung, Hypoxie, pH-Wert-Verschiebung oder Arzneimittelintoxikation können Arrhythmien (Herzrhythmusstörungen) entstehen (I Abb. 1).

d

rr-

a ventrikuläre interponierte Extrasystole (ES)

Tachykarde Rhythmusstörungen

t Vorhofflimmern ist die häufigste supraventrikuläre Rhythmusstörun g, bei welcher der Vorhof quasi einen Kontraktionsstillstand erfährt und somit hämedynamisch keine Leistung mehr erbringt. Es besteht die Gefahr der Thrombenbildung und dadurch ein hohes Risiko für Schlaganfälle und Lungenembolie. Im EKG (I Abb. 2) zeigen sich Vorhofflimmerwellen, die eine Frequenz von 350-600/ Minute aufwei· sen. Die Vorhoferregungen werden un· regelmäßig über den AV·Knoten geleitet, woraus eine Kammerfrequenz > 100 resultiert. t Vorhofflattern weist eine Frequenz von 220 - 350 Schlägen pro Minute auf. Das EKG zeigt ein typisches Sägezahnmuster der P-Wellen. Das Flattern entsteht aufgrund ei ner pathologisch

i :

'

!

'

I

s

b ventrikuläre ES mh kompensatorischer Pause

c

<S

supraventrikuläre ES mit Verschiebung des Sinusrhythmus

-

normale Erregung

-

Extrasystole

. ~ f- ~ !~ : -.I( '---....:A

::

'---...;:~·

I Abb . 3: Extrasystolen. a) In te rpanierte ventrikul äre Extrasysto le. b) Ventrikuläre Extrasystole mit kom pensatorischer Pause. c) Supraventrikuläre Extrasystole. 113J

verkürzten Refraktärzei t, die einen Reentry-Mechanismus ermöglicht. t Kammerflattern besteht bei einer Kammertachykardie von 180 - 250 Schlägen pro Minute. t Kammerflimmern weist Frequen zen zwischen 250 und 400 Schlägen pro

Normal M äßig (K ' = 5- 7 mmol/1): ho hes, symm e trisches T. Hochgradig (K'= 8- 11 mmol/ 1): w eites QR S, verlängertes PR-Segmen t, P-Welle verschwindet. in schweren Fällen sieht das EKG

Hypokallämle

ST-Senkung, Abfl achung der T-Welle, breite, positive U-Welle

Hyperkaizlämle

Verkü rz tes QT-Intcrva ll aufgrundeiner Verkürzung des ST-Segrnents Verläng ertes QT-Interva ll aufgrund einer

Verilingerung des ST-Scgments; normale Dau er d er T-Well c

Minute auf und führt zu einem hämodynamischen Herzstillstand mit Kreislaufstilistand . Kammerflattern und Kammerflimmern sind lebensbedrohliche ZustAnde. Therapiedes Kammerfllmmerns ist die DeflbrU.• lation. Dabei wird ein R-ZackeiHiynchroner Gleichstrom appliziert, der alle erreabaren Myokardareale gleichzeitig erregt und somit eine synchrone Refraktärzeit einleitet. Dies verhindert einen Reentry.. Mechanismus.

Extrasystolen

wie elne Sinuswelle aus

Hypokaizlämie

:

: :

1 1

Eine Tachykardie besteht bei einer Herzfrequenz von > I00 Schlägen pro Minute.

Hyperkallämle

~

I

I Abb . I: Veränd erun gen des EKG durch EI k· tro lyt ntgl isungen. JSJ

Extrasyswlen sind Herzrhythmusstöru 11 _ gen, die entsteh n, w il auß rhalb d ,, ehrirrmach rz nlr n I g n Myokard z II n (ektope Zentren) hri tt· ma cherfu nklion üb rn l1men.

Das Herz

Supraventrikuläre Extrasystolen

30

I 31

Normales EKG

Eine supraventrikuläre Extrasystole AV-Biock I (SVES) entsteht oberhalb des His-Bündels. Die SVES wird auf die Kammer AV·Biock lla übergeleitet und erregt diese, so dass im EKG ein normaler URS-Komplex zu sehen ist. Das R-R-J nterva ll vor der SVES ist verkürzt, danach normwertig (I Abb. 3). Der Herzrhythmus erfährt einen sog. Phasenvorschub, da der AV-Biock 111 Sinusknoten durch die SVES entladen wird. Der ursprüngliche Rhythmus wird danach wieder aufgenommen. Ursachen I Abb. 4: Versc hi edene Typen der AV-Biöcke . Die P-Wel len sind rot angefärbt. [51 können körperlicher oder emotionaler Stress sowie Tabak, Koffein oder Alkohol sein. von einem AV-Block !0 • Die Überleitungs- nur jede zweite Kammererregung überzeit zum Ventrikel ist zwar verlängert, geleitet, bei der 3: I-Überleitung jede es kommt jedoch zu keinem Ausfall von dritte. Ventrikuläre Extrasystolen Kammererregungen. Entstehungsort der ventrikulären ExtraAV-Biock 3. Grades systole (VES) ist ein ektoper Herd unterAV-Biock 2. Grades halb des His-Bündels. Da die Erregung Der AV-Block lW stellt eine lebensdirekt in der Kammer entsteht, gibt es Da beim AVBlock W nicht mehr jede gefährliche Situation dar. Die Überleikeine P-Welle vor der VES (I Abb. 3). Vorhoferregung auf die Kammer übertung der Erregung von Vorhof auf KamDer URS-Komplex ist aufgrundder ver- geleitet werden kann, kommt es zum mer ist komplett blockiert, wodurch es änderten Erregu ngsausbreitung deforechten Ausfall der Kammererregung. zunächst zum Kreislaufstillstand und miert und erscheint umso breiter, je disdamit zum Bewusstseinsverlust des Pataler das ektope Zentrum liegt. Vor der t 1'yp Mobitz 1 (Typ Wenckebach): tienten (Adam-Stokes-Anfall} kommt. VES ist das R-R-lntervall verkürzt, danach Das PO-Intervall nimmt von Herzaktion Die tertiären Schrittmacher der Kammer verlängert, was als kompensatorische zu Herzaktion immer mehr an Dauer führen zu einem ventrikulären EigenPause bezeichnet wird. Vor allem bei zu, bis es schließlich zu einem Ausfall rhythmus, wobei die Schlagfrequenz langsamem Sinusrhythm us kann es zu der Kammererregung kommt. Danach der Kammer nur 20-40 pro Minute einer Besonderheit kommen: Die VES beginnt der Zyklus von Neuern (Wenbeträgt. Im EKG sieht man ORS-Komkann hier zwischen zwei normal ausgeplexe, die in keinem zeitlichen Zusamckebach-Periodik). bildeten Herzerregungen auftreten und menhang mit den P-Wellen stehen; aut 1'yp Mobitz 2: Die Kammererregunstört den normalen Herzrhythmus nicht, gen fallen in einem festgelegten Rhythßerdem haben die P-Wellen eine höhere was als interponierte ventrikuläre mus aus. Bei der 2: I-Überleitung wird Frequenz als die ORS-Komplexe. Extrasystole bezeichnet wird. AV-Biock

Beim atrioventrikulären Block ist die Erregungsüberleitung von den Vorhöfen auf die Kammern gestört. Zu den Ursachen zählen Elektrolytentgleisungen, ischämische Ereignisse sowie entzündliche oder angeborene Herzerkrankungen. Man unterscheidet drei Grade des AV-Blocks (I Abb. 4). AV-Biock 1. Grades

Bei einer Verlängerung des PO-Intervalls auf meh r als 0,2 Sekunden spricht ma n

Zusammenfassung X Vorhofflimmern ist die häufigste supraventrikuläre Rhythmusstörung und verläuft klinisch oft stumm. X Ventrikuläre Tachykardien (Kammerflattem und Kammerflimmem) haben ihre Ursache oft in einem Myokardinfarkt und werden mittels Defibrillator therapiert. X Extrasystolen werden nach ihrem Ursprung in supraventrikulär und ventrikulär unterteilt. X Im Gegensatz zu supraventrikulären weisen ventrikuläre Extrasystolen einen verbreiterten CRS-Komplex und eine kompensatorische Pause auf. X Der AV-Biock ist eine Störung bei der Erregungsüberleitung vom Vorhof auf die Kammer.

Herztöne und Herzgeräusche Um eine Pathologie des Herzens schn ell erkennen zu können, muss jeder Arzt die Auskultation des Herzens mittels Stethoskop erlernen. Die Schallphänomene werden dabei über das Blut fortgeleitet, wodurch sie jedoch auch eine Dämpfung und Ve rzerrung erfahren. Daher sind ganz spezifische Auskultationsstellen festgelegt, um akustische Störungen so gering wie möglich zu halten (I Abb. I). Für die Lage der Auskultationspunkte gibt es folgenden Merkspruch: Anton pokert mit Thomas um 22:54 Uhr: Aortenklappe ~ 2. Interkostalraum rechts parastemal Pulmonalklappe -+ 2. Interkostalraum links parastemal Mltralklappe .,... 5. Interkostalraum links parastemal Trikuspldalklappe -+ 4. lnttrkostalraum rechts parastemal.

Zusätzlich zu di esen Auskultationsstellen gibt es noch den Erb-Punkt, der im 3. Interkostalraum links liegt. Da hier die Schallphänomene aJler Auskultationsarealerelativ gut zu hören sind, kann er als erste Orientierung genutzt werden.

I Abb . 1: Die Proj ektion der Herzkla ppen auf die Bru stwand (bl au) sowie die Au skultat ionsstell e n für die einze ln en Herzkl appen (ro t). A = Aortenklappe, P = Pulm onalk Iappe, M = Mitra lklappe, T = Trikuspidalklappe. 1141

Pathologische Herztöne

Hört man bei einem Patienten zusätzlich zu den zwei physiologischen Herztönen noch weitere Herztöne, so kann dies unter anderem an einer Herzinsuffizienz liegen.

• 3. Herzton: Der zusätzliche Ton entsteht durch die Füll ung der Kammern. Er tritt zeitlich kurz nach dem 2. Herz. tonauf (Ventrikelgalopp) . Durch die Herzinsuffizienz ist das Restvolumen im Ventrikel erhöht, das während der Füllung aus dem Vorhof eintreffende Blut trifft geräuschvol l auf die vergrößerte Flüssigkei tsmenge.

linkes Herz

rechte s Herz

mv

mV

EKG

EKG

Herz-

Herz·

scha ll

schall

Herztöne mmHg

Physiologische Herztöne

120

Bei einem gesund en Patienten hört man mittels Stethoskop zwei Herztöne:

80

Druck

• Der 1. Herzton entsteht während der Anspannungsphase dadurch, dass die Kammerwand gegen das darin befindliche Blut schlägt. Es handelt sich also nich t um einen Klappenton! • Der 2. Herzton kommt im Gegensatz dazu durch den Schluss der Taschenklappen zustande.

Druck

mchter

40

Vantnkol Pulmonalar!eno r&Ch!Or

Volhbl

ml 150

100

Volumen

Volum en 50

Zell

Taschen· kla ppen

I. geschlossen I. ollon

AV-Kiappen

I

ollen

I

Olaslolo IV

I Abb . 2:

ooschlossen

I

geschlossen

I

I ~ySiolo I II J

Oflon

Tasch enklappen AV-Kiappen I

Olaslolo IV

I Diastolo I IV

Sys1o1o

Dlnslolo 111

IV

Zeitliche Gegenüberstellung von Dru ck und Volum n in den Vorh öf n, Kamm rn und herznahen Gefäßen owie von EKG, Kl appenfunk tion und Herztönen. JI5J

J

Das Herz

t 4. Herzton: Er entsteht durch die Vorhofkontraktion, bei der die Vorhofwand gegen den Blutinhalt schlägt. Da der Ton zeitlich kurz vor dem l. Herzton liegt, spricht man auch von einem Vorhofgalopp.

I Abb_ 3: Die Lapla ce-Beziehung.[lJ

T: zusammenhaltende Kraft

~l IT=P,m·~l ~

Herzgeräusche

Herzgeräusche sind Zeichen einer Klappenfehlfunktion. Man unterscheidet dabei zwei pathologische Veränderungen der Herzklappen: Kann sich eine Klappe nicht richtig öffnen (z. B. durch Verkalkung) , so liegt eine Stenose vor. Bei Öff· nung der Klappe wird das Blut daher geräuschvoll durch den kleinen Spalt gepresst. Kann sich eine Klappe zwar einwand· frei öffnen, jedoch nicht dicht verschließen, so handelt es sich um eine Insuffizienz. Das Blut strömt durch den offen gebliebenen Spalt in Gegenrichtung wieder zurück, was ein Strömungsgeräusch erzeugt. Je nachdem, welche Klappe betroffen ist, fällt ein Herzgeräusch in die Diastole (DiastoIikum) oder in die Systole (Systolikum).

32 I 33

aufgrund der Anpassungsreaktion die Wandspannung Kwieder normalisiert. Bei einer Klappeninsuffizienz entsteht durch den Rückstrom von Blut eine Volumenbelastung. Die Wandspannung steigt, es kommt zu einer exzentrischen Hypertrophie des Herzens, d. h. sowohl Wanddicke als auch Radius nehmen zu. Dies ist eine sehr ungünstige Situation, da die erhöhte Wandspannung hierdurch nicht ausgeglichen werden kann. Dennoch kann anfangs aufgrund der Anpassungsreaktion ein höheres Schlagvolumen erreicht werden; es kann sogar bis auf das Dreifache der Norm ansteigen, was eine große Blutdruckamplitude bewirkt, die sich zusätzlich wieder nachteilig auswirkt.

Das Laplace-Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen der Wandspannung T und dem Innendruck bei kugel· förmigen Hohlkörpern (z. B. Herz).

T = Wandspannung = Kraft/ Wand dicke, P,m = transmuraler Druck= Pin nen - P ,ußen• r = Radius, d = Dicke der Wand. Nach dem Laplace-Gesetz nimmt im Verlauf der Systole die Wandspannung ab, da zwar der Druck ansteigt, der Radius aber ab- und die Wanddicke zunimmt (I Abb. 3). Übertragen auf die Hämodynamik, kann ein halb entleertes Herz bei gleicher Kraftentwicklung höhere Drücke erzeugen als ein großes, befülltes Herz. Bei einer Herzinsuffizienz, die z. B. durch eine Erkrankung der Herzklappen entsteht, führt damit übermäßige Füllung der Kammern und Vorhöfe zu einer Abnahme der Leistungsfäh igkeit. So kommt es bei einer Klappenstenose zu einer Druckbelastung des Herzens und damit als Folge zu einer konzentrischen Hypertrophie. Der Radius bleibt also konstant, nur die Wanddicke nimmt zu. In Bezug auf das Laplace-Gesetz bedeutet dies, dass sich

Zusammenfassung IC Die Auskultation des Herzens ist für den erfahrenen Arzt eine präzise, nicht invasive Methode zur Erfassung von pathologischen Veränderungen am Herzen. IC Es gibt vier Auskultationsstellen für die vier Herzklappen sowie den Erb-Punkt, an dem man alle Geräuschphänomene relativ gut hören kann. IC Herzgeräusche entstehen durch Klappenfunktionsstörungen, sind also immer pathologisch. IC Bei einer Klappenstenose kommt es durch Druckbelastung zur konzentrischen Hypertrophie, bei einer Klappeninsuffizienz durch Volumenbelastung zu einer exzentrischen Hypertrophie des Herzmuskels.

Grundlagen des Kreislaufsystems Der Blutkreislauf übernimmt den Transport von Gasen, Stoffen und Blutzellen im Blut. Dabei ist die vom Herzen ausgeworfene Blutmenge die treibende Kraft.

Zu einer turbulenten Strömung kommt es vor allem in großen Gefäßen, bei großen Strömungsgeschwindigkeiten sowie niedriger Viskosität des Blutes. Mit Hilfe der Reynolds-Zahllässt sich einschätzen, ob eine Strömung laminar oder turbulent ist. Dabei werden der Radius r, die Strömungsgeschwindigkeit v, die Massendichte des Blutes p und die Blutviskosität TJ berücksichtigt.

Funktionelle Abschnitte des Gefäßsystems Der Kreislauf wird in ein Hochdruckund in ein Niederdrucksystem unterteilt.

Re= (r. v. p) 11

t Hochdrucksystem: Arterien und Arteriolen, linker Ventrikel in der Systole, Kapillaren t Niederdrucksystem: Venen und Venolen, Lungenstrombahn, rechter Vorhof und rechter Ventrikel, linker Vorhof, linker Ve trikel in der Diastole, Kapillaren

Die Arterien dienen der Druckspeicherung, die Venen der Volumenspeicherung. Die Compliance C ist dabei ein Maß für die Dehnbarkeit, der Volumenelastizitätskoeffizient E hingegen für die Steifheit der Gefäßwände.

C = b.V b.P E = b.P b.V Merke: Geringe Dehnbarkeit der Gefäße (niedrige Compliance) bedeutet hoher ElastizitätskoeffiZient und umgekehrt.

< 300 )lm kommt es zu einer Strömung der Erythrozyten zur Gefäßmitte (axiale Migration). Die Erythrozyten gleiten quasi auf einem Plasmafilm, der die Rei _ bung zur Gefäßwand hin minimiert, Wodurch die Viskosität um etwa 50 % sinkt (Fähraeus-Lindqvist-Effekt). Sinkt der Gefäßdurchmesser unter I 0 )lm, so bleibt für den Plasmafilm kein Platz übrig und die Erythrozyten sind gezwun _ gen, sich reversibel wie Geldrollen aneinanderzulagern. Dies bedingt eine plötzlich stark ansteigende Viskosität (Rouleaux-Phänomen ).

Liegt die Reynolds-Zahl über 200, sind einzelne Turbulenzen vorhanden. Bei Hochdrucksystem einem Wert über 2000 besteht eine vollständige turbulente Strömung. Der Strö- Strompuls mungswiderstand ist bei turbulenter Strömung weitaus höher als bei lamina- Mit dem Strompuls wird der zeitliche rer Strömung. Verlauf der Blutströmung wiedergegeben. Der linke Ventrikel beschleunigt in der Austreibungsphase das Blut von Bedeutung der Viskosität nahezu 0 auf etwa 1,5 m/s. Dieser VerSämtliche Flüssigkeiten besitzen einen lauf wird in einer Kurve aufgezeichnet festen Wert für ihre Viskosität TJ (Zähig(I Abb. I) . Je weiter peripher man keit). Blut stellt eine Ausnahme dar, misst, desto stärker wird die Kurve da es aus Plasma und verformbaren, abgeschwächt, was durch den hohen korpuskulären Bestandteilen besteht. Strömungswiderstand in der Peripherie Man spricht daher von scheinbarer zu erklären ist. Der herznahe negative Rückstrom kommt durch die VorwölViskosität. Im Gegensatz zu Wasser (TJ = 1 mPa x s besitzt Blut eine Viskobung der Taschenklappe in den Ventrisität von 3-5 mPa x s. Bei kleinen keln zustande. Hat ein Patient eine Gefäßen mit einem Durchmesser von Klappeninsuffizienz, so ist dieser negaDruckpuls

c;

:r: 100 E

Hämodynamik

.s -"" u

80

I

: :

2

Im Normalfall herrscht im Gefäßsystem eine laminare Strömung. Dabei bewegen sich die Flüssigkeitsteilchen geradlinig, und die Geschwindigkeit nimmt von der Gefäßwand zur Mitte hin immer weiter zu, wohingegen die Reibung zur Mitte hin immer mehr abnimmt. Es gilt (mit Einschränkung) das HagenPoiseuille-Gesetz, das die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit V vom Gefäßradius r, von der Gefäßlänge I, der Druckdifferenz b.P und der Blutviskosität TJ widerspiegelt.

B

:::>

iii

60

Dikrotie

Inzisur

Strompuls

~ 140

E

~

~ 100 c:n

'ö c

-~

60

..c;

u

srrn~

20

c

:::>

E ;::; .,... '0

Arteria

Aorta

( _· b.__,_p-'-) V = _,_n_·_r_ (8 . 1. lll 4

ascendens

thoracalis

abdominalis

femoralis

tibialis anterior

I Abb . 1: Druckpul s und Strompu ls herznah bzw. herzfern . [2]

.. Das Kreislaufsystem

tive Rückstrom viel prominenter. Die Windkesselfunktion trägt dazu bei, dass der negative Rückstrom bei Messungen an herzfernen Gefäßen noch weiter in der Amplitude zunimmt. Strömungsgeschwindigkeiten: Aorta 1,5 m/s, A. femoralis 0,6 m;s, A. tlbialis anterior 0,4 m/s.

Druckpuls

Der Druckpuls wird durch die rhythmischen Veränderungen des Blutdrucks hervorgerufen. Die vom Herzen ausgeworfene Blutmenge erzeugt eine Druckwelle, die sich entlang der Gefäß· wand in die Peripherie hin ausbreitet. Dabei strömen Blut und Druckwelle vollkommen unabhängig voneinander. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Druckpuls in die Peripherie hin ausbrei· tet, hängt von der Elastizität der Gefäß· wand ab und wird Pulswellengeschwindigkeit (PWG) genannt. In der Aorta beträgt die PWG 3-5 m/s, in der A. femoralis 5-10 mls. Der Druckpuls ist als "Puls" am Handgelenk tastbar.

Niederdrucksystem

341 35

t c-Welle: In der Anspannungsphase

Der Druck in den kleinen Venen der Peripherie beträgt etwa 15 mmHg und nimmt zum Herzen hin ab, bis der Druck im rechten Vorhof (zentraler Venendruck) nur noch 2-4 mmHg misst. Er schwankt atemabhängig und kann auch negative Werte annehmen, was zum Venenkollaps führt. Steht das Herz still, so herrscht ein statischer Blutdruck von 6- 7 mmHg im gesamten Gefäßsystem. Venenpuls

Druck und Volumen der herznahen Venen schwanken periodisch, was in enger Beziehung zu den Herzaktionen steht (I Abb. 2). Die einzelnen Wellen können also den Phasen des Herzzyklus zugeordnet werden:

des Ventrikels wölbt sich die Segel· klappe in den Vorhof, dadurch steigt der Druck im venösen System. t x-Welle: Während der Austreibungs· zeitwird durch den Ventilebenen· mechanismus (Verschiebung Ventil· ebene in Richtung Herzspitzel ein Unterdruck aufgebaut. t v-Welle: Der venöse Druck steigt wieder an, da sich das Blut vor der geschlossenen Atrioventrikularklappe anstaut. t y-Welle: Nach Öffnung der Segelklap· pe kommt es in der Füllungsphase des Ventrikels zum Druckabfall im venösen System. Vorhof- Kammersystole systole

:• .. :..

..:

.

Kammerdiastole

..

t a-Welle: Durch die Vorhofkontraktion steigt der Druck im venösen System. Laufzeit Herz - Halsvene

Venenpuls I Abb. 2: Venenpulskurve in Beziehung zum EKG.

113]

In der Druckpulskurve (I Abb. 1) ist herznah eine Inzisur zu erkennen, die durch den Schluss der Aortenklappe und einen damit verbundenen kurzen Druckabfall zustande kommt. Herzfern sieht man die sog. dikrote Welle. Die· se zweite Welle kommt durch Reflexi· onen der Druckpulswelle zustande. Im Gegensatz zum Strompuls sinkt der Druckpuls niemals auf null ab, was durch den peripheren Widerstand und die elastischen Eigenschaften des Gefäß· betts zu erklären ist.

Zusammenfassung X Das Kreislaufsystem wird in Hochdruck- und Niederdrucksystem eingeteilt. X Die Reynolds-Zahl gibt an, ob eine Strömung laminar oder turbulent ist. Sie hat keiAe Einheit und ist damit dimensionslos. X Bei einem Gefäßdurchmesser < 300 !Jm nimmt die Viskosität durch den Fähraeus-Lindqvist-Effekt zunächst ab. Unter 10 1-1m nimmt die Viskosität wieder stark zu (Rouleaux-Phänomen). X Der Strompuls gibt den zeitlichen Verlauf der Blutströmung wieder. Er nimmt zur Peripherie hin durch den wachsenden Strömungswiderstand ab. X Der Druckpuls ist die Aufzeichnung der Druckwelle, die sich über die Gefäßwand zur Peripherie hin ausbreitet. Sie ist als Puls tastbar und nimmt in Amplitude und Geschwindigkeit zur Peripherie hin zu. X Die Venenpulskurve entspricht den Druckveränderungen im herznahen venösen System, wobei ein enger Zusammenhang zwischen periodischen Schwankungen und Herzaktionen besteht.

Regulation des Kreislaufsystems Der Blutdruck wird in mmHg gemessen. Für den Arzt sind dabei zwei Parameter besonders wichtig:

t Systolischer Blutdruck: systolisches Maximum der Druckpulskurve (ca. 120 mmHg) t Diastolischer Blutdruck: diastolisches Minimum der Druckpulskurve (ca. 80 mmHg). Die Differenz zwischen systol ischem und diastolischem Blutdruck bezeichnet man als Blutdruckamplitude.

siologischen und anatomischen Eigenschaften des Gefäßsystems liegt, zum anderen jedoch auch an den Einflüssen der Schwerkraft. Vor allem bei aufrecht stehend en oder sitzenden Patienten spielt die Schwerkraft eine große Rolle (I Abb. I ). Die hydrostatische Indifferenzebene ist dabei der Punkt, bei dem sich der Gefäßdruck durch Lagewec hsel nicht verä ndert. Sie liegt etwa eine Hand breit un ter dem Zwerchfell.

Ein Blutdruck von 120/80 mmHg ist physiologisch. Ab einem Wert von 135/90 mmHg spricht man von Bluthochdruck (Hypertonie}, ein Blutdruck unter 100 mmHg wird als hypoton bezeichnet.

Der mittlere arterielle Blutdruck (MAD) bezeichnet den durchschnittlichen, unabhängig von den systolisc hen und diastolisc hen Schwankungen im Gefä ßsystem herrschenden Mittelwert des Blutdrucks.

Blutdruckmessung

MAD Im Klinikalltag wird der Blutdruck mit der indirekten Methode nach RivaRocci bestimmt. Dabei wird eine Manschette am Oberarm in Herzhöhe angebracht und über dem zu erwartenden arteriellen Blutdruck des Patien ten aufDie Blutdruckwerte unterliegen periogepumpt. Man sollte darauf achten, dass dischen Schwankungen: die Manschette weder zu breit noch zu t Blutdruckschwankung I. Ordnung: schmal ist. Im ersten Fall würde der Blutdruck zu niedrig, im zweiten Fall zu Wechsel zwischen diastolischen und hoch bestimmt werden. Eine optimale systolischen Werten. Breite der Manschette ist etwa die Hälft Blutdruckschwankung II. Ordte des Armumfangs. Bei korrekt aufgenung: Atemsynchrone Druckschwankungen, während der Inspiration treten pumpter Manschette sind mit einem auf die Ellenbeuge aufgesetzten Stethoskop niedrigere Werte auf. Die Amplitude keine Pulsgeräusche hörbar. Senkt man beträgt etwa 5 mmHg. nun langsam den Manschettendruck, so t Blutdruckschwankung Ill. Ordwerden beim Erreichen des systolischen nung: Auch Traube-Hering-MayerBlutdrucks die sog. Korotkow-GeräuWellen genannt. Sie kommen durch sche hörbar. Dabei hört man nicht den Schwankungen des peripheren GefäßPuls, sondern pulssynchrone Turbulentonus zustande und treten alle I 0 Sezen in der unvollständig kollabierten kunden auf. A. brachialis. Wird der Manschettendruck weiter gesenkt, so verschwinden die weisen Innerhalb des Gefäßsystems Korotkov-Geräusche endgültig, was die einzelnen Regionen unterschiedliche Drücke auf, was zum einen an den phy- den diastolischen Druck markiert. arterieller Druck

95 art eri ell

100

95

venos

venöser Druck

8

Za hlenwerte: Drücke in rnmHg

8

I Abb . 1: Blutdruckvertei lung im Körper beim stehenden und bei m liegenden Pati enten. [ 131

= Pdiast. + IIJ (P,yst.- Pdiast.J

Blutdruckregulation

Eine Vielzahl von Regulationsmechanismen ist für die Blutdruckregulation und dami t für di e bedarfsorientierte Versorgung der verschiedenen Gewebe zuständig. ln I Tab. I sind die verschiedenen Wirkprinzipien dargesteH t. Teilt man die verschiedenen Mechanismen nach der zeitlichen Wirkung ein, so unterscheidet man:

t Kurzfristige Regulationsmechanismen (Kreislaufreflexe) t Mittelfristige Regulationsmechanismen (Renin-Angiotensin-System) t Langfristige Regulationsmechanismen (Aldosteron , ADH, ANP, morphologische Gefäßveränd erungen)_ Barorezeptorreflex Barorezeptoren sind freie Nervenendi-

gungen in der Gefäßwand des Aortenbogens (N. vagus) und des Karotissi nus (N. glossopharyngeus) . Sie si nd Proportional-Differential -Rezeptoren, d. h. bei Druckansti eg steigt di e Entladungsfrequenz, bei Druckabfall sin kt sie. Die afferenten Impulse werden zur Medulla oblongata und dami t zum Kreislaufzentrum weitergeleitet. Durch eine Reduktion der parasympath ischen Inhibition wird bei Blutdrucka bfall die Aktivität des Sym pathikus gesteigert, bei Blutdruckanstieg hingegen zunehmend gehemmt. Die Rea ktion erfolgt innerhalb von einer· Sekunde und ist somit se hr schn ell. Mit der Orthostasereaktion werden di e Vorgänge beim Übergang vom

Das Kreislaufsystem

Regulation

Myogen

Nerval

Endothellai

Humoral

Vasokons-

Bei Hypertonie nimmt

t

Hypotoni e

t

ATP

t

triktion

der Radiu s ab (Bayliss-

t t

Barereze ptorre flex

t

Prostagtandin F

Sympathikotonus

i

Leukotrien

t t

Angiotensin II

NA-Freise t zung

t t

Th ro mbox an

t

t

a 1-Rezeptore n

t t

Acetylcholin

t

Leptin

t

Adrenalin

Effekt)

i

aktiviert

Adrenalin

(a 1- Rezepto ren ) ADH

36 I 37

druck angehoben wird. Zusätzlich wirkt ADH in hohen Dosen vasokonstriktorisch. ADH-Mangel führt zum sog. Diabetes insipidus, wobei die Patienten eine massive Diurese mit bis zu 20 Litern Urinausscheidung pro Tag aufweisen.

Endothelin

i

t

TPR

Vasodilata-

Bei Hypotonie nimmt

t

Hypertonie

tion

der Radius zu (Bayli ss-

t

Barerezeptorreflex

Effekt)

t

Sympathikotonus

t t

NA-Freisetzung .!. TPR .!.

.!-

t t

Prostagtandin I, E und D

t t

Substanz P

t

Histamin

t

Bradykinin

NO Adenosin

Nach Bes
(ß2 -Rezeptoren)

t

ANP

porin-2~Wasserkanälen

Liegen zum Stehen erklärt. Dabei verund fördert zum anderen die Aldoste· sacken zunächst etwa 500 ml Blut in ronfreisetzung aus der Nebennierenrinden Beinen, was durch Abnahme des de. Durch Aldosteron wird die tubuläre venösen Rückstroms und des SchlagNa+- und Wasserrückresorption geförvolumens zum Blutdruckabfall führt. dert (s. S. 58). Die Barorezeptoren werden weniger an· gesprochen, so dass nun die SympathiADH kushemmung abnimmt. Die indirekte Aktivierung des Sympathikus führt zur Durch den Gauer-Henry-Reflex führt Blutdrucksteigerung mittels Herzfreeine Zunahme des intravasalen Voluquenzzunahme (ßd, zu größerem Schlag· mens zu einer Hemmung der ADH-Ausvolumen (ß 1) sowie Steigerung des tota· schüttung aus der Hypophyse. Damit len peripheren Widerstands (a 1). wird die Flüssigkeitsausscheidung durch die Niere gefördert. Kommt es hingegen zu einem Volumenmangel, dann steigt Kardiopulmonale Dehnungsdie ADH-Ausschüttung und führt über rezeptoren eine G-Protein-gekoppelte Kaskade zu Während der Kontraktion des Vorhofeinem vermehrten Einbau von Aquamyokards werden TypAVorhofrezepto- porinen Typ 2 in die Sammelrohrzellen. Die Wasserrückresorption im Sammelren aktiviert, während der späten Ventrikelsystole Typ- B-Vorhofrezeptoren. rohr wird gesteigert, wodurch der BlutDies hat ähnliche Folgen wie der Barorezeptorreflex. Renin-Angiotensin-System

und qamit eine

verstärkte H~o-Rückresorption .

I Tab. 1: Myogene, nervale, endotheliale und humorale Faktoren zur Regulation des Strömungswiderstands.

ANP Das atriale natriuretische Peptid (ANP) wird in den Herzohren des Vorhofs gebildet und bei Vorhofdehnung und damit verbundener Reizung der Typ-A-Vorhofrezeptoren ausgeschüttet. Es führt G-Protein-vermittelt zu einer Aktivierung von Ca 2+-ATPasen in den glatten Muskelzellen, wodurch die glatte Muskulatur dilatiert. Dies verursacht eine vermehrte Durchblutung des Niereninterstitiumsund verhindert den optimalen Aufbau eines osmotischen Druckgradienten für die Wasserresorption. Wasser bleibt im Tubulussystem der Niere und wird über den Urin ausgeschieden. Zusätzlich hemmt ANP den ENaC (epithelial natrium channel) und senkt somit die Na+-Rückresorption im Sammelrohr, was ebenfalls die Diurese fördert.

Zusammenfassung X Systolischer und diastolischer Blutdruck werden in mmHg gemessen und

Bei Volumenmangel wird aufgrundder abnehmenden Nierenperfusion von den Granulosazellen des juxtaglomerulären Apparates Renin ausgeschüttet. Diese Peptidase kann dabei indirekt über eine sympathisch vermittelte Vasokonstriktion (ad, aber auch direkt durch Sympathikusaktivierung (ß;) sezerniert werden. Renirr wandelt Angiotensinogen (aus der Leber) in Angiotensin I um, das über das vor allem in den Lungenepithelien gebildete ACE (AngiotensinConverting-Enzym) in Angiotensin II umgewandelt wird. Angiotensin II ist

zum einen ein starker Vasokonstriktor

können mit der Methode nach Riva-Rocci sehr genau bestimmt werden. X Es gibt Blutdruckschwankungen 1., II. und 111. Ordnung, die alle physiologisch sind. X Man unterscheidet kurzfristige, mittelfristige und langfristige Blutdruckregulationsmechanismen. X Zu den kurzfristigen Blutdruckregulationsmechanismen zählen Barorezeptorreflexund Vorhofrezeptorreflex. X Das Renin~Angiotensi n-System gehört zu den mittelfristigen Blutdruckregulationsmechanismen. X Langfristige Blutdruckregulationsmechanismen werden unter anderem über Aldosteron, ADH und ANP vermittelt.

Ablauf einer Kontraktion - Skelett- und Herzmuskulatur Aufbau der Skelettmuskulatur

Die kleinste kontraktile Einheit des Muskels ist das Sarko-

--

dadurch entstehende Depolarisation des Sarkolemms ist Gru ndvora ussetzung für die elektromechanische Kopplung.

mer, das sich durch Verschieben der Myofilamente gegen-

einander verkürzt. Verkürzen sich alle Sarkomere synchron, so verkürzen sich die Myofibrill en, dad urch die Muskelfasern und schließlich auch die Muskelbündel sowie der gesamte Muskel. Das Myosinfilament besteht aus einem Schaft, einem Hals und einem Kopf, der die für die Kontraktion wichtige Querbrücke ausbilden kann. Die Myosinköpfe verbinden sich dazu während der Kontraktion mit den Aktinfilamenten. Das Aktinfilament wird aus kleinen, kugelförmigen G-AktinMolekülen gebildet, die sich zu einer Kette (F-Aktin) zusammenlagern (I Abb. 1). Zwei solcher F-Aktin-Ketten verdrillen sich zu einer Helix, die durch einen Proteinfaden (Tropomyosin) stabilisiert wird. In Ruhe bedeckt Tropomyosin die Bindungsstelle zwischen Aktin und Myosin. In regelmäßigen Abständen sitzt auf dem Tropomyosin das sog. Troponin, ein Proteinkomplex aus drei Untereinheiten: t Troponin I für die Bindung an Aktin und Hemmu ng ("inhi-

bitory") der Myosin-ATPase-Aktivi tät. t Troponin T für die Bindung an Tropomyosin. t Troponin C für die Bindung von bis zu vier Ca2 • . Ähnliche chemische Struktur wie Calmodulin der glatten Muskulatur. Ablauf einer Kontraktion

Viele Schritte sind notwendig, um eine Muskelkontraktion ablaufen zu lassen. Diese sind bei Skelettmuskulatur und glatter Muskulatur gleich und unterscheiden sich nur in den molekularen Abläufen. Die flinf Schritte einer Kontraktion sind: t Obertragung eines Aktionspotentials auf die Muskelzelle. t Elektromechanische Kopplung. t Deblockade von Aktin und Myosin. t Querbrückenzyklus (Gieltfilamenttheorte). t Entfernung von Ca 2• aus der Zelle :~:ur Beendigung der .Kontraktion.

Elektromechanische Kopplung

Die gesamte Muskelfaser ist von Einstülpungen des Sarkolemms durchzogen. Diese Einstülpungen heißen T-Tubuli (transversales System). Dem gegenübergestellt wird das longitudinale System (L-Tubul us), das dem sarkoplasmatischen Retikulum entspricht und eine I 0 OOOfach höhere Ca 2 +-Konzentration aufweist als das Zytoplasma. Die L-Tubu[i sind an den Enden aufgetrieben. Diese sog. terminalen Zisternen weisen nur wenige Nanometer Abstand zu den T-Tubuli auf. Erreicht ein Aktionspotential das Sarkolemm im T-Tubulus, dann wird dort ein Dihydropyridin-Rezeptor (D HP) angesprochen, der aufgrundder räumlichen Nähe direkt mit einem im L-Tubulus sitzenden Ryanodin-1-Rezeptor gekoppelt ist (I Abb_ 2b)_ Durch die Depolarisation erfährt der DHP-Rezeptor eine Konformationsänderung, was den Ryanodin-Rezeptor [ligandengesteuerter Ca 2 ' -Kanal) öffnet. caz+ strömt aus dem L-Tubulus ins Sarkoplasma und führt über weitere Schritte zur Kontraktion. Beim Herzmuskel funktioni ert die elektromechanische Kopplung ähnlich bis auf den Unterschied, dass der DHP-Rezeptor im T-Tubulus nicht mit dem Ryanodin-Rezeptor verbunden ist. Der Ca2+.Einstrom aus dem Extrazellularraum durch diesen L-Typ-Ca2+. Kanal (DHP-Rezeptor) wirkt dann als Trigger und bindet an den Ca2+.abhängigen Ryanodin-2-Rezeptor, worauf sich dieser im L-Tubulus öffn et (I Abb. 2a). Deblockade von Aktin und Myosin

Im Ruhezustand des Skelettm uskels ist di e Bindungsstelle zwischen Aktin und Myosin durch Tropomyosin blockiert. Damit eine Kontraktion ablaufen kann, ist jedoch die Bildun g von Querbrücken zwischen beiden kontraktilen Filamenten unerlässlich. Bis zu vier Ca 2' setzen sich an Troponin-C und führen zu einer Konformationsänd erung, welche die Bindungsstelle fü r Myosin am Aktin freilegt (I Abb. 3). Querbrückenzyklus

Die Übertragung eines Aktionspotentials erfolgt am Skelettmuskel an der motorischen Endplatte (s. S. 10). Der Transmitter Acetylcholin wirkt dabei an n-cholino-Rezeptoren. Die

Aktinfilament (F-Aktin)

Nach der Deblockade sind Aktin und Myosin miteinander verbunden. Durch ATP-Bindung am Myosin löst sich der

Troponin .,..,.",."'

I

I

Tropemyosin

I Abb. 1: Aufbau des Aktinfilaments. (nach [ 131J

Muskelphy siologie

[Ca 2' ]10·' mol / 1

[Ca'·] 10· ' m6 1/ l

a

b

T-Tubulus

38 1 39

L-Tubulus

I Abb. 2: a) Sc hema der elektromechanischen Kopplung bei m Herzmuskel. (nach [2]) b) Beim Skelettmu skel ist der DHP-Rezeptor direkt an den Ryanod in-Rezeptor gekoppe lt. DHP ~ Dihydropyridin, ACh "~ nikotinerges Acetylcholin. [ 16]

Trope-

myosin

$ Hydrolyse Q) a von ATP

Trope-

/

myosin - -- Myosinkopf

st~r

Hebelarm klappt nach vorn

Aktin-Affinität

~-

~~~

I Abb. 3: Die Deblocka de am SkelettmuskeL TnT, TnC, Tnl ~ Troponinuntereinheiten. [17]

Myosinkopf vom Aktin ab. Die Myosin-ATPase-Aktivität des Myosinkopfs spaltet ATP zu ADP und Phosphat (I Abb. 4), wodurch die Affinität zwischen Aktin und Myosin ansteigt und sich beide aneinanderheften. Nach erfolgter Phosphatabspaltung vom Myosin macht der Myosinkopf eine Schlagbewegung, die zur Verkürzung des Sarkomers führt. In dieser sog. Kraftstufe wird der Muskel äußerlich sichtbar verkürzt. Anschließend wird ADP vom Myosinkopf abgespalten und der Muskel verkürzt sich ein zweites Mal. Daraufhin beginnt der Zyklus von neuem.

I Abb. 4: Querbrückenzyklus . [ 1]

Zusammenfassung X Die kleinste Einheit des Muskels ist das Sarkomer. X Das Aktinfilament des Skelettmuskels besteht aus

Aktin, Tropomyosin und Troponin. X Die elektromechanische Kopplung führt zur Ent-

leerung der L-Tubuli und damit zur Steigerung der intrazellulären Ca 2 •-Konzentration.

x Ca 2 • Ist für die Freigabe der Bindungsstelle zwischen Das Httn&!Ykosld Digitalls hemmt die Na•-K•..Pum~:und damlt Indirekt den sekundlr aktlvefl3Na•-t Ca••-AntJport {a. S. 41). Die• erfl6ht in der Henmuakelzellt die Ca1•-Konzentnltlon und wirkt damit kontraktionsfördernd (positiv lnotrop). DlslbJII~ wlrd bei ~tienten mit tlerzlnsuffiil.enz el....-e~.

Aktin und Myosin notwendig. X Der Querbrückenzyklus ist ein ATP verbrauchender

Prozess, durch den es zur Verkürzung der Sarkomare kommt.

Ablauf einer Kontraktio n- glatte Muskulatu r Die glatte Muskulatur besteht aus spindeiförmigen Zellen, die etwa um das 20fache kleiner sind als die Zellen der Skelettm uskulatur. Man unterscheidet:

t Single-Unit-Muskeltyp: Viele Muskelzellen sind durch Gap junctions gekoppelt, so dass entweder alle Zellen gleichzeitig kontrahieren oder gleichzeitig ruhen. Charakteristisch ist eine myogene Spontanaktivität, die sympath isch oder durch lokale Mediatoren (NO, Thromboxan u. a. ) moduliert wird . Vorkommen: z. B. Darm, Uterus, Gallengang und Harnleiter. t Multi-Unit-Muskeltyp: Einzelne Muskelzellbündel werden jeweils von einem eigenen Nervenast versorgt. Durch elektrische Isolierung kann sich jedes Muskelzellbündel unabhängig von einem anderen kontrahieren, was eine Kraftabstufung zulässt, die umso feiner ist, je mehr motorische Einheiten ein Muskel besitzt. Die Innervation erfolgt vegetativ. Vorkommen: z. B. M. ciliaris, Irismuskel und Mm. erectores pili. t Single-Unit-Typ ~ Gap junctions

t Multi-Unit-Typ -+vegetative Innervation durch eigenen Nervenast

In der mikroskopisc hen Struktur stellen die Dense bodies und Dense areas das Äquivalent zu den Z-Scheiben der Skelettmuskulatur dar. Hier sind Aktinfilamente an das Sarkolemm angeheftet. Dense bodies und Dense areas sind über Desmin, Vimentin und Filamin miteinander verbunden. Durch die Bindung von Aktin an die Dense bodies ergibt sich ein mechanisches Zytoskelettnetzwerk, das für die Kraftentwicklung beim glatten Muskel von großer Bedeutung ist. Das Aktinfilament der glatten Muskulatur besteht ähnlich wie der Skelettmuskel aus kugelförmigen G-Aktinen, die sich zu einer Kette (F-Aktin) aneinanderlagern. Zwei F-Aktine verdrillen sich zu einer Helix und werden durch Tropomyosin stabilisiert. Das beim Skelettmuskel vorhandene Troponin wird bei der glatten Muskulatur durch Caldesrnon und Cal-

ponin ersetzt. Zusätzlich bindet im Verlauf der Kontraktion noch das Protein Calrnodulin an das Aktinfilament t Skelettmuskel -+ Troponin

t Glatter Muskel -+ Caldesmon, Calponin, Calmodulin

Die Kontraktion der glatten Muskulatur beinhaltet im Prinzip die gleic hen Schritte wie bei der Skelettm uskula tu r. Beim glatten Muskel gibt es keine motorischen Endplatten.

Elektromechanische Kopplung

Oie Membranerregung der glatten Muskelzellen wird im Vergleich zu m Skelettmuskel eher vo n langsamen Aktionspotentialen getragen, die durch Ca 2+-Einstrom en tstehen und sich über Gap junctions ausbreiten. Das von extrazellulär ein· strömende Ca 2' (L-Typ-Ca 2+-Kanal) bind et an Ca 2+-abh ängige Ryanodinrezeptoren des L-Tubulus und bewi rkt die Entleerun g der Ca 2+-Speicher im sa rkoplasmatischen Retikulu m (I Abb. 1). Zusätzlich gibt es Signalkaskaden, die Ca2+ über G-Protein-vermittelte IP 3-Bildung aus dem sarkoplasmatischen Retikul um (L-Tubulus) freise tzen. Die zugehörigen Ca 2+-Kana,. Je heißen IP 3-Release-Kanäle. Die Kaskade wird z. B. über eine a 1-Wirkung von Noradrenalin eingeleiteL Deblockade von Aktin und Myosin

Die Bindungsstelle zwischen Aktin und Myosin wird beim glatten Muskel durch Caldesrnon blockiert. Intrazelluläres Ca 2+ bindet an frei in der Zelle vorkommendes Calmodulin. Der dabei entstehende Ca 2+·Calmodulin-Komplex hat zwei Aufgaben: t Aktivierung der MLKK (Myosin-leichte-Ketten-Kinase) durch Dephosphorylierung (!). Die leich ten Ketten des My 0 .

metabotrop (NA)

ionotrop

Gap junction

I Abb . 1: Ablauf der elektromecllani sc hen Kopp lung an der glatten Mu skulatur. [ 16]

Muskelphysiologie

1,------------------------------------------------~~~~~~~~

40 141

I Abb. 2: Vasedi la tation durch NO. MLKK ~ Myosin-leichte-Kette n-Kinase (nach [2))

( NO-Synthase)

Arginin -.....:::=::::::::;;;"\ ~~--~ NO

Endothelzelle

sinköpfchens werden nun durch die aktive MLKK phosphoryliert (!). t Bindung an Caldesmon über eine Phosphatbindung. Durch Konformationsänderung des Aktins wird die Bindungsstelle für Myosin freigelegt. Der direkte Gegenspieler für die MLKK ist die Myosin-leichte-Ketten-Phosphatase (MLKP), welche die leichten Ketten des Myosinköpfchens dephosphoryliert und somit die Kontraktion beendet. Ausnahme: Ein Ca 2+·unabhängiger Weg besteht für die Vasedilatation über NO. Stickstoffmonoxid aktiviert das Enzym Rho-Kinase, die wiederum die MLKK phosphoryliert und inaktiviert. Dadurch ist eine Kontraktion nicht mehr möglich und das Gefäß dilatiert (I Abb. 2). Die MLKK ist phosphoryllert inaktiv und dephosphoryllert aktiv. Im aktiven Zustand phosphoryliert sie selbst die leichten Ketten des Myosins.

Citrullin

mit Kontraktion, wobei ein Querbrückenzyklus mit Sarkomerverkürzung ähnlich wie beim Skelettmuskel abläuft. Durch die Myosin-leichte-Ketten-Phospha· tase werden Aktin und Myosin wieder getrennt und die Kontraktion damit beendet. Myosin ist ein Protein mit ATPase-Eigenschaft.

Ca 2+-Entfernung aus der Zelle zur Beendigung der Kontraktion

Dieser Schritt ist sowohl bei der Skelettmuskulatur als auch bei der glatten

glatte Gefäßmuskelzelle

Muskulatur gleich (I Abb. 2 aufS. 39). Ca2+kann mittels einer Ca 2+-ATPase ins sarkoplasmatische Retikulum (L-Tubulus) zurückgepumpt werden. Diese Pumpe heißt SERCA (Sarkoendoplasmatisches-Retikulum-Ca2+-ATPase) und hat im Ruhezustand das Protein Phospholamban gebunden, wodurch sie inhibiert wird . Wird Phospholamban phosphoryliert, kommt es zur Disinhibition der SERCA, so dass diese mit voller Kraft arbeiten kann. Weiterhin wird Ca2+mittels eines sekundär aktiven 3Na+-1 Ca2 +-Antiports aus der Zelle befördert. Dieser Transporter ist von der primär aktiven Na+-K+-Pumpe abhängig.

Zusammenfassung X Man unterscheidet Muskulatur vom Single-Unit-Typ und vom Multi-Unit-Typ. X Der glatte Muskel enthält Caldesmon, Calponin und Calmodulin.

Querbrückenzyklus

Im Vergleich zum Skelettmuskel dauert die Latenzzeit zwischen Aktionspotential und Kontraktion beim glatten Muskel länger. Nach der ATP-abhängigen Phosphorylierung der leichten Ketten im Myosinkopf wird das ATP durch eine ATPase in ADP und Phosphat gespalten. Diese Phosphorylierung ermöglicht die Verbindung zwischen Aktin und Myosin

X Bei der elektromechanischen Kopplung des glatten Muskels wird der Myosinkopf durch die MLKK phosphoryliert. Zusätzlich wird mittels Bindung eines Ca 2 •-Calmodulin-Komplexes an Caldesmon eine Konformationsänderung hervorgerufen und damit die Myosin-Bindungsstelle am Aktin freigelegt. X Die Kontraktion wird durch die MLKP beendet. X caz• wird sowohl über eine Ca 2•-ATPase (SERCA) ins sarkoplasmatische Retikulum zurückbefördert als auch über einen sekundär aktiven 3Na•- 1Ca 2•Antiport in den Extrazellularraum transportiert.

Muskelmechanik Ruhedehnungskurve

Auxotone Kontraktion

Bei Dehnung eines ruhenden Muskels entsteht eine Spannung, die mit zunehmender Dehnung überproportional ansteigt, was durch elastische Strukturen (Titinfilamente ) innerhalb der Muskelfasern bedingt ist Die Ruhedehnungskurve ist die Funktion aus Muskellänge und erzeugter Spannung (I Abb. 1).

Physiologisch sind die meisten Kontraktionen auxoton, d. h _ Länge und Spannung änd ern sich im Muskel gleichzeitig. Als positiv auxotonisch bezeichnet man eine Kontraktion, bei der die Muskelbelastung mit der Verkürzung zunimmt, bei der negativ auxotonischen Kontraktion sinkt die Belastung_ t Isometrische Kontraktion ~ senkrechte Linie im Kraft-Längen-

Kontraktionsformen

Diagramm

t Isotonische Kontraktion ~ waagrechte Linie Im Kraft-Längen,.

Durch experimentelle Reizung des isolierten Skelettmuskels kann man unterschiedliche Kontraktionsform en beobachten. Grundlage ist die Ruhedehnungskurve, die man durch Messungen am passiven Muskel erhält.

Diagramm t Auxotone Kontraktion ~ diagonale Linie Im Kraft-Lingen-Dlagramm

Kombinierte Kontraktionsformen Isometrische Kontraktion

Wird ein an beiden Enden fixierter Muskel elektrisch gereizt, kontrahiert er, ohne sich zu verkürzen (isometrische Kontraktion) . Im Inneren des Muskels entsteht dabei eine mess· bare Spannung. Da er sich nicht verkürzt, leistet er auch keine Arbeit (Arbeit = Kraft · Weg). Ausgehend von jedem Punkt der Ruhedehnungskurve kann eine isometrische Kontraktion durchgeführt und die entwickelte maximale Kraft für die jeweilige Vordehnung in ein Diagramm eingetragen werden (Kurve der isometrischen Maxima, I Abb. I). Isotonische Kontraktion

Wird der Muskel vor elektrischer Reizung nur an einem Ende fixiert, dann bleibt die Fähigkeit zur Verkürzung bestehen. Die im Inneren des Muskels aufgebaute Spannung bleibt durch die Muskelverkürzung gleich (isotonische Kontraktion) . Je größer die Vordehnung, desto geringer die mögliche Muskelverkürzung. Verbindet man die einzelnen Punkte der maximal möglichen Muskelverkürzungen, so erhält man die Kurve der isotonischen Maxima (I Abb. 2).

Beim Anheben eines Wassereimers resultiert zunächst eine isometrische Kontraktion, bei der sich im Muskel nur eine Spannung ohne Bewegungseffekt aufbaut. Wurde die Gewichtskraft des Eimers überwunden, so wird sich der Arm samt Eimer bewegen, die erzeugte Muskelkraft ändert sich dabei jedoch nicht mehr (isotonisch). Diese Abfolge aus isometrischer und isotonischer Kontraktion nennt man Unterstützungszuckung.

Beißt man die Zähne fest aufeinander, so wird zunächst eine Bewegung des Kiefers ausgeübt, die noch keine Kraftentwicklung aufweist (isotonisch) . Berühren sich schließlich die Zähne der beiden Zahnreihen, resultiert eine Spannung ohne weitere Muskelverkürzung (isometrisch). Die Abfolge aus isotonischer und isometrischer Kontraktion nennt man Anschlagszu ckung.

Kraft-Geschwind igkeits-Di agra mm

Die Muskelleistung entspricht dem Produkt aus Muskelkraft und Verkürzungsgeschwindigkeit Trägt man beide Parameter in einem Diagramm auf, ergibt sich die Hill'sche Kraft-Ge-

physiologischer Arbeitsbereich Skelettmuskel 100

100

E' :J

E ·;c ." ::; E 50

~

>

!"

1ii

~"'

0

~

aktiv •• --- entwickelte

=!"

50

~

••••• ~raft

~

0

0

Muskellänge

Muskellange I Abb. 1: Ruhedehnungskurve und Kurve der isometri sc hen Maxima. [ 1]

1,5

0,5

1,5

0,5

I

Abb. 2: Ruhedehnu ngsk urve und Ku rve der isoton isc hen Max irna. Da s Produkt aus Kra ft (Last) un d Mu skelverkürzungsstrecke ergibt die geleiste t e

Arbeit (b raune Fläc he). j1)

Muskelphysiologie

I

Abb. 3: Hill 'sche Kraft-Geschwindigkeits-Relation. {nach { 181)

Geschwindigkeit [m/s]

8

6

."!:: Q)

Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung für die Armbewegung beim Menschen

4

-" Ol

~~

/ Leistungsmaximum

_§~ { 2 ~~ '- (/)

i!J§ ~~

,/

~\

o .L_ _ _L---,---:::::~="",.:,,.

,_ ~

0

"§

~

schwindigkeits-Relation (I Abb. 3), wonach die Verkürzungsgeschwindigkeit umso größer ist, je kleiner die Last. Die Leistung wird dabei durch die rechteckige Fläche unter jeweils einem Punkt der Kurve wiedergegeben. Beispiel: Einen Tischtennisball kann man mit schnellerer Armbewegung werfen als eine Bowling· Kugel. Regulation der Kontraktionskraft

Die Kraft des Muskels kann über Rekr\ltierung motorischer Einheiten, Vordehnung sowie Änderung der Aktionspotentialfrequenz gesteigert werden.

einem Motoneuron und den von ihm innervierten Muskelfasern zusammen. Je mehr motorische Einheiten ein Muskel besitzt, desto besser Ist seine Feinmotorik und Kraftabstufung.

Die Rekrutierung von motorischen Einheiten wird auch räumliche Summation genannt. Dabei erfolgt die Steigerung der Kontraktionskraft eines Muskels durch die zunehmende Anzahl der innervierten motorischen Einheiten. Durch Vordehnung erreichen die Querbrücken zwischen Aktin- und Myosinfilamenten einen optimalen Arbeitsbereich. Mi t Vordehnung meint man die Länge des Muskels, die er zu Kontraktionsbeginn hat, wobei ein Kraftmaxi-

'----y-----'

100

1/3 der Maximalkraft

200 Kraft [N]

mum bei einer Sarkomerlänge von 2,0-2,2 pm erreicht wird (I Abb. 4). Dehnt man den Muskel über diesen Be· reich hinaus, so nehmen die Anzahl der überlappenden Querbrücken sowie die Kraftentwicklung wieder ab. Ab einer Sarkomerlänge von 3,6 pm überlappen die Querbrücken nicht mehr, eine Kontraktion ist dann unmöglich. Da der Muskel im Körper physiologisch durch Ansatz und Ursprung an den Knochen vorgedehnt ist, spielt dieser Mechanismus eher im Versuch am isolierten Muskel eine Rolle (beim Sehnenriss zieht sich der Muskel zusammen!). Wird bei der sog. zeitlichen Summation die AP-Frequenz erhöht, so erreicht man einen Übergang von Einzelzuckungen zu tetanischen Kontraktionen. Bei der Einzelzuckung kommt es durch ein einzelnes AP zu einer kurzen Kontraktion, deren Dauer nicht aus-

42143

reicht, um die maximale Verkürzung des Muskels zu erreichen. Erhöht man die AP-Frequenz und erzeugt noch in der Phase der beginnenden Relaxation ein neues AP, dann überlagern sich beide Zuckungen. Kalzium kann von der SERCA (s. S. 41) in dieser Zeit nicht vollständig in das sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt werden, die intrazelluläre Ca 2+- Konzentration steigt. Dies führt durch sog. Superposition zu einer stärkeren Kraftentwicklung, da das Filamentgleiten länger stattfinden kann. Verschmelzen die Einzelzuckungen durch die hohe AP-Frequenz zu einer Dauerzuckung, dann spricht man von tetanischer Kontraktion. Die erzeugte Muskelkraft beträgt das 4- bis 1Ofache der Einzelzuckung.

maximale

3

Kraff l%1

I

100 80

60 40 20

~ 1,5

2,0

I.--

t-

2,5

1,651'm

3,0

3,5 4,0 Sarkomerlänge {J.tm]

------.1

-~1

I

Abb. 4: Die Vordehnung des Muskels bewirkt eine Kraftsteigerung. {nach [19])

Zusammenfassung X Es gibt isotonische, isometrische und auxotone Kontraktionen. Unterstützungs- und Anschlagszuckung sind abgeleitete Formen. X Kraftsteigerung wird durch Rekrutierung, Vordehnung und Steigerung der Aktionspotentialfrequenz erreicht. • Die tetanische Kontraktion führt zu einer Kraftentwicklung, die etwa um den Faktor 10 größer ist als bei einer Einzelzuckung.

Motorik - ZNS Gyru s prae-

Für eine willkürliche Bewegung muss im limbisehen System ein Handlungsantrieb entstehen. lm Assoziationskortex erfolgt dann die Umsetzung des Bewegungsantriebs in einen Plan. Dieser wird an den prämotorischen Kortex geleitet, wo das Bewegungsprogramm erstellt wird. Die Ko· ordination wird in den Basalganglien und im Kleinhirn verarbeitet. Zuletzt werden die Informationen über den Thalamus an den motorischen Kortex projiziert, von wo aus die Befehle zur Skelettmuskulatur gelangen.

JF:,~IIilioc~~ ····--:.. centra li s

.. ... Capsula interna

Motorischer Kortex Motorische Fasern der Hirnnervenkerne

Der Motorkortex im Gyrus praecentralis ist die oberste Instanz der zielgerichteten Bewegung (primärer motorischer Kortex). Er ist somatatop organisiert, d. h., den einzelnen Zellgebieten des Motorkortex sind kontralateral gelegene Muskelgebiete des Körpers genau zugeordnet (motorischer Homunkulus). Der sekundäre motorische Kortex wirkt unterstützend für die feinmotorischen Bewegungen (vor allem Hände und Füße). Zusätzlich existieren sensorische Projektionen (molo-

(z.B. VII, XII)

'

sensorischer Kortex). -+---

Pyramidenbahn

Die Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis) steuert als wichtigste Efferenz des Motorkortex die Zielmotorik und wirkt dabei stimulierend auf die Flexoren und inhibierend auf die Extensoren. Die Pyramidenbahn stammt zu 30% aus dem primären Motorkortex, zu 30 %aus dem sekundären Motorkortex und zu 40 % aus dem sensornotorischen Kortex. Sie zieht durch die Capsula interna über Pons und Pyramide zum Rückenmark, wo die Fasern entweder an Interneuronen oder an a-Motoneuronen des Vorderhorns enden (I Abb. 1). Es lassen sich zwei Anteile unterscheiden: t Tractus corticospinalis Jateralis: beinhaltet ca. 80 % der Fasern und kreuzt bereits in der Pyramide auf die Gegenseite. t Tractus corticospinalis anterior: beinhaltet ca. 20 % der Fasern und kreuzt erst im jeweiligen Rückenmarkabschnitt zur Gegenseite. Eine Schädigung der Pyramidenbahn oberhalb der Pyramidenkreuzungführt zur spastischen Lähmung der _kontralateralen Seite, eine Schädigung der Pyramidenbahn unterhalb der Pyramidenkreuzung zur spastischen Lähmung der ipsilateralen Seite. Eine Läsion des zweiten Motoneurons (a-Motoneuron) führt zu einer schlaffen Parese.

Kleinhirn

Das Kleinhirn (Zerebellum} setzt sich aus Vestibulozerebellum, Spinazerebellum sowie Pontozerebellum zusammen und dient der Koordination von Bewegungsa bläufen . Die dreischichtige Kleinhirnrinde besteht von innen nach außen aus Körner-, Purkin je- und Molekularschicht Es gibt zwei Eingänge in die Kleinhirnrinde (beide erregend über Glutamat):

-

-

-

Rücken mark

Rückenma rk

I Abb . 1: Verlauf der Pyramidenbahn. (20]

• Moosfasern stammen aus dem Pons und aus Vestibularbzw. Rückenmarkskernen. Sie erregen die Körnerzellen, die ihrerseits über Parallelfasern die Purkinje-Zellen erregen. t Kletterfasern stammen aus der Olive und den Raphekernen und ziehen bis in die Molekularschicht, wo jede Kletterfaser mit etwa 7- 10 Purkinje-Zellen verschaltet ist.

Als Ausgang aus der Kleinhirnrinde dienen nur die inhibitorischen Axone der Purkin je-Zellen, die zu den Kleinhirnkernen (Ncl . dentatus, emboliformis, fastiguus, globosus) ziehen. Afferenzen zum Kleinhirn sind erregend, Efferenzen des Kleinhirns · hemmend.

Innerhalb der Kleinhirnrinde werden Stern- und Korbzellen von den Parallelfasern erregt. Sie hemmen über den Transmitter GABA die Purkinje-Zellen. Die Golgi-Zellen hemmen die Körner-Zellen und verkürzen damit die Aktivierungsphase der Purkinje-Zellen. t Korbzellen, Golgi-Zellen, Sternzellen -+ inhibitorlach (GABA) t Körnerzellen -+ erregend (Glutamat)

Motorik

Kleinhirnefferenzen ziehen zum Hi rnstamm, Thalamus, NcL ruber und Motorkortex. Bei einer zerebellären Läsion betrifft diese v. a. die Koordination zwischen motorischem Programm und Ausführung {Ataxie}. Außerdem kann es zum Intentionstremor, zur Dysmetrie (Abstand eines Gegenstandes kann schlecht eingeschätzt werden) oder zur Dysdiadochokinese (schnelle Bewegungen können schlecht ausgeführt werden) kommen. Auch die Sprache kann in ihrer Artikulation gestört sein {skandierte Sprache} .

Hirnstamm

Medulla oblongata, Pons und Mittelhirn werden zum Hirnstamm gezählt, wo die Kontrolle der Stützmotorik erfolgt. Absteigende (deszendierende) Bahnen beeinflussen dafür über Erregung und Hemmung von a- und y-Motoneuronen die spinalen Reflexe. Wichtige Kerngebiete des Hirnstamms sind NcL ruber, Vestibulariskerne sowie Anteile der Formatio reticularis. Seine Afferenzen stammen aus dem Vestibularapparat, dem Kleinhirn, dem Motorkortex und aus Propriozeptoren des Halses. Zu den Hauptefferenzen zählt man: t Tractus rubrospinalis: Vom Ncl.

ruber ausgehend kreuzen die Fasern direkt nach Verlassen des Kerns und ziehen zum Rückenmark, wo sie in der grauen Substanz Flexorneurone aktivieren und Extensorneurone hemmen. t Tractus vestibulospinalis: Vom Deiters-Kern ziehen die Fasern ungekreuzt ins Rückenmark, wo sie im medialen Vorderhorn enden. Flexorneurane werden gehemmt, Extensorneurane aktiviert. t Tractus reticulospinalis medialis:

Seine ungekreuzten Fasern stammen aus der Formatio reticularis (pontin) und aktivieren bevorzugt proximale Extensorengruppen. t Tractus reticulospinalis lateralis:

Die Fasern entstammen der Formatio reticularis (medullär) und ziehen zum Teil gekreuzt, zum Teil ungekreuzt in das Rückenmark, wo dista le Flexorengruppen aktiviert werden.

44 1 45

gehören. Afferenzen stammen vor allem aus dem zerebralen Kortex. Efferenzen ziehen zum Ne!. ventralis lateralis und Ne!. ventralis anterior des Thalamus. Die Informationen werden schließlich vom Thalamus zum Motorkortex projiDie Koord ination der Hirnstammreflexe ziert. ist ein Zusammenspiel von Informationen Die Transmittersysteme der Basalaus den Propriozeptoren des Halses, dem ganglien und deren Projektionswege vestibulären und dem visuellen System. sind in I Tab. 1 zusammengefasst. Zusätzlich gibt es mehr als zehn CotransZu den Hirnstammreflexen zählt man: mitter (Neuropeptide), die der Verstärt Haltereflex: Stabilisierung des Gleich- kung dienen. Wichtigste Vertreter sind gewichts bei Lageänderungen des Kop· Enkephalin und Substanz P. fes in Bezug auf den Körper. Ziel ist eine Tonusanpassung der Skelettmuskulatur t Morbus Parklnson: Ein Untergang der (s. S. 103). Neurone in der Substantia nigra führt t Stellreflex: Für die aufrechte Körperüber einen Copaminmangel zur Oberhaltung zuständig. aktivität der Basalganglien mit verstärkter Inhibition des Thalamus. Es kommt t Statokinetischer Reflex: Wird der zur klassischen Trias Rlgor (gesteigerter Körper passiv in eine Richtung gedreht, muskulärer Widerstand), Ruhetremor so bewegen sich Kopf und Augen reflekund Akinese (Bewegungshemmung). t Bei der Chorea Huntlngton werden torisch in die Gegenrichtung. Dies dient die GABAergen und cholinergen Neurone der Konstanthaltung der Blickrichtung. im Striatum zerstört Der resultierende t Saugreflex: Über Mechanorezeptoren Copaminüberschuss führt zu Hyperleineder Lippen werden beim Säugling SauBien mit Grimassieren und plötzlichen Bewegungen der Extremitäten. gen, Schlucken und Atmen koordiniert. t Schutzreflexe: Dazu gehören u. a. Hustenreflex und Kornealrefl ex. Kommt es in der Notfallmedizin zu sog. Streckspasmen, so ist dies ein Hinweis auf Hirnstammschädigung mit sehr schlechter Prognose (Dezerebrationsstarre).

Basalganglien

Die Basalganglien dienen dem Entwurf von langsamen, konstanten Bewegungen. Folgende Kernareale werden benannt:

Transmitter

Projektlonswe.,;: g_ _ _ _ __.

Glutamat

t

(erregend)

t Ne!. subthalamicus-> Pallidum,

Kortex-> Striatum Substantia nigra

GABA (inhibitorisch)

t Striatum -> Pallidum t Pallidum -> Ne!. subthalam icus ' Pallidum ->Thalamus ' Striatum -> Substantia nigra t Substantia nigra -> Thalamus

t Striatum (aus Putamen und Ne!. caudatus) t Globus pallidum t Ncl. subthalamicus t Substantia nigra.

Dopamin

t S. nigra compacta-> Striatum ' D,-Rezeptor: fördert GABAerge Neurene

t D2-Rezeptor: hemmt GABAerge Neurene

Eingang der Basalganglien ist das Striatum, während Substantia nigra und Globus pallidus zu den Ausgangskernen

Acetylcholin

' Interneurane des Striatums

(erregend)

I

Tab. 1: Transmittersysteme der Basa lganglien.

Zusammenfassung

ac Der motorische Kortex ist die oberste Instanz der Bewegungsplanung und -ausführung. Seine wichtigste Efferenz ist die Pyramidenbahn.

ac Die Aufgabe des Hirnstamms ist die Überwachung der Stütz- und der Haltemotorik. K Basalganglien und Kleinhirn senden Informationen zur Bewegungsa~:~s­

führung und -kontrolle an den Motorkortex.

Motorik- Rückenmark und peripheres Nervensystem Um schnell auf Gefahren reagieren zu können, sind sensorische und motorische Systeme bereits auf spinaler Ebene miteinander verschaltet Eine Weiterleitung zum Großhirn würde zu viel Zeit kosten_ Zu den sensorischen Systemen gehören Muskelspindeln, Golgi-Sehnenorgane und Gelenksensoren. Die Skelettm uskulatur wird von sog. Motoneuronen innerviert, wobei die a-Motoneurone für die Bewegung der Muskulatur und die y-Motoneurone für die Innervation der Muskelspindeln verantwortlich sind (s. S. 7).

als P-Sensoren und steigern ihre ausgesendete AP-Frequenz bei Kontraktion des Muskels. Die Afferenzen der GolgiSehnenorgane führen eine autogene Hemmung durch, wobei zum einen die agonistischen a-Motoneurone gehemmt und zum anderen die antagonistischen a-Motoneurone stimuliert werden. Sinn und Zweck ist eine Spannungsbegrenzung und damit die Aufrechterhaltung der korrekten Mus· kelspannung. Dies ist wichtig, um Bewegungen rechtzeitig abstoppen zu können.

Muskelspindeln

Reflexe

Muskelspindeln befinden sich parallel

Folgt auf eine afferente Erregung eine unbewusste, stereotype Antwort, dann spricht man von einem Reflex. Ein Reflexbogen besteht dabei aus einem Sensor, einem afferenten Schenkel, zentralen Neuronen, einem efferenten Schenkel und einem Effektor (Erfolgsorgan). Als Reflexzeit bezeichnet man die Latenzzeit zwischen Reizbeginn und Reflexantwort Reflexe werden in Eigenreflexe und Fremdreflexe unterteilt.

zu den Fasern der Arbeitsmuskulatur und werden auch intrafusale Fasern genannt Innerhalb der Muskelspindeln lassen sich Kernketten- und Kernsackfasern unterscheiden. Die Muskelspindeln werden afferent über die schnellen la-Fasern sowie über die langsameren li-Fasern innerviert. Die efferente Innervation erfolgt über yMotoneurone.

t la-Faaem: Afferenz der Kernkettenund Kernsackfasem, PD-Rezeptoren (Proportional-Differential), messen Geschwindigkeit der Dehnung11änderung. t ii-Faaern: Afferenz der Kernkettenfasem, reiner P-sensor, messen die statische Muskellänge.

Für die Muskelspindel ist Muskeldilatation der entsprechende Reiz, mehr Aktionspotentiale über la-Fasern zum Rückenmark zu senden. Durch Muskelkontraktion nimmt die Impulsrate hingegen ab. Über die y-Motoneurone wird die Muskelspindel immer an die jeweilige Muskellänge angepasst, was der Optimierung der Empfindlichkeit dient. Golgi-Sehnenorgan

Die Golgi-Sehnenorgane sind Rezeptoren für die Muskelspannung. Bei einer isometrischen Kontraktion reagieren nur sie, nicht jedoch die Muskelspindeln. Sie befinden sich im Ursprung der Sehne und werden afferent über lb-Fasern innerviert Die Sehnenorgane arbeiten

Muskeleigenreflex

Die Dehnung eines Muskels führt über Aktivierung der la-Muskelspindel-Afferenzen zu einer monosynaptischen Aktivierung der a-Motoneurone und damit zur Kontraktion der Muskelfasern. Zusätzlich kommt es zu einer disynaptischen Hemmung des Antagonisten (Antagonistenhemmung oder reziproke Hemmung, I Abb. I), wobei es sich hierbei um einen Fremdreflex handelt (Sensor und Effektor liegen nicht in einem Organ!). Die klinische Bedeutung der Muskeleigenreflexe liegt darin, dass jeder Reflex einem Bereich des Rückenmarks zugeordnet ist. Der Neurologe kann durch die Auslösung eines Reflexes Auskunft über Schädigungen im Nervensystem erhalten. Dabei wird der Reflex durch Beklopfen der Sehne mittels Reflexhammer ausgelöst (T-Reflex, tat. tendo =Sehne). Weil die Reflexantwort von Patient zu Patient sehr unterschiedlich ist, wird vor allem auf Seitendifferenzen geachtet. Ist bei einem Patienten die Reflexantwort abgeschwächt,

so kann der jendrassik-Handgriff angewendet werden: Der Patient hakt dabei seine Hände vor der Brust inein _ ander und zieht kräftig auseinander, Wodurch es zu einer Bahnung der Reflexe für die untere Extremität kommt und die supraspinale Hemmung unterdrückt wird . Wahrscheinlich werden dabei auch die für die un tere Extremität verantwortlichen a-Motoneurone mit innerviert. Bei Reflextestung der oberen Extremität lässt man den Patienten für dieBahnungdie Zähne aufeinanderbeißen . Die Segmenthöhen von Achillessehnen-reflex, Patellarsehnenreflex, Bizepssehnenreflex und Trizepssehnenreflex kann man von der kleinsten Zahl beginnend paarweise durchzählen: ASR -+ S1/S2, PSR-+ L3/L4, BSR -+ C5/C6, TSR -+ C7/C8.

Fremdreflex

Fremdreflexe sind polysynaptisch, Sensor und Effektor liegen dabei nicht im gleichen Organ. Der Fremdreflex hat mehrere besondere Eigenschaften: t Unterschwellige Reize können sich

zu

einem Überschwelligen Reiz summieren und eine Reaktion auslösen (Summation).

t Bei steigender Reizstärke nimmt die Reflexzeit ab.

Ia

()---1

hemmend

I Abb. 1: Monosynaptischer Reflexbogen des Muskeleigenreflexes. [151

Motorik

t Bei hoher Reizstärke kann die Reflexantwort auf unbeteiligte Muskelgruppen ausstrahlen (Irradiation). t Reizwiederholung am gleichen Reizort führt zu einer nachlassenden Reflexantwort (Habituation). t Wiederholte schmerzhafte Reize senken die Reflexschwelle (Sensitivierung).

Wird die Haut schmerzhaft gereizt, so wird als Reaktion die gesam te Extremität weggezogen. Man bezeichnet dies als Schutzreflex oder aufgrund der beteiligten Muskelgruppen als Flexorreflex (I Abb. 2). Tritt man etwa mit einem Fuß in den Nagel, so wird das Bein im Knie gebeugt, um dem Schmerz zu entgehen. Gleichzeitig wird das anI Abb. 2: Polysynaptischer Reflexbogen des dere Bein durch Extension stabilisiert, Fremdreflexes. Gruppe II I /lV- Fasern ~ Schmerzdamit man nicht umfällt Dies wird über afferenzen (Ac-Fa sern und C-Fa sern). E ~ ExtenKreuzung der Schmerzafferenzen auf sor, F ~ Flexor. )151 Rückenmarksebene zur kontralateralen Seite erreicht (gekreuzter Extensorenreflex). Bereits auf Rückenmarksebene wird die 35 ms zu einem SummenaktionspotenReflexbahn in ihrer Aktivität kontroltiaL Im EMG zeigt sich die sog. H-Welliert. Die a-Motoneurone haben Kollale (I Abb. 3). teralen, die auf die Renshaw-Interneu- Reizt man mit höheren Spannungen rone projizieren. Die aktivierten Ren(> 35 mV), so werden zusätzlich zu den shaw-Zellen hemmen ihrerseits die la-Fasern auch die a-Motoneurone a-Motoneurone. Über diese sog. rekur- innerviert. Durch die direkte Innervarente Hemmung (Rückwärtshemtion des Muskels über a-Motoneurone mung) erfahren die a-Motoneurone ein erfolgt das Summenaktionspotential negatives Feedback, wodurch ihre Entschon nach ca. 8 ms. Im EMG zeigt sich ladungsrate begrenzt wird. die sog. M-Welle (I Abb. 3). Zwar werden die la-Fasern der über a -Motoneurone innervierten motorischen Einheit tnwmeurone sind meist hemmender ebenfalls innerviert, doch trifft deren Natur und verwenden den Inhibitorischen Erregung nach der Umschaltung im RüTransmitter GABA. Renshaw-Zellen sind ckenmark auf refraktäres Gewebe des eine Ausnahme und verwenden den lnhlbltorischen Transmitter Glycinl a-Motoneurons und wird ausgelöscht.

46147

Das a-Motoneuron wird demnach durch die elektrische Reizung nicht nur orthodrom (physiologische Laufrichtung), sondern auch antidrom erregt. In einem mittleren Volt-Bereich können H- und M-Welle gleichzeitig auftreten. Ein Teil der motorischen Einheiten wird dabei direkt über a-Motoneurone, der andere über la-Fasern erregt. Dies bedeutet, dass ein Teil des Muskels schon nach 8 ms, der andere Teil erst nach ca. 35 ms kontrahiert. Der Proband selbst merkt davon nichts, aber der Computer kann dies nachweisen.

X

~

~

er:

~

'"':i:.

~

~

~

.~'

4

N

'Qj

Potential [rnV]

1

1) JS V

Q)

~

!

2) 60 V

0

8 20 Zeit [ms]

I Abb. 3: Aufzeichung eines Elektromyogramms bei versch iedenen Spannungsstärken. )2]

Elektromyographie

Bei der Erstellung eines Elektromyogramms (EMG) wird das Summenaktionspotential des Muskels abgeleitet. Je mehr motorische Einheiten elektrisch erregt sind, desto höher wird die Amplitude des EMG. Löst man Reflexantworten durch elektrische Reizung aus, dann reizt man bei niedrigen Spannungen (20 - 30 mV) nur die la-Fasern. Der komplette Reflexbogen läuft ab und führt nach einer Latenzzeit von etwa

Zusammenfassung tc Muskelspindeln messen sowohl die Muskellänge als auch die Änderung der Dehnungsgeschwindigkeit

tc Golgi-Sehnenorgane erfassen die Muskelspannung. tc Eigenreflexe sind monosynaptisch, Fremdreflexe polysynaptisch. tc Man unterscheidet reziproke, rekurrente und autogene Hemmung. tc ln Abhängigkeit von der elektrischen Reizstärke lassen sich im EMG eine H- und/oder eineM-Welle auslösen.

tung

Grundlagen zur Vitalkapazität zusammen [5,3 1). Da die Lunge trotz maximaler Ausatmung nie ganz kollabi ert, bleibt in ihr ein Restvolumen von 1,5 l (Residualvolumen) . Nach normaler Ausatmung befinden sich noch exspiratorisches Reservevolumen und Residualvolumen in der Lunge (funktionelle Residual-

:, · · ition

Unsere Atemluft besteht zu 79 %aus Stickstoff, zu 21 %aus Sauerstoff und zu etwa 0,03 % aus C0 2• Für den Gasausta usch in den Alveolen wird die Lunge regelmäßig be· und entlüftet, wodurch in der Inspiration sauerstoffreiche Luft einströmt, während bei der Exspiration kohlendioxidhaltige Luft wieder abge· geben wird. Bei der Inspiration kontrahieren sich Zwerchfell und Interkostalmuskeln und führen so zu einer Vergrößerung des Thorax. Das äußere Blatt der Lungen ist mit den Rippen verbunden, so dass es der Bewegung passiv folgen muss. Da die Retraktionskräfte der Lunge das innere Blatt des Pleuraspalts nach innen ziehen, wird der Pleuraspalt aufgedehnt und der darin befindliche Druck erniedrigt. Erst nach Überwindung der Retraktionskräfte wird die Lunge aufgedehnt Es entsteht ein Unterdruck in der Lunge, der die Luft einströmen lässt. Zur Exspiration kommt es aufgrund der Retraktionskräfte der Lunge vor allem durch die elastischen Rückstellkräfte des Thorax. Wie bei einem Luftqallon entweicht die Luft passiv, wenn man die Glottis öffnet und die Atemmuskulatur entspannt. Die Atemfrequenz beträgt etwa 15 Atemzüge pro Minute mit einem Atemzugvolumen von 0,5 l. Daraus ergibt sich ein Atemminutenvolumen von ca . 7,51/ min. Spirometrie

Mit einem Spirometer lassen sich die einzelnen Atemvolumina bestimmen, die interindividuell von Geschlecht, Alter und Trainingszustand abhängen [I Abb. I). Dabei atmet der Proband in eine Glocke, die in einem Wasserbehälter schwimmt. Durch Auf- und Abtrieb wird sich die Glocke bewegen, je nachdem ob man Luft hinein- oder herausatmet Die Wasserverdrängung entspricht dem jeweils geatmeten Volumen. Das Atemzugvolumen bei Ruheatmung beträgt etwa 0,5 I. Man kann zusätzlich 3 l Luft ei natmen (inspiratorisches Reservevolumen) und 1,8 I Luft aus· atmen (exspiratorisches Reservevolume n). Diese drei Größen fasst man

kapazität) .

Durch Bestimmung der Atemvolumina kann man noch keine Aussage über die Effektivität des Gasaustauschs treffen. Nur die Alveolen sind zum Gasaustausch befähigt, alle anderen Strukturen gehören dem sog. Totraum an. Dabei unterscheidet man:

Die oberen Atemwege tragen in höherem Maß zum Atemwegswiderstand bei als die un teren. Diffusion

Die treibenden Kräfte fü r den Gasaustausch zwische n Alveolen und Blut sind vor allem die Partialdruckdifferenzen der beiden Atemgaskompartimente. t Alveolär: 0 2-Partialdruck - 100 mmHg • C02-Partialdruck - 40 mmHg. t Venös: 0 2-Partialdruck - 40 mmHg, C02-Partialdruck - 46 mmHg. t Die Partialdruckdifferenz in den Alveolen ist für 0 2 gröBer als für C02 •

t Anatomischer Totraum: Trachea,

Bronchialbaum bis zu den Bronchioli terminalis. Er dient nur der Luftleitung. t Physiologischer Totraum: Anatomischer Totraum plus Alveolen, die gerade nicht am Gasaustausch teilnehmen. Der physiologische Totraum ist gröBer als der anatomische Totraum. 30'J6 des Atemzugvolumens sind Totraumvolumen, d. h. etwa 150 ml.

Damit man überhaupt atmen kann, müssen folgende Atemwiderstände überwunden werden:

Nach dem Fick'schen Diffusionsgesetz (s. S. 4) ist der Gasfluss M proportional zur Partialdruckdifferenz über der Membran sowie zur Diffusionsfläche F. Die Dicke der Membran d ist antiproportional zum Gasfluss. Zusätzlich spielt noch der Krogh 'sche Diffusionskoeffizient K eine Rolle, der gasspezifisch unterschiedlich ist. M

' (Palv - Pkap)

Der Krogh'sche Diffusionskoeffizient ist für C02 etwa 20-mal größer als für 0 2 •

t Elastischer Atemwegswiderstand:

Summe der elastischen Retraktionskräfte von Lunge und Thorax. t Visköser Atemwegswiderstand: Erfolgt durch Reibung an der Bronchialwand.

F·K

= -d-

Perfusion

Damit die Arterialisierung, d. h. die Sau.erstoffaufsättigung des venösen Bluts

Volumen [I) 6

-------

IR V 3,3 1

5 4

3

I

Abb . 1: Mittels Spirom ete r bestimmte Lungenvolumina. VK = Vitalkapazität, IRV = inspiratori-

sc hes Reservevo lumen, ERV = exspiratorisches Reservevolumen, RV = Residualvolumen, FRK = funktionell e Resid ualk apazi-

tät, V, = Totraumvolumen.

!BI

Vr 0,51

-- --- -

2

ERV 1,0 I

0 ~----------------·

Zeit

}

-----

FRK

RV 1 2 1

22 1 "

Atmung

optimal abläuft, muss die Durchblutung (Perfusion) der Lunge gut sein. In Ruhe beträgt die Ausschöpfung der Lungenkapillaren nur 50 %, wird bei Belastung aber entsprechend gesteigert. Durch den Euler-Liljestrand-Mechanismus kontrahieren sich in Lungengebieten mit schlechter Ventilation (0 2 "!,j die Gefäße (hypoxische Vasokonstriktion). Es kommt so zu einer Umverteilung des Blutes zu Gebieten mit besserer Ventilation, um die Sauerstoffausschöpfung zu erhöhen.

Volumen [I]

Ruhedehnungskurve der Lunge

Im Druck-Volumen-Diagramm wird das passive Verhalten der Lunge bei Befüllung mit einer definierten Luftmenge beschrieben (I Abb. 3). Die Steigung der Ruhedehnungskurve entspricht dabei in jedem Punkt der jeweiligen Compliance (Dehnbarkeit der Lunge). Pustet man einen Luftballon auf, so wird dies zum Ende hin immer schwieriger, da die Dehnbarkeit des Ballons abnimmt. Gerrau so funktioniert dies auch bei der Lunge. Je mehr Volumen in der Lunge, desto schlechter die Dehnbarkeit (Compliance). Umgekehrt wird sich ein praller Luftballon sehr schnell wieder entleeren, wenn man die Öffnung nicht zuhält. Er hat eine hohe Rückstellkraft Dies bezeichnet man bei der Lunge als Elastance.

luftgefüllt mit Surfactant

6

I' -D.V = C omp1ance

4

D.P

,, ~

2

, ;

--0

Ventilations-Perfusions-Verhältnis

Die Lungenperfusion ist beim stehenden Menschenaufgrund der Schwerkraft in der Lungenbasis besser, in der Lungenspitze schlechter. Die gleiche Verteilung ergibt sich für die Ventilation, da basal die Ventilation durch Ausdehnung des Recessus costophrenicus besser ist als apikal. Das sich ergebende Ventilations-Perfusions-Verhältnis ist wichtig für die Arterialisierung des Blutes (I Abb. 2). Ein großer Wert bedeutet, dass die Perfusion zu schlecht war (z. B. Embolie), ein kleiner Wert lässt auf eine verringerte Ventilation schließen (z. B. Verlegung der Atemwege).

48 1 49

20

10

luftgefüllt ohne Surfactant

30

intrapulmonaler Druck [cmH 201

I Abb. 3: Ruhedehnungskurve. [ 17]

Die Elastance (Rückstellkraft) der Lunge wird durch zwei Faktoren bestimmt: t Elastischer Fasergehalt und Faseranordnung t Oberflächenspannung der Alveolen.

Die Oberflächenspannung der Alveolen wird durch eine oberflächenaktive Substanz verringert, den sog. Surfactant. Er wird von den Typ-Il-Alveolar-Epithelzellen gebildet und besteht aus Phospholipiden, Proteinen und Ca 2+. Seine Wirkung ähnelt der eines Spülmittels und setzt die Oberflächenspannung etwa um den Faktor 10 herab.

Zusammenfassung • Bei der Inspiration wird der Thorax mit Hilfe des Zwerchfells und der Interkostalmuskulatur vergrößert. Dadurch wird die Lunge entfaltet und es strömt Luft ein. X Die Exspiration ist ein passiver Vorgang, der auf den Rückstellkräften von Lunge und Thorax beruht.

Die Elastance ist der Kehrwert der Compllance.

X Das Atemzugvolumen beträgt in Ruhe 0,5 I, die Atemfrequenz 15 Atemzüge pro Minute. Daraus ergibt sich ein Atemminutenvolumen von 7,5 1/min. • Die treibende Kraft für den Gasausta~:~sch ist die Partialdruckdifferenz der Gase zwischen Blut und Alvolar-

lungenspitze

raum. Zusätzlich spielt der Krogh'sche Diffusionskoeffizient eine entscheidende Rolle. • Das Ventilations-Perfusions-Verhältnis ist für eine optimale Atmung sehr wichtig. • Die Compliance der Lunge entspricht der Dehnbarkeit. Die Elastance zeigt, wie gut die Fähigkeit der

I

Abb. 2: Ventil ation (VA), Perfu sion (0) und Ventilations-PerfusionsVerhältnis. (nach [ 17])

Lunge ist, sich nach Inspiration in die ursprüngliche Form zurückzustellen. Lungenbasis

Atmung- Gastransport im Blut Sauerstofftransport

Etwa 98% des Sauerstoffs werden im Blut an Hämoglobin gebunden transportiert, der Rest ist physikalisch gelöst. Hämoglobin besteht aus vier Globinketten (Porphyrinringsystem) mit jeweils einer eigenen Hämgruppe. Die Hämgruppe besitzt ein zentrales zweiwertiges Eisen, an das Sauerstoff gebunden wird. Es gibt somit vier Sauerstoffbindungsstellen_ Man unterscheidet verschiedene Hämoglobintypen:

rer 0 2-Partialdruck nötig ist, um das Hämoglobin zur Hälfte mit 0 2 zu beladen. Umgekehrt kommt es in der Peripherie zu einem Abfall des 0 2-Partialdruckes und gleichzeitig zu einem Anstieg von C0 2 -Partialdruck, pH-Wert'}und 2,3-Bisphosphoglycerat-Konzentration. Die 0 2-Bindungskurve erfährt eine Rechtsverschiebung, das Hämoglobin gibt durch eine Affinitätsabnahme 0 2 leichter an die Umgebung ab_ Es wird also ein höherer Sauerstoffpartialdruck nötig, um Hämoglobin zur Hälfte mit 0 2 zu beladen (Bohr-Effekt)_

• HbA 1: Aus zwei a - und zwei ß-Ketten. 98% des Hämoglobins beim Erwachsenen. • HbA2 : Aus zwei a- und zwei o-Ketten. Nur 2% des Hämoglobins. • HbF: Fetales Hämoglobin. Aus zwei a - und zwei y-Ketten. Hat eine höhere Affinität für 0 2 als HbA. ln vivo bindet 1 g Hämoglobin 1,34 ml 0 2 (Hüfner-Zahl).

Ist Hämoglobin mit 0 2 beladen, dann bezeichnet man es als oxygeniert. Das bedeutet, dass sich die Ladung des zentralen Eisens durch die Sauerstoffbindung nicht ändert. Wird das Eisen oxydiert, dann wird Hämoglobin zu Hämiglobin (= Methämoglobin) und kann keinen Sauerstoff mehr binden. Bei Rauchern ist der Gehalt an Methämoglobin im Blut deutlich erhöht. Glutathion schützt vor einer Oxidation des Hämoglobins, indem es oxydiertes Hämoglobin wieder reduziert. Durch Kohlenmonoxid (CO) wird Sauerstoff aus seiner Bindung am Hämoglobin verdrängt. Es kommt dann zum sog. inneren Ersticken. CO entsteht bei Bränden vor allem von Plastik (Küchenbrände, Camplngwagen) und ist absolut geruchlos. Als Akutmaßnahme ist eine 0 2-0berdruckbeatmung angezeigt, um das CO aus der Hämoglobinbindung zu verdrängen.

Bohr Effekt: t Leichtere 0 2-Aufnahme in der Lunge durch Linksverschiebung

(pC02 J-, pH J-, 2,3-DPG J..). t Leichtere 0 2-Abgabe im Gewebe durch Rechtsverschiebung (pC0 2 t, pH t, 2,3 DPG 't).

Die 0 2-Bindungskurve von Myoglobin ist eine Hyperbei (Sättigungskurve, I Abb. 1l- Da Myoglobin nur aus einer Globinkette besteht, besitzt es auch nur eine Hämgruppe und kann somit auch nur ein 0 2 binden. Im Vergleich zu Hämoglobin besitzt Myoglobin eine höhere Affinität zu Sauerstoff. C0 2-Transport im Blut

Für C0 2 existieren drei Transportmöglichkeiten im Blut: t 10% sind physikalisch gelöst t 10% sind an Hämoglobin gebunden. C0 2 bindet an die end_ ständige Aminogruppe der Globinkette. Man nennt mit CO 2 beladenes Hämoglobin Carbaminohämoglobin. t 80% werden nach chemischer Umsetzung als Bicarbonat (HC03- ) gelöst transportiert 0 2 und CO binden an die Hämgruppe. C02 bindet an die Aminogruppe.

0 2 -Gehalt [ml 0 2/ 1Blut]

Sauerstoffbindungskurve

% Sättigung

200 -

Die 0 2 -Bindungskurve zeigt einen sigmoiden Verlauf (I Abb. 1)-Dieser kommt durch den sog. kooperativen Effekt zustande: Durch 0 2-Bindung an einem Fe 2+des Häms tritt das FeZ+aus dem ebenen Porphyrinringsystem heraus und es kommt zu einer Konformationsänderung der anderen Hämgruppen, die dann das nächste 0 2 leichter binden können. Die Sauerstoffbindungskurve verändert ihren Verlauf in Abhängigkeit davon, wie hoch der Sauerstoffpartialdruck des Blutes ist. Der Sauerstoffpartialdruck, bei dem Hämoglobin zur Hälfte mit Sauerstoff beladen ist, beträgt im Blut etwa 25 mmHg. ln der Lunge etwa herrscht ein recht hoher Sauerstoffpartialdruck außerdem kommt es zu einem Abfall des COz·Parbaldruck~ (Abatmung), des pH-Wertel sowie der 2,3-Bisphosphoglycerat-Konzentration. Dies bewirkt eine Linksverschiebung der 0 2-Kurve, wodurch eine Affinitätszunahm e des Hämoglobins für 0 2 entsteht Das bedeutet, dass ein geringe-

100 - , -- - - . , normales, arterielles Blut , Pco, = 40 mmHg, pH = 7,40

0

0

25

40 50

3,3

5, 3

90 100 10

150

[mmHg]

12 13,3

I Abb. 1: Sa uerstoffbindun gs kurve von Hämog lobin und Myoglobin . [ 13]

Atmung

I Abb . 3: Chemisch e Reaktionen bei der Umsetzung von in HC0 3- . CA = Carboanhydrase. 115l

co,

Gewebe

50 I 51

Plasma

Stoffwechsel

----- --- -- ~ ------- -

C0 2-Bind u ngskurve Durch die C02-Bindungskurve wird die Beziehung zwischen der C02-Gesamtmenge im Blut und dem C02 ·Partialdruck beschrieben. Sie verläuft linear ansteigend , so dass im Gegensatz zur 0 2-Bindungskurve die C02-Menge im Blut mit steigendem C02-Partialdruck immer mehr zunimmt.

oxygeniertes Hämoglobin ist eine schwächere Säure als oxygeniertes Hämoglobin. Durch Bildung von Bikarbonat aus C02 und durch die Bindung von C02 an Hämoglobin werden Protonen (H +) frei, die abgepuffert werden müssen.

Chemische Umsetzung zu HC0 3In den Erythrozyten befindet sich das Enzym Carboanhydrase, das aus C02 und HzÜ Kohlensäure (H 2C03) synthetisiert (I Abb. 3). Kohlensäure dissoziiert spontan in Bikarbonat (HC0 3- ) und ein Proton (H+) . Mit Hilfe eines CJ--HC03--Antiporters verlässt Bikarbonat den Erythrozyten (Hamburger Shift), die entstandenen Protonen werden durch Hämoglobin abgepuffert.

Die C02-Bindungskurve für desoxygeniertes Blut verläuft steiler als die zweite Kurve für oxygeniertes Blut (I Abb. 2). Die höhere Affinität für C0 2 kommt durch eine bessere Pufferwirkung des desoxygenierten Hämoglobins zustande: Des-

C0 2-Gehalt [ml/1]

800 -

Zusammenfassung

desoxygeniertes Blut

X Hämoglobin besteht aus vier Globinketten und besitzt

vier Sauerstoffbindungsstellen.

600 -

X Eine Linksverschiebung führt zur besseren 0 2-Auf400 -

nahme am Hämoglobin, eine Rechtsverschiebung zu einer gesteigerten 0 2-Abgabe vom Hämoglobin ans Gewebe. Dies nennt man Bohr-Effekt. 60

80

100

C02·Partialdruck [mmHg]

X C0 2 kann physikalisch gelöst, an Hämoglobin gebun-

den und in Form von HC0 3- transportiert werden. X Die chemische Umsetzung von C0 2 zu HC03- erfolgt

im Erythrozyten zum Teil mit Hilfe des Enzyms CarboI

Abb. 2: C0 2-Bindungskurve für oxygen iertes und für desoxy-

geniert es Blut. 113l

anhydrase.

Atmungsregulation und Pathophys·iologie Atmungsregulation Periphere Chemosenseren messen vor allem die 0 2-Konzentration, zentrale Chemosenseren vor allem die C02- und die H+-Konzentration.

Das Atemzentrum liegt zentral in der ventralen respiratorischen Gruppe der Medulla oblongata, es besteht eine enge Verbindung mit den benachbarten chemosensiblen Arealen und den sympathischen und parasympathischen Neuronen. Die Inspiration wird durch den Sympathikus aktiviert, die Exspiration durch den Parasympathikus. Für jede Atemphase existieren drei Neuronengruppen:

Chemosensoren bestehen aus mehreren sekundären Sinneszellen, di e über Gap junctions miteinander verb und en si nd Die Zellen reagieren auf einen Anstieg des C0 2·Partialdrucks im Blut und auf eine Azidose (H +·Anstieg) mi t der Schließun eines pH-abhängigen K+-Kanals. K+ kann ni cht ausströmen g bleibt in der Zelle und depola risiert diese. Als Folge werde~ spannungsabhängige Ca 2+·Kanäle geöffnet, so dass nach Ca2+_ Einstrom der Transmi tter Dopamin ausgeschüttet wird.

t Prämotorisches Neuron: "Starter"-Neuron, das die jeweilige Phase einleitet. t Motorisches Neuron: bewirkt die jeweilige Atemphase. t Inhibitorisches Neuron: hemmt die Neuron e der eigenen Gruppe und aktiviert die jeweils andere Atemphase.

Der wichtigste Atemantrieb ist ein Anstieg von C0 2 im Blut. Diese führt zu einer stärkeren Atemtiefe und einer höheren Atemfrer quenz. Ab einem C02-Partialdruck von etwa 70 mmHg (10 kPa) lähmt C0 2 jedoch das Atemzentrum und wirkt somit toxisch.

Dabei wechseln sich Inspiration und Exspiration immer ab. Respiratorische Arrhythmie: t Inspiration ~ Sympathikus t -+ Herzfrequenz t t Exspiration ~ .Parasympathikus t -+ Herzfrequenz ..L.

Atemreflexe werden über die dorsale respiratorische Gruppe der Medulla oblongata gesteuert. Dabei kommt es durch Deh· nungsrezeptoren im Lungenparenchym zu einer Begrenzung der Inspiration, wenn die Lunge zunehmend gedehnt wird. Bei Erschlaffung der Lunge wird im Gegensatz dazu die Inspiration aktiviert (Hering-Breuer-Reflex). Atemantrieb

Der Atemantrieb wird über zentrale und periphere Chemorezeptoren im Karotissinus sowie im Aortenbogen ge· steuert. Dort werden die C02 · , die 0 2 • und die H+·Konzentration im Blut gemessen. Die ermittelten Informationen werden schließlich über denN. vagusund denN. glossopharyngeus an die Medulla oblongata weitergeleitet, wo die Atmung über ·das vegetative Nervensystem stimuliert wird.

Atemmuster

Bezeichnung Normale Ruheatmung Cheyne-StokesAtmung

Ku ssmauI· Atmung

Biot-Atmung

Schnapp· atmung

1\ {\ f\\7 - v-v - v

1\

-+----+-

-WNv

~

=k==ft

Pathophysiologie der Atmung

Grundsätzlich unterscheidet man neben der Eupnoe (normale Ruheatmung) die Hyperventilation mit begleitender Hypokapnie (pC0 2 < 40 mmHg) sowie die Hypoventilation mi t begleitender Hyperkapnie (pC0 2 > 40 mmHg). Den Atemstillstand nennt man Apnoe. Bei der metabolischen Azidose (z. B. diabetisches Koma) kommt es zu einer sog. Kussmaul-Atmung, d.h. zu einer vertieften und beschleunigten Atmung (I Abb. 1). Der Name stammt von dem Heidelberger Arzt Adolf Kussmaul (1822 - 1902). Die Cheyne-Stokes-Atmung find et man bei Patienten mit Urämie oder Vergiftungen sowie bei Höhenaur. enthalten. Bei Hirnverletzungen oder erhöhtem Hirndruck kann es zur sog. Biot-Atmung komm en. Dabei besteht ein Wechsel aus gleichmäßigen, tiefen Atemzügen und plötzlich auftretenden Pausen. Ventilationsstörungen

Durch Krankheiten, die direkt auf die Lunge ei nwirken, kön. nen zwei unterschiedliche Krankheitsbilder entstehen (I Tab. 1): t Bei obstruktiven Ventilationsstörungen ist der Atem-

wegswiderstand erhöht, wodurch vermehrte Atemarbeit geleistet werd en muss. Es kommt zu Atemnot (Dyspnoe) und einem erhöhten Residualvolumen, da zwar Luft eingeatmet aber sc hwer wieder ausgeatmet werden kann. Beispiele sind Asthma bronchiale, COPD (chronische Bronchitis bei Rauchern) oder eine pathologische Lungenblähung mit Bildung eines Emphysems.

I

Abb . 1: Physiologisc he und pathologi sche Atmungsform en .

[51

Atmung

52

I 53

I

Tab. 1: Obstruktive und restriktive Vent ilationsstö ru ngen im Vergleich . FEV 1 = forc iertes exspiratorisches Vo lu men = Einsekundenkapazität.

Obstruktive Ventilationsstörung

Restriktive Ventilationsstörung

Compliance

Norma l

.J.

Resistance

t

Normal

Vitalkapazität

Normal

Residualvolumen

t

FEV, (absolut) FEV 1 (relativ)

Normal

Atemgrenzwert

~ Bei restriktiven Ventilationsstörungen ist die Compliance der Lunge vermind ert. Dadurch sinkt die Vitalkapazität, aber auch das Residualvolumen. Beispiele sind Lungenfibrose, Thoraxdeformität, operative Resektion eines Lungenlappens.

Mit Hilfe des Tiffenau-Tests lässt sich der Strömungswiderstand der Lunge abschätzen (I Abb. 2). Dabei muss der Proband nach maximaler Inspiration so schnell wie möglich ausatmen. Das Volumen, das innerhalb der ersten Sekunde maximal ausgeatmet werden kann, bezeichnet man als Einsekundenkapazität. ~ Die absolute

Einsekundenkapazität in Litern ist sowohl bei obstruktiver als auch bei restriktiver Ventilationsstörung eingeschränkt t Die relative Einsekundenkapazität in '16 ist nur bei obstruktiver Ventilationsstörung eingeschränkt(< 80%), bei restriktly'r Ventilationsstörung Ist sie normal (> 70" }·

Höhenkrankheit

Taucherkrankheit

Mit zunehmender Höhe halbiert sich der Luftdruck etwa alle 5,5 km. Demzufolge nimmt auch der 0 2 -Partialdruck bei gleichbleibender Sauerstoffkonzentration der Luft ab. Bei langsamem Aufstieg passt sich der Körper den Bedingungen an: Durch Hyperventilation und Herzfrequenzanstieg wird die Arterialisierung des Blutes optimiert. Die respiratorische Alkalose führt zu einer Linksverschiebung und damit zu einer erleichterten 0 2-Aufnahme am Hämoglobin. Bei längerem Aufenthalt folgt die Akklimatisation mit Ausschüttung von Erythropoetin (s. S. 16) aus der Niere und daraus folgender Erythrozytenneubildung, der Hb-Wert im Blut steigt an, die Viskosität des Blutes nimmt zu und die Sauerstoffbind ungskapazität des Blutes wird erhöht, wodurch sich der Puls und auch die Atmung wieder normalisieren können. Erfolgt der Aufstieg zu schnell, dann tritt aufgrund der Hypoxie durch den Euler-Liljestrand-Mechanismus (s. S. 48) eine Vasekonstriktion der Lunge ein. Dies fü hrt zum Lungenödem, Hirnödeme können nachfolgen (Höhenkrankheit) .

Pro I 0 m Tiefe steigt der umgebende Wasserdruck um eine Atmosphäre. Dadurch werden die Gase im Körper kom primiert. Steigt man beim Tauchen zu rasch auf, dehnen sich die Gase wieder aus. Mögliche Folgen sind Lungenruptur (Barotrauma) oder Dekompressionssyndrom. Das Dekompressionssyndrom entsteht dadurch, dass Stickstoff bei zunehmender Tauchtiefe im Gewebe bindet und bei zu schnellem Auftauchen wieder in-den gasförmigen Zustand übergeht, wobei die entstehenden Gasbläschen zu Embolien führen. Schlafapnoe-Syndrom (SAS)

Beim sog. zentralen SAS kommt es durch eine Minderempfindlichkeit der Chemorezeptoren im Atemzentrum zu nächtlichen Atempausen. Dies führt zu erhöhter Tagesmüdigkeit mit Leistungsschwäche und zu kardiavaskulären Folgeerkrankungen. Häufiger (> 90%) beruht das SAS auf einer Obstruktion der oberen Atemwege (obstruktives SAS), besonders bei ad ipösen Patienten.

Volumen [I)

5

FVK

Zusammenfassung ac Das Atemzentrum liegt im Hirnstamm. ac Zentrale und periphere Chemorezeptoren erfassen an verschiedenen Stellen des Körpers die respiratorische Lage und beeinflussen daraufhin

.

den Atemrhythmus . 10 Zelt [s]

ac Bei obstruktiven Ventilationsstörungen ist die Resistance erhöht, bei restriktiven Ventilationsstörungen die Compliance verringert.

I Abb. 2: Tiffenau-Te st: Bestimmung der Einsekundenkapazität. ]1 51

ac Der Tiffenau-Test dient der Bestimmung der Einsekundenkapazität.

Arbeits- und Leistungsphysiologie Muskelarbeit

Weiße (schnelle) Muskelfasern

Rote (langsame) Muskelfasern

t Stützmuskulatur

t Schnelle Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arbeitsformen: Isomet- ' Hohe ATPase-Aktivität t Niedrige ATPase-Ak ti vität rische Haltearbeit bezeichnet man als statische Arbeit (z. B. t Niedriger Mi tochondriengehalt t Hoher Mitochondriengehalt t In nerva ti on durch Motoneurone mit ' Innervation du rch Motoneurone mi t Bierkrugstemmen), den Wechsel zwischen Kontraktion und kleinem Zellkörp er großem Zell körper Erschlaffung als dynamische Arbeit (z. B. Hanteltraining). Die sog. wei ßen Muskelfasern (Typ II) sind für dynamische I Tab . I : Gege nüb erstellung de r Eigen schaft e n von we ißen und ro t e n Mu s ke lArbeit angelegt (Bizeps, Wadenmuskulatur), rote Muskelfasern fasern . (Typ I) verrichten dagegen vor allem statische Arbeit (autochthone Rückenmuskulatur). Als Wirkungsgrad bezeichnet man den Anteil der verbrauch- Anpassungsreaktionen auf körperliche Arbeit ten Energie, der tatsächlich für die Muskelbewegung genutzt Man unterscheidet zwischen Arbeit unterhalb und Arbeit wird. Die verbleibende Energie wird als Wärme abgegeben. oberhalb der Dauerleistungsgrenze. Ein Sportler liegt mit seiner Tätigkeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze, wenn Der Wirkungsgrad des Skelettmuskels beträgt ca. 25 %. er diese Tätigkeit ohne Muskelermüdung über mindestens acht Stunden durchführen kann. Die Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze ist zeitlich begrenzt. Sprinter liegen z. B. immer oberhalb ihrer Dauerleistungsgrenze. Der Muskelstoffwechsel Bewegu ngen

Sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Muskeltätigkeit kommen die einzelnen Energielieferanten nacheinander zum Einsatz. In den ersten zwei Sekunden verwenden die Muskelzellen das noch vorhandene freie Adenosintriphosphat (ATP). Während der folgenden 25 Sekunden wird Kreatinphosphat für die Resynthese von ATP verwendet, wobei durch die Übertragung seiner Phosphatgruppe auf Adenosindiphosphat (ADP) Kreatinin entsteht. Anschließend stellt die anaerobe Glykolyse den größten Energielieferanten. Das dabei gebildete Laktat erniedrigt den pH-Wert im Blut. Das Erreichen der aeroben Glykolyse hängt davon ab, ob es sich um rote oder weiße Muskelfasern handelt und ob statische oder dynamische Arbeit verrichtet wird. Durch Laktatanstieg im Blut aufgrund von anaerober Glykolyse kann es zu einer metabolischen Azidose kommen. Die L.aktatkonzentration kann dabei bis auf 15 mmol/1 ansteigen (Norm 1 mmol/1).

Weiße Muskelfasern sind nur bei dynamischer Arbeit zur aeroben Glykolyse befahigt. Während der Muskel dilatiert, wird genügend Sauerstoff über den Blutweg zum Muskel transportiert. Im Gegensatz dazu sind bei Kontraktion die Gefäße verengt, die Durchblutung damit eingeschränkt.

Anpassung der Sauerstoffaufnahme

Die Sauerstoffaufnahme wird durch das Herzzeitvolumen begrenzt, nicht etwa durch Atemtiefe oder Atemfrequenz.

Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze Beginnt man aus dem Stand langsam zu joggen, so kann man nicht sofort bei den ersten Schritten den Sauerstoffbedarf über das Atemzeitvolumen und das Herzzeitvolumen decken. Durch dieses Sauerstoffdefizit muss in den ersten Sekunden auf and ere Energiespeicher zurückgriffen werden (ATP, Kreatinphosphat, anaerobe Glykolyse) . Erst nach ca. vier Minuten erreicht die 0 2-Aufnahme ein sog. Steady state, in dem die aktuelle Sauerstoffaufnahme der geleisteten Arbeit entspricht (I Abb. I). Nach Belastungsende muss der Körper seine Energiespeicher wieder auffüllen, die er im 0 2-Defizit in Form von ATP, Kreatinphosphat und anaerober Glykolyse verbraucht hat Man muss also die Sauerstoffschuld begleichen und atmet den dafür nötigen Sauerstoff nach.

Messwert

Ruhewert

Wert bei schwerer Arbeit

Herzfrequenz

60 - 70 Schlägei min

Bis 200 Schlägeimin

Schlagvolumen

60 - 70 ml

Untrai niert 1,5fach steigerbar

Ab einer Muskelkontraktion von 30% der Maximalkraft ist die Durchblutung der Muskulatur eingeschränkt. Eine Kontraktionsstärke von 70% der Maximalkraft filhrt zum Erliegen der Muskel· durchblutung.

Trainiert bis 2fach steigerbar

Rote Muskelfasern betreiben auch in Phasen der statischen Kontraktion aerobe Glykolyse, da sie große Sauerstoffspeicher in Form von Myoglobin besitzen (I Tab. 1). I

Systol ischer Blutdruck

120 mrnHg

180 mmHg

Atemzeitvolumen

Ca. 5 - 71/ min

120 - 1601/min

0 2-Aufnahme

250 - 300 ml 0 2 / min

4000 ml 0 2/m in

Blutlaktat

1 - 1,8 mmol/1

Aerobe Sch welle 2 mmol/ l Anaerobe Schwelle 4 mmol/ 1

Tab. 2: Messw erte be i de r Um st ellung von Ruh e auf schwer e Arb eit.

Leistungsphysiologie

541 55

I Abb. 1: Sauersto ffaufnah me und Herzfrequen z während einer ge leisteten Arbe it. Link s: Arbeit unterhalb der Dauerleist ungsgrenze. Recht s: Arbeit obe rhalb der Dauerl eistungsgrenze. [ 13]

Herzfrequenz

Leistung

10min Dauerleistung

Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze Oberhalb der Dauerleistungsgrenze ist der Sauerstoffbedarf höher als die maximale Sauerstoffaufnahme (I Abb. I). Rennt man z. B. sehr schnell, um seinen Zug zu erreichen, dann wird der Körper diese Leistung nur so lange erbringen, wie er den aktuellen Sauerstoffbedarf über die Speicher (ATP, Kreatinphosphat und anaerobe Glykolyse) decken kann. Sind die Speicher aufgebraucht, so muss zu diesem Zeitpunkt die aktuelle Sauerstoffaufnahme dem aktuellen Sauerstoffverbrauch entsprechen. Ist dies nicht der Fall, so ist man gezwungen, mit der Arbeit aufzuhören. Der Körper muss seine Sauerstoffschuld wiederum begleichen.

und somit der Ausgleich der metabolischen Azidose schon in diesem Zeitabschnitt durchgeführt werden kann. Anpassung der Herzfrequenz

Während einer geleisteten Arbeit wird der Sympathikus über das ZNS aktiviert, wodurch die adrenerge Stimulation der a-Rezeptoren und somit der Blutdruck über Vasokonstriktion gesteigert werden (I Tab. 2). Im Muskel selbst überwiegt di e Vasodilatation, was jedoch über lo· kale Vasodilatatoren vermittelt wird. Über Stimulation der ß1-Rezeptoren werden Herzfrequenz und Schlagvolumen gesteigert. Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze Bleibt eine Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze, so erreicht die Herzfrequenz nach kurzer Zeit einen sog. Steady state (I Abb. 1). Die Höhe der

Bei einer Belastung oberhalb der Dauer· Ieistungsgrenze ist das Volumen des nachgeatmeten Sauerstoffs höher als bei einer Belastung unterhalb der Dauerleistungsgrenze. Das liegt daran , dass während der anaeroben Glykolyse Laktat entsteht, was eine metabolische Azi· dose hervorruft. Durch Hyperventilation, d. h. durch Abatmung von C02 , wird diese ausgeglichen. Bei einer Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze ist dies nur in einem sehr geringen Maße nötig, da während des Steady state aerobe Glykolyse betrieben wird

Leistung über der Dauerleistungsgrenze

Herzfrequenz in diesem Steady state entspricht der momentan geleisteten Arbeit und ist umso höher, je größer die Belastung ist. Nach Belastungsende wird innerhalb von ca. fünf Minuten der Herzfrequenz-Ruhewert wieder er· reicht. Die Anzahl der Pulsschläge, die bis zum Wiedererreichen der Ruhefrequenz gezählt werden können, nennt man Erholungspulssumme. Sie liegt bei einer Arbeit unterhalb der Dauer· Ieistungsgrenze unter 100 Herzschlägen. Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze Verzeichnet man während einer geleisteten Arbeit einen kontinuierlichen Anstieg der Herzfrequenz (Ermüdungsanstieg) ohne Erreichen eines Steady state, so liegt man mit dieser Belastung oberhalb der Dauerleistungsgrenze. Die Erholungspulssumme liegt dann bei etwa 500 Herzschlägen.

Zusammenfassung X Man unterscheidet statische und dynamische Arbeit. X Die Energielieferanten bei Arbeit sind ATP, Kreatinphosphat, anaerobe Glykolyse und aerobe Glykolyse. X Unterhalb der Dauerleistungsgrenze erreichen sowohl Herzfrequenz als auch die Sauerstoffaufnahme einen Plateau-Wert (Steady state). X Oberhalb der Dauerleistungsgrenze kommt es zu einem Ermüdungsanstieg der Herzfrequenz. Der Sauerstoffbedarf ist größer als die maximal mögliche Sauerstoffaufnahme.

Energie- und Wärmehaushalt Energiehaushalt

Der Ruheumsatz wird in körperlicher und geistiger Ruhe gemessen. Da hierbei die Werte sehr variieren, wurde der Grundumsatz eingeführt, der unter folgenden Standards ermittelt wird:

Organ

Prozentualer Anteil am Grundumsatz

Muskulatur

25,4%

Leber

26,4%

Gehirn

18,3%

9.2 %

Herz

7,2 %

Nieren

• t t t t •

Nüchternheit Morgendliche Messung Körperliche und geistige Ruhe Indifferenztemperatur (= Wohlfühltemperatur) Normale Körpertemperatur Liegende Position des Probanden.

Der Grundumsatz entspricht der Wärmemenge, die der Organismus an die Umgebung abführt (ca. 100 kj / kg KG/ 24 h) . Er enthält die ständig ablaufenden physiologischen Vorgänge (Kreislauf, Zellstoffwechsel etc.) . Ein 70 kg schwerer Mann benötigt etwa 6500 kJ Energie pro Tag (I Tab. 1). Frauen haben aufgrund ihres höheren Körperfettanteils einen etwas niedrigeren Grundumsatz (Fettzellen sind nicht besonders stoffwechselaktiv). Geistige Aktivität allein erhöht den Grundumsatz nicht, da beim Lernen die Energie nicht durch erhöhte Aktivität des ZNS, sondern durch einen reflektorisch erhöhten Muskel· tonusverbraucht wird. Der sog. Freizeitumsatz während nicht körperlicher Arbeit beträgt etwa 9000 kJ/Tag. Der sog. Arbeitsumsatz erhöht den Energiebedarf bei leichter körperlicher Arbeit um etwa 2000 kJ und bei schwerster körperlicher Arbeit sogar um bis zu 10 000 kJ pro Tag. Ermittlung des Energieumsatzes

Energie entsteht im Organismus durch Verbrennung (Oxida· tion) von Nährstoffen unter Verbrauch von 0 2• Der Energie· umsatzkann durch Messung der Wärmeabgabe eines Proban· den in einer abgeschlossenen Kammer bestimmt werden (direkte Kalorimetrie). Diese Methode wurde durch die indirekte Kalorimetrie abgelöst, bei welcher der Energie· umsatzaus dem 0 2 -Verbrauch und der C0 2-Abgabe ermittelt wird. Man unterscheidet zwei Systeme: • Geschlossenes System: Der Proband atmet 0 2 aus einem Spirometer, wobei die Exspirationsluft dem System wieder zugeführt wird und so die Abnahme des 0 2-Reservoirs gemessen werden kann. • Offenes System: Der Proband atmet Raumluft In der Exspirationsluft werden 0 2 · und C02 -Werte bestimmt und in Bezug zu den Werten der Inspirationsluft gesetzt.

Jeder Nährstoff hat einen bestimmten Brennwert (Energiegehalt), wobei der physikalische Brennwert dem tatsächlichen Energiegehalt bei vollständiger Verbrennung entspricht. Er ist höher als der biologische Brennwert (I Tab. 2), da im Organismus Nährstoffe nicht vollständig verbrannt werden und die anfallenden Endprodukte noch Energie enthalten.

..

13,3%

Sonstige Organe

I Tab. 1: Prozentua ler Anteil der Organe am Grundum satz.

Pro Liter 0 2 wird bei den einzelnen Nährstoffen unterschied_ lieh viel Energie gewonnen. Dieser Energiewert pro Liter o (kalorisches Äquivalent) beträgt für Mischkost ca . 20 kJ ) I 0 2• Der Energieumsatz wird durch folgend e Formel berechnet: Energieumsatz (kJ!s) • kalorisches Äquivalent {kJ/10 2) • O,rAufnahme/Zeit (1/s)

Der respiratorische Quotient (RQ) ermittelt den an der Energiegewinnung vorrangig beteiligten Nährstoff:

Durch Verbrennung von Kohlenhydraten (KH) entspricht der 0 2-Verbrauch der C02-Abgabe, da diese selbst viel Sauerstoff in ihrer Strukturformel enthalten. Der RObeträgt daher 1. Bei KH-Mast kann der RO auf> 1 ansteigen, da die KH dann der Fettsäuresynthese zugeführt werden, wobei zusätzlich 0 entsteht. Der RO steigt an, da weniger 0 2 aufgenommen Wer~ den muss. Die Verbrennung von Fetten und Eiweißen benötigt mehr 0 2 , als C0 2 abgegeben wird. Daher nimmt der RQ Werte < 1 an. Wärmehaushalt

Der Mensch zählt zu den gleichwarmen Lebewesen {homöotherm) und unterscheidet sich damit von den wechselwarmen Lebewesen (poikilotherm). Trotz Homöothermie gibt es ein Temperaturgefälle zwischen Körperkern und Körperschale . Die Körperkerntemperatur zeigt tageszeit _ liehe Schwankungen mit einer Temperaturabsenkung zwiPhysikeilscher

Biologlocher

Brennwert (kJ/g)

Brennwert (kJ/g)

Kohlenhydrate

17,6

17,2

Eiweiß

23,2

17,2

0,81

Fette

38,9

38,9

0,70

Nähratoff

1 Tab. 2:

RQ

Brennwerte und re spiratorische Quoti enten von Kohle nhydrate n,

Eiweiß und Fetten.

...

Energie- und Wärmehaushalt

sehen Mitternacht und frühem Morgen sowie einem Temperaturanstieg gegen Abend (Differenz ca. I °C). Wärmebildung

Die Wärmebildung ist proportional zur Körpermasse und erfolgt bei Muskelarbeit hauptsächlich durch die Reaktionen des Querbrückenzyklus (s. S. 39). Bei Schwerstarbeil kann die Temperatur dadurch auf 40°C ansteigen. Unwillkürliches Muskelzittern steigert bei Hypothermie den Grundumsatz bis auf das Fünffache. Aber auch die Hautdurchblutung verbessert sich, was wiederum zu Wärmeverlusten führt. Für die zitterfreie Thermogenese besitzen kleine Säugetiere und Neugeborene braunes Fettgewebe, das sich im Bereich der Skapula und der Axilla befindet und reich an Mitochondrien ist. Die Stimulation über ß2- und ß3-Rezeptoren entkoppelt durch Thermogenin den Protonengradienten für die ATP-Synthese, so dass die Energie in Wärme freigesetzt wird . Wärmeabgabe

Die Wärmeabgabe ist proportional zur Körperoberfläche und enthält vier Mechanismen: t Konvektion (15 %) : Wärmetransport mit Hilfe des Blutstroms (innere K.) bzw. Wärmeabgabe von der Hautoberfläche an die Luft (äußere K.). t Konduktion (5 %): Wärmeabgabe über Kontaktleitung von einem Medium (z. B. Hand) an ein anderes (z. B. kalte Eisenstange) entsprechend der Temperaturdifferenz. t Radiation (60% ): Wärmeabgabe über reine Energie (Strahlung) ohne leitendes Medium. Bei Indifferenztemperatur stellt dies den Hauptmechanismus dar! t Evaporation (20 %): Verdunstungswärmeabgabe kann nur erfolgen, wenn die Luftfeuchtigkeit der Umgebung < I 00% ist. Die Wärmeabgabe über Schweiß bezeichnet man als Perspiratio sensibilis, die über Verdunstungswärme in der Atemluft als Perspiratio insensibilis. Bei > 36 oc Außentemperatur ist Schwitzen die einzige Möglichkeit zur Wärmeabgabe.

Temperaturregulation

Die Wärmebildung wird durch zentrale Thermosensoren des Körperkerns, die Wärmeabgabe über periphere Thermosensoren der Körperschale (Kaltund Warmrezeptoren) reguliert. Im Hypothalamus werden die Afferenzen der Rezeptoren im Rahmen eines negativen Feedback-Mechanismus mit einem sog. Sollwert verglichen.

Ist- und Sollwert betragen beim Gesunden etwa 37 oc. Bei Fieber wird der Sollwert im Hypothalamus über Zytokine und Bildung von Prostagtandin E2 auf einen höheren Wert verschoben. Der Istwert wird dann durch Wärmebildung angeglichen. Die Wärmebildung bzw. -abgabe wird durch den Sympathikus geregelt, der über folgende Rezeptoren an den jeweiligen Zielorganen wirkt: t ß-adrenerge Rezeptoren: braunes Fettgewebe

561 57

t a-adrenerge Rezeptoren: Vasokons-

triktion, Aufstellen der Haare (Pilomotorik) t Somatornotorische Fasern: Muskelzittern t Sympathisch-cholinerg: Schweißdrüsensekretion. Gegenstromprinzip von Arterien und Venen

Der Wärmeaustausch zwischen Arterien und Venen dient der Konstanthaltung der Körperkerntemperatur trotz Wärmeverlusten an den Extremitäten (Akren). Das über Arterien in die Akren einströmende Blut wird abgekühlt, das zurückströmende Blut der Venen gleichzeitig aufgewärmt (I Abb. 1). Bei Kälte minimiert eine Vasekonstriktion den Wärmestrom in die Peripherie und verhindert somit die Wärmeabgabe. Vasedilatation führt dagegen zu einer erhöhten Wärmeabgabe an die Umgebung. Wirkt über einen längeren Zeitraum Kälte auf die Haut ein, kommt es zu einer Vasokonstriktion, die jedoch in regelmäßigen Abständen durch eine kurze Vasodilatation unterbrochen wird. Diese sog. Lewis-Reaktion dient dem Schutz der Haut vor Gewebeschäden.

I

Abb. 1: Wärmeregula tion über das Gegenstromprinzip zwischen Arterien und Venen. a) Vasekonstriktion führt zum gesteigerten Wärmeaustausch zwischen Arterien und Venen . b) Vasedilatation führt zu größeren Wärmeverlusten. [2]

Zusammenfassung X Der Grundumsatz ist ein Maß für die abgegebene Wärmemenge und beträgt ca. 100 kJ/kg/Tag. X Für die Bestimmung des Energieumsatzes über indirekte Kalorimetrie müssen der 0 2-Verbrauch sowie das kalorische Äqivalent gemessen werden. X Die natürliche Wärmebildung kann durch Muskelzittern sowie durch die Stimulation des braunen Fettgewebes gesteigert werden. X Wärmeabgabe erfolgt durch Konvektion, Konduktion, Radiation und Evaporation.

Wasser- und Elektrolythaushalt I

Abb. 1: Das Ren in-Ang iot ensin-Ald oste ron-S y st em. AC E = Angiote nsin co nve rt ing e nzym e, RR ". Blutd ruck, RBF = rena ler Blu t flu ss , ADH = an ti -

Ein gesunder Erwachsener besteht zu etwa 60 % aus H20. Dieses ve rteilt sich auf zwei getrennte Flüssigkeitsräume (Kompartimente):

di uret isch es Ho rm o n. j1 5]

t Intrazellularraum (!ZR) 60 % des

Gesamt-H2 0. t Extrazellularraum (EZR), setzt sich zusammen aus interstitieller (30 %), intravasaler (7%) und transzellulärer Flüssigkeit (z. B. Liquor; 3%). Den H20-Gehalt der einzelnen Kompartimente kann man mit Hilfe der lndikatorverdünnungsmethode bestimmen. Dabei wird eine bekannte Menge einer Indikatorsubstanz intravenös verabreicht und nach zwei Stunden deren Konzentration im Plasma gemessen. Das Verteilungsvolumen errechnet sich wie fo lgt: Verteilungsvolumen

Mengeappliziert KonzentrationPlasma

Mit Tritium kann man die Menge des Gesamtkörperwassers bestimmen, mit Inulin nur das Extrazellularvolumen (dringt nicht in Zellen ein) und durch Evans Blue das Intravasalvolumen (wird an Plasmaproteine gebunden).

Störungen des Wasserhaushalts

Die Osmolarität im Plasma wird über Osmorezeptoren im Hypothalamus erfasst. Ein Sinken des osmotischen Drucks führt zu einer Schwellung hypothalamischer Neurone, umgekehrt zu einer Schrumpfung. Zellschrumpfung führt zur Depolarisation und Ausschüttung von ADH aus der Neurohypophyse

Eine verstärkte Flüssigkeitszufuhr (z. B. Infusionen, viel Trinken) bezeichnet man als Hyperhydratation. Abhängig von der Osmolarität der Flüssigkeit unterscheidet man isotone, hypertone und hYPotone Hyperhydratation. Verlust von Wasser führt zur Dehydratation. Ob die Dehydratation isoton, hypoton oder hyperton ist, hängt davon ab, was für ein Milieu nach dem Flüssigkeitsverlust im EZR verbleibt. I Tabelle I fasst die Auswirkungen von Hyper- und Dehydratation zusammen.

(s. S. 37).

Diabetes inslpidus führt durch ADH-Mangel zu einer verminderten H20-Rückresorption und damit zu einer gesteigerten Diurese. Dabei können bis zu 20 Liter Urin pro Tag ausgeschieden werden (Polyurie)!

Regulation des Wasserhaushalts

Der Mensch nimmt H2 0 mit Getränken und durch die Nahrung au f. Außerdem entsteht H20 auch im Stoffwechsel (z. B. Glykolyse). Die Ausscheidung erfolgt über Urin, Stuhl und Evaporation (s. S. 57). Für die Konstanthaltung der Fl üssigkei tskompartimen te bestimmt der Körper Plasmavolumen und Osmolarität (Na+im Plasma) separat voneinander.

Störung

Messung des Plasmavolumens

Das Plasmavolumen wird direkt über Volumenrezeptoren im Vorhof (Niederdrucksystem ) und indirekt über Pressorezeptoren im Aortenbogen und Karotissi nus (Hochdrucksystem) ge messen. Beispiele für die Volumenregulation sind der Gauer-Henry-Reflex sowie das Renin-Angiotensin-System (I Abb. I ) (s. S. 37).

Messung der Osmolarität

Ursache

Hypertone Hyper-

Zu fuhrhypert oner

hydratati on

Flüssigkeit

Iso ton e Hyper-

Zufuhrisotoner

hydratati on

Flüssigkeit

Hypotone Hyper-

Zu fuhrhypotoner

hyd ratati on

Flüssigkeit

Hypertone

Verlust von hypo-

Dehydratati on

toner Flüss igkeit

Isotone Störungen betreffen nur das ~ hyper- und hypotone Störungen betref- ~ fen durch osmotische Verschiebungen sowohl fZ\1 als auch IZV.

Extrazellulär Vol.

Osmolar.

t

t

Intrazellulär Vol.

Belspiele

Osmolar.

t

i

t Salzwasse rau fn ahme

t

i

i

.j.

Zu vi el isotone Infusion

t ADH-Überschuss

t Trink wasserau fn ahme

t

i

t ADH-Mangel

t Diabetes insipidus t Schwitze n

t Alkohol (hemmt ADH) Iso tone

Verl ust von isotoner

Dehyd ratati on

Flüssigkei t

Hypotone

Verl ust von hyper-

Dehydra tation

toner Flüssigkeit

t

t Blu tverlust

H

• Sch leifendiuretika

.j.

.j.

i

.j.

• Sa lzverlu st

t Insuffizienz der Neben. nierenrinde

I

Tab. 1: St ö run gen d es Wasse rh ausha lts .

Niere

Wichtige Elektrolyte Natrium Der Na+-Gehalt im menschlichen Körper beträgt etwa 85 g. Mit der Nahrung nehmen wir täglich ca. I 0 g Na Cl auf, was einem Teelöffel Kochsalz entspricht Im EZR befinden sich ca. 145 mmol/1Natrium, im !ZR nur ca. 12 mmol/ L Verantwortlich für diesen Konzentrationsgradienten ist die Na+-K +-Pumpe, die in allen Zellen vorkommt Na+wird zu 95 % über die Nieren ausgeschieden, der Rest über Schweißsekretion und StuhL Die Regulation des Na+-Haushalts erfolgt über Aldosteron und ANP (s. S. 37).

Kalium Täglich nimmt der Organismus etwa 80 - 120 mmol Kalium auf. K+stellt das Hauptelektrolyt im !ZR dar (155 mmol/ 1), im EZR befinden sich dagegen nur etwa 2 %des K+(5 mmol/ 1). Die Na+-K+-Pumpe ist verantwortlich für diesen Konzentrationsgradienten. Über 90% des zugeführten K+werden mit dem Urin ausgeschieden, daher sollte die tägliche K+-Menge in der Nahrung über 25 mmol/ Tag liegen. Die Regulation erfolgt über Aldosteron. Zusätzlich stimulieren Insulin, extrazelluläres K+, Sympathikusaktivierung (ß2) und Alkalose die Na+-K+Pumpe, was die intrazelluläre Konzentration von K+erhöht

581 59

pergehalts an Phosphat (ca. 700 g) ist in Knochen gebunden. Intrazellulär gehören die Protonenpufferung und die Bildung von ATP zu den Aufgaben von Phosphat. Die Ausscheidung erfolgt zu 2j3 renal, zu 1/3 über den StuhL Steigt das Phosphat im Plasma, dann sinkt immer das Ca2+ im Plasma und umgekehrt.

Magnesium Mg2+ wird für etwa 300 Enzyme und Membranpumpen (Na+K+-ATPase) benötigt. Zusätzlich ist die Myosin-ATPase Mg2+abhängig. Da Mg2+die Acetylcholinfreisetzung, aber auch die Öffnung von K+- und Ca 2+-Kanälen hemmt, führt ein Mangel zu einer Steigerung der neuromuskulären Erregbarkeit Der Mg2+-Gehalt im Körper beträgt etwa 0,3 g/kg KG, wovon sich 1/3 im Serum befinden.

Parathormon

Sezernierungsort

Kalzitonln

Kalzltriol (VIt. 0 3)

Nebensch ild-

C-Zellen der

Niere, Kera t ino-

drüse

Sch ilddrü se

zyten,

Ca 2' im Plasma .J.

Ca'' im Plasma t

Makrophagen Sezernierung bei

Parathormon Kalzitonin

t

t

Blutspiegel Ca 2 •

t

H~rklllimle: An den Herzzellen wird

das Ruhemembranpotential nilher an die Schwelle eines AP verschoben, wodurch tachykarde Herzrhythmusstörungen entstehen (s. S. 30). Bei starker Hyperkaliilmie folgt ein Depolarlsationsblock durch Inaktivierung der Na•-Kanäte, es kommt zur Bradykardie bis hin zur Asystolie. t Hypokalllmle: Herzrhythmusstörungen sind die Folge.

t

.).

H

.).

t t

t .).

.). .).

t t

t t

.). .).

t (langfri stig) t

J.

t t

Renale Reabsorption Ca'' Freisetzung aus Knochen Ca'' p Enterale Resorption

Kalzium Die tägliche Zufuhr an Ca2+sollte etwa 1 g betragen. 99% des Ca2+befinden sich als unlösliche Komplexe in Knochen und Zähnen (s. S. 74). Etwa 1% befindet sich im !ZR, nur 0,1 % im EZR (ca. 2,4 mmol/1). Das im Plasma befindliche Ca2+ist zu 50 % frei und zu 50 % an Albumin oder Phosphat gebunden. Sinkt der Spiegel des freien Ca 2+ ab, so kommt es durch Depolarisation zur Steigerung der neuromuskulären Erregbarkeit. Der Ca 2+-Haushalt wird über die Hormone Parathormon, Kalzitrial und Kalzitonin gesteuert (I Tab. 2).

t

Ca2'

....

....

I Tab. 2: Wi rk un gen der drei Regulatoren des Kalzium-Phosphat-Haushalts. P = Phosphat.

Zusammenfassung X Der Mensch besteht zu

% aus Wasser, wovon sich

etwa 60% im Intrazellularraum befinden. X Das Plasmavolumen wird fortlaufend mit Hilfe von Presserezeptoren (Hochdrucksystem) und Volumenrezeptoren (Niederdrucksystem) bestimmt und reguliert. X Die Plasmaosmolarität wird über Osmorezeptoren im Hypothalamus erfasst. X Hyperhydratation und Dehydratation bedingen Störun-

Phosphat Im Blut liegt Phosphat bei ei nem pH-Wert von ca. 7,4 hauptsächlich in Form von HP0 4- vor. Etwa 85 %des Gesamtkör-

gen im Wasserhaushalt. Dabei führen nur hypertone oder hypotone Störungen zu Flüssigkeitsverschiebungen zwischen Intra- und Extrazellularraum.

Niere - Grundlagen Die paarig angelegte Niere lässt sich makroskopisch in Rind e und Mark un tergliedern. Jede Niere beste ht aus etwa einer Million Nephrone, die aus dem Glomeru lus sowie dem sich anschließenden Tubulussystem aufgebaut sind [I Abb. 1). Die in der Rinde gelegenen Glomeruli setzen sich aus der Bowman-Kapsel und dem darin liegend en Kapillarknäuel zusammen. Das über ein Vas affe renszugeführte Blut wird durch die Kapillarwänd e in die Bowman-Kapsel abfil triert und gelangt in das Tubulussystem, das aus proximalem Tubulus, Henle-Schleife, distalem Tubul us und Sammelrohr besteht Die Sammelrohre end en in den Kelchen des Nierenbeckens. Nierendurchblutung

Etwa 20 %des Herzzeitvolumens fließen durch die Nieren, was ca. 1200 ml/ min entspricht Dabei existieren in der Niere zwei hintereinandergeschaltete WiderstandsgefäßKapillar-Systeme:

Distaler Tubulus

-

Prox imaler Tu bulus

-

A. lobularis

-

Tubulusapparat

Sa mmelrohr

Sekundärharn

I Abb. 1: Au fbau eines Nephro ns. [51

I)

Vas afferens führt den Kapillarschlingen des Glomerulus

Blut zu und senkt den Blutdruck auf etwa 50 mm Hg. • Vas efferens mündet in die peritubulären Kapillaren der

Nierenrinde. Verteilung der Nierendurchblutung: Rinde 90%, äußeres Mark 8%, inneres Mark (2%), Glomeruli (100%), V. renalis (100%).

Bayliss-Effekt

Steigt der Blutdruck an, so führt dies über mechanosensitive, unspezifische Kationenkanäle in der Gefäßwand des Vas afferens zu einer Depolarisation und damit zur Vasokonstriktion der glatten Gefäßmuskulatur. Umgekehrt fü hrt Blutdruckabfall zu einer Vasedilatation des Vas afferens. Dieser sog. Bayliss-Effekt hält den hydrostatischen Druck innerhalb der Kapillarschlingen auf etwa 50 mmHg und damit im Glomerulus die glomeruläre Filtrationsrate trotz Schwankungen des arteriellen Blutdrucks (zwischen 80 und 180 mm Hg) konstant Tubulo-glomeruläres Feedback

Bei gesteigerter Filtration durch erhöhten Blutdruck werden mehr Teilchen in das Tubulussystem abfiltriert, wodurch die NaCl-Konzentration im Tubulussystem und damit auch an der Macula densa (Kontaktstelle zwischen Vas afferens und distalem Tubulus) ansteigt. Als Folge werd en vaseaktive Substanzen (wahrscheinlich ATP ) ausgeschüttet, die über A]Adenosin-Rezeptoren eine Vasekonstriktion des Vas afferens auslösen . Glomeruläre Filtration

Der Glomerul usfilter wird von innen nach außen aus dem fenestrierten Kapillarendothel, der Basalmembran sowie

der Schlitzmembran zwischen den Podozyten, welche die Kapillaren von außen umhüllen, gebildet Die Poren der Schlitzmembran sind am kl einsten und lassen nur Moleküle mit einer Größe < 5 nm passieren. Alle Teilchen, die nicht größer als Inulin (5500 Da) sind, werden zu 100 % fil triert. Aber nicht nur die Molekülgröße, sondern auch die elektrische Ladung der Teilchen beeinflusst deren Fil trierbarkeit: da die Membran negativ geladen ist, werden negative Moleküle abgestoßen. 100% flltrierbar bedeutet nicht, dass auch 100% der Teilchen durch den Filter wandern und im Vas efferens die Konzentration des betreffenden Tellehens auf null abfälltl100% filtrlerbar meint dass die Tellehen so klein sind, dass alle durch die Poren passen ' und die Konzentration des Stoffes im Ultrafiltrat gleich der Konze...-. tration im Vas efferens sein wird. Der Siebkoeffizient beträgt 1. Kann ein Stoff die Membran nicht passieren, ist sein Siebkoeffl.. zient 0.

Die Filtration erfolgt passiv und wird durch den sog. effektiven Filtrationsdruck beei nA usst. Dieser ist sowohl von
Durch den hydrostatischen Druck in den Glomeruluskapil laren wird der Primärharn abgepresst, während der onkotische Druck in der Kapil lare dem entgegenwirkt. Für die Filtration muss also die hydrostatische Dru ckdifferenz größer sein als die onkotische. Da bei gesunden Ni e r~n der onkotische Druck in der Bowman-Kapsel 0 mmH g betragt (große Plasmaproteine werd en nicht fil triert) , ergibt sich:

Niere

tPtir• 10mmHg t P010 • 50 mmHg, fällt entlang der Kapillare auf 47 mmHg t P- · 13 mmHg (konstant!) t 1to1o • 25 mmHg, steigt entlang der Kapillare auf 35 mmHg

Größen zur Beurteilung der Nierenfunktion Klärrate

Mit der Klärrate (Ciearance C) bestimmt man das Plasmavolumen, das pro Minute vollständig von einem Stoff befreit wird. Die Menge des Stoffs erscheint dann im Urin. Anders ausgedrückt: Die Klärrate hängt von Filtration, Sekretion und Resorption des Stoffes ab. C = (Ux. VJ X p X

C, = Klärrate der Substanz X (ml/ min) Ux = Urinkonzentration der Substanz X (mg/100 ml) V= Harnzeitvolumen (mllmin) Px= Plasmakonzentration der Substanz X (mg/100 ml) Bei der Bestimmung der Klärrate von Inulin ergibt sich ein Zahlenwert von 120 ml/min. Da Inulin frei filtriert, jedoch im Tubulussystem weder resorbiert noch sezerniert wird, wird das gesamte filtrierte Inulin ausgeschieden. Mit der Klärrate bestimmt man zwar die letztlich ausgeschiedene Menge im Urin, jedoch entspricht in diesem Fall die ausgeschiedene Menge der fi ltrierten .

werden muss, sondern aus dem Muskelstoffwechsel natürlich anfällt. Kreatinin hat die gleichen Eigenschaften wie Inulin bis auf eine geringfügige Sezernierung, wodurch Kreatinin einen etwas höheren Clearance-Wert besitzt. Paraaminohippursäure (PAH) dient der Bestimmung des renalen Plasmaflusses {RPF), da dieser Stoff frei filtrierbar ist, nicht resorbiert, dafür aber tubulär sezerniert wird. Damit entspricht die mit dem Urin ausgeschiedene Menge der Plasmamenge, die für die Filtration (Kapillarblut der Glomeruli) und die Versorgung der Nierenzellen zur Verfügung steht (Kapillarblut der peritubulären Kapillaren). Es gilt zu beachten, dass der renale Plasmafluss und nicht der Blutfluss bestimmt wird. Die zell ulären Blutbestandteile werden weder filtriert noch sezerniert. Ist der Hämatokrit (Hkt) bekannt, so kann man den renalen Plasmafluss (RPF) in den renalen Blutfluss {RBF) umrechnen (I Tab. 1): RPF RBF = (I - Hkt)

Der renale Plasmanuss Ist fünfmal größer alsdieGFR.

Der Anteil der glomerulären Filtrationsrale am RPF wird als Filtrationsfrak-

60

I 61

tion (FF) bezeichnet und beträgt 0,2 (dimensionslose Zahl). FF = GFR RPF

= Clnulin CPAH

Die sog. fraktioneile Ausscheidung (FA) beschreibt das Verhältnis zwischen der Clearance eines Stoffs und der GFR:

Hat ein Stoff die gleichen Eigenschaften wie Inulin, so ergibt sich für die fraktioneile Ausscheidung der Zahlenwert I. Ist das Ergebnis ein Zahlenwert > 1, dann war die Klärrate des Stoffs größer als die von Inulin und er wurde somit sezerniert. Nimmt die fraktioneile Ausscheidung einen Wert< 1 an, spricht das dafür, dass der Stoff resorbiert bzw. nicht vollständig filtriert wurde.

Größe

Normwert

Rena ler Blutfluss

1200 ml/min

Rena ler Plasmafluss

600 ml/min

Glomeruläre

120 mlj min bzw.

Filtrationsrate

180 I/Tag

Filtrationsfraktion

0,2

Urinausscheidung

1-2 I/Tag

I Tab. 1: Normwerte der Niere.

Zusammenfassung • Das Nephron ist die funktionelle Einheit der Niere und setzt sich aus Glomerulus und Tubulussystem zusammen. • Die GFR wird durch den Bayliss-Effekt sowie den tubuloglomerulären Feedback-Mechanismus reguliert. • Die Filtration eines Stoffs durch die Kapillarmembran hängt von seiner Größe und seiner Ladung ab. Zusätzlich müssen die hydrostatischen und onkotischen Drücke einen optimalen effektiven Filtrationsdruck ergeben. • Die Nierenfunktion wird über die Klärrate von Inulin bzw. Kreatinin abgeschätzt. • Durch Bestimmung der Klärrate von PAH wird der renale Plasmafluss

Im klinischen All tag verwendet man zur Bestimmung der GFR Kreatinin anstelle von Inu lin , da dieses nicht in fundiert

ermittelt. Unter Einbeziehung des Hämatokrits erhält man den renalen Blutfluss.

Niere - Stofftransport und Harnkonzentrierung Stofftranspor t

Das glomeruläre Ultrafiltrat (sog. Primärharn) ist isoosmolar zum Blut· plasma. Im proximalen Tubulus werden die filtrierten Stoffe zu 60% wieder resorbiert. Im dista len Tubulus findet die Feineinstellung der NaCl·Resorption sowie die K+.Sezernierung statt, wofür die Hormone Aldosteron und AN P verantwortlich sind (s. S. 37). Die Tubuluszelle hat eine basolaterale (dem Interstitium zugewandte) und eine luminale (dem Lumen zugewandte) Seite. Jeder Stoff, der transzellulär transportiert wird, muss beide Membranen passieren. t Rückresorption---+' vom Tubuluslumen ins Blut ---+' Stoff bleibt im Körper. t Sezemierung---+' vom Blut ins TubulusJumen -+ Stoff wird mit Urin ausgeschieden.

Na+-Resorption

Treibende Kraft für die Na+-Rückresorption ist ein elektrochemischer Gradient, der aktiv durch die basolateral gelegene Na+-K+-ATPase aufgebaut wird. Lumina! befinden sich für den transzellulären Transport sekundär aktive Transporter, die 1/ 3 des fi ltrierten Na+aus dem Tubuluslumen in die Zelle schaffen. Dazu gehören:

r. Na+-H+-Antiport r. Na+-Phosphat-Symport r. Na+-GJukose-Symport r. Na+-Aminosäure-Symport. Wei tere Resorption von Na+erfolgt über einen parazellulären Shunt, wobei die positiven Na+-lonen den negativ geladenen CI--Ionen durch intrazelluläre Spalten folgen. Wasser strömt osmotisch bedingt nach und reißt dabei weitere Teilchen mit (sog. Solvent drag). Die Feineinstellung der Na+-Rückresorption erfolgt im distalen Tubulus und im Sammelrohr unter Mitwirkung von Aldosteron und ANP (s. S. 37). K+-Resorption und Sezernierung

Ca. 65 % der filtrierten K+-Menge werden bereits im proximalen Tubulus

resorbiert. Dies findet passiv durch parazellulären Shunt und Solvent drag statt. Im aufsteigenden Teil der HenleSch!eife gelangt K+über den IuminaJen Na+-K+-2CI--Kotransporter (BSC- 1Carrier) sowie über basolaterale K' -Kanäle ins Interstitium. Im spätdistalen Tubulus sowie im Sammetrohr befinden sich Schaltzellen, die unter Abhängigkeit von Aldosteron ENaC-Kanäle für die Na+-Resorption einbauen und somit einen Gradienten für die K+-Sezernierung durch luminale K+-Kanäle schaffen. Die sog. Schaltzellen dienen über K+-H+. ATPasen der primär aktiven K+-Resorption. GI ukoserückreso rption

Glukose ist ein frei filtrierbarer Stoff, der beim Gesunden nicht im Urin erscheint, da 100% der filtrierten Glukose im proximalen Tubulus resorbiert werden. Dies erfolgt über sekundär aktiven Na+Glukose-Symport (SGLT = Soda-Glukose-Transport) an der IuminaJen Tubuluswand. Es gibt zwei Transporter:

r. SGLT-2: Befindet sich in der Pars convoluta des proximalen Tubulus und resorbiert 95% der filtrierten Glukose. Verhältnis Glukose zu Natrium I: I. r. SGLT-1: In der Pars recta des proximalen Tubulus lokalisiert. Resorbiert Glukose und Natrium im Verhältnis 1 :2, was die Triebkraft erhöht.

dort du rch das Enzym Carboanhyd rase mit Bikarbonat (HC0 3- ) zu Kohlensäure (H 2C03) verbunden und anschließend in C0 2 und H20 aufgespalten. C0 2 diffundiert über die lum inale Membran in die Tubuluszelle. Die Carboanhydrase kata lysiert die Reaktion von C0 2 mit H2 0 2 Kohlensäure sowie dessen Aufspaltung u zu Bikarbonat und H+. Bikarbonat verlässt die Zelle an derbasolateralen Seite über einen Na+-3HC0 3--Symport oder über einen HC0 3--CJ--Antiport. Ca 2+-Resorption

Da 40 % des Plasma-Ca 2+an Albumin gebunden sind, werden nur 60% fil triert. Davon werden im proximalen Tubulus sowie im aufsteigenden Teil de Henle-Schleife 90% des Ca 2• passiv übe~ Solvent drag parazellulär resorbiert. Die Ca 2•-Resorption ist an die NaCIRückresorption gekoppelt, da diese ein lumenpositives transepitheliales p 0 _ tential aufbaut und somit die treibende Kraft für die Ca 2 --Resorption ist. Die Ca2+-Resorption der Henle-Schleife (8%) unterliegt der Kontrolle durch Parathormon (PTH), das aus den Nebenschilddrüsen stammt und über den Einbau von IuminaJen Ca2+-Kanälen die Ca 2 +-Resorption steigert. Über eine Ca2... _ ATPase bzw. über einen sekundär aktiven 3Na•-l Ca 2•-Antiporter wird die basolaterale Mem bran überwunden. Phosphatreso rption

Basolateral gelangt Glukose mittels erleichterter Diffusion über Glut-2 (Glukose-Transport) ins Interstitium . Steigt im Rahmen eines Diabetes mellitus die Glukosekonzentration im-Plasma über 180 mg Glukose pro 100 ml Plasma (> 10 mmol), dann erfahren die Glukosetransporter im proximalen Tubulus eine Sättigung. Glukose erscheint im Urin, so dass durch die hohe, osmotisch wirksame Glukosekonzentration im Tubulussystem vermehrt Wasser ausgeschieden wird. Es kommt sekundär zur Polydipsie (starker Durst).

Phosphat wird Iumina! über einen sekundär aktiven Na+-Phosphat-Symporte resorbiert. Ein Absinken der Phosphat- r Plasmakonzentration (Parathormon .J..) stimuliert den Transporter, während ein hoher Phosphatspiegel im Plasma (Parathormon t) hemmend wirkt und damit die Phosphatausscheidung fördert. Etwa 90% des filtrierten Phosphats werden wieder resorbiert, wobei die basolaterale Membran durch Diffusion überwunden wird.

Bi ka rbonatrückre sorption

Aminosäure- und Peptidresorption

H+-lonen werden aktiv über den Na •H•-Antiport ins Tubuluslumen gepumpt,

Die Resorption von Aminosä uren erfolgt zu 98% im proxima len Tubulus über

...

Niere

62 I 63

sekundär aktive Na+-Arn inosäure-Symporter. Für verschiedene Aminosäuren existieren unterschiedliche Transporter, wobei Aminosäuren ähnlicher Konfiguration gleiche Transporter benutzen. Für die Peptidresorption werden kleinere Peptide in Aminosäuren gespalten, die dann aufgenommen werden können. Größere Peptide hingegen gelangen über Endozytose in die Tubuluszellen, wo im Zytosol anschließend die Zerlegung in Aminosäuren stattfindet. Harnkonzentrierung

Die Ausscheidung von Wasser erfolgt stets passiv entlang dem osmotischen Gradienten, der von Natrium bzw. Harnstoff aufgebaut wird. Im endproximalen Abschnitt des Tubulussystems ist der Harnisoton zum Plasma (I Abb. I). Durch stärkeren Wasseraustritt aus dem absteigenden Teil der HenleSchleife wird er zunächst hypertoner, um dann im aufsteigenden Teil wieder hypotoner zu werden. Grund dafür ist ein hier lokalisierter aktiver Na+-K +-2Cl--Kotransporter (BSC 1· Carrier), der die beteiligten Elektrolyte in das Interstitium transportiert. Der aufsteigende Teil der Henle-Schleife ist undurchlässig für Wasser, so dass ein osmotischer Gradient (ca. 200 mosmol) aufgebaut wird. Da das Nierenmark nur gering durchblutet ist, können im Interstitium große Mengen NaCI abgelagert werden (bis 1200 mosmol im Nierenmark). Das Wasser wird anschließend entlang des osmotischen Gradienten durch sog. Aquaporine, die sich im Sammelrohr befinden, ins Interstitium resorbiert. Der Endharn ist schließlich hyperton (1200 mosmol). Man bezeichnet den Mechanismus der Harnkonzentrierung auch als Gegenstromprinzip. Die Wasserbilanzierung wird über das antidiuretische Hormon (ADH) aus der Hypophyse angepasst: Nimmt die Plasmaosmolarität zu, kommt es zur ADH·Ausschüttung und dadurch zum vermehrten Einbau von Aquaporinen-2 in die Sammelrohrwand, was die Wasserrückresorption steigert.

Osmolarität [mosmol/ 1]

r::f"

aktiver Kochsalztransport

___..

passiver Wasserfluss

___..

Harnstoffdiffusion bzw. -konvektion

___..

Kochsalzdiffusion bzw. -konvektion Barriere für Wasserdiffusion

I Abb. 1: Gegenstrommechanism us der Hen le-Sc hleife und des Samme lrohrs. Die Za hlen geben die Osmolarität der einze lnen Abschnitte in mosmol wieder, was auc h an hand der Punktedichte (rot~ Na Cl, grün~ Harnstoff) symbo lisiert wird. [13]

Zusammenfassung Harnstoff

Der aus dem Proteinabbau stammende, frei filtrierbare Harnstoff wird zu ca. 50 % im proximalen Tubulus parazellulär über Diffusion und Solvent drag resorbiert. Da in diesem Abschnitt relativ mehr Wasser resorbiert wird, steigt die Konzentration von Harnstoff im Verlauf des proximalen Tubulus an. Der distale Tubulus ist relativ undurchlässig für Harnstoff, so dass seine Konzentration durch die Wasserrückresorption im Harn weiter stark ansteigt. Hier löst Harnstoff das NaCl als Hauptosmolalitätsfakto r ab. Für die Harnkonzentrierung wandert Harnstoff im Nierenmark durch Urea-l-Transporter aus dem Sammelrohr ins Interstitium und anschließend durch Urea-2-Transporter aus dem Interstitium in die Henle· Schleife. Die resultierende hohe Osmolarität des Nierenmarks bildet die treibende Kraft für die Wasserresorption aus dem Sammelrohr. Harnstoff ist folglich mit verantwortlich für die Harnkonzentrierung.

• Die Natriumrückresorption erfolgt sowohl trans-als auch parazellulär. • Kalium wird hauptsächlich über Solvent drag parazellulär resorbiert. • Glukose wird beim Gesunden zu 100% resorbiert Bei Patienten mit Diabetes mellitus sind die Transporter für Glukose gesättigt. Glukose erscheint dann auch im Urin. • Für die Bikarbonatrückresorption ist das Enzym Carboanhydrase entscheidend. • Die treibende Kraft für die Kalziumrückresorption stellt das lumenpositive transepitheliale Potential dar. • Die Wasserresorption erfolgt passiv entlang eines osmotischen Gradienten, der anfa.ngs durch NaCI und später durch Harnstoff aufgebaut wird.

Der Säure-Basen-Haushalt Grundlagen der Chemie

Puffersysteme des menschlichen Organismus

phatpuffer eher ein intrazelluläres Puffersystem und folgt dabei der Gleichung:

Der pH-Wert

H• +

Der Bikarbonatpuffer Die Abkürzung bedeutet Potentia hydrogenii, "die Kraft des Wasserstoffs ". Der pHWert ist der negative dekadische Logarithmus der Protonenkonzentration und ein Maß für die Stärke einer sauren oder basisc hen Lösung. pH =-log [H+) Er ist eine dimensionslose Größe, d. h. er hat keine Einheit

t pH < 7-+ saure (azide) Lösung t pH • 7 -+ neutrale Lösung t pH > 7 -+ basische (alkalische) Lösung Eine Sä ure erniedrigt den pH-Wert, Basen erhöhen ihn. Das menschliche Blu t hat einen pH -Wert zwischen 7,37 und 7,43.

Obwohl dieses Puffersystem ei nen relativ ungünstigen pK-Wert von 6, I besitzt, ist der Bikarbonatpuffer das wichtigste Puffersystem des Blu tes. Grundlage ist die Carboanhydrase-Reaktion: H20 + C02 ~ H2COJ ~ HCOJ- + H+ Der Bikarbonatpuffer stell t ein offenes Puffersystem dar, d. h. Basen können in Form von HC03- direkt mit dem I Irin ausgeschieden oder saure Proton en an Bikarbonat gebunden und dann in Form von C0 2 über die Lunge aus dem Körper ab geatmet werden. Mit der Henderson-Hasselbalch-Gieichung lässt sich aus den beiden Komponenten Bikarbonat und C0 2 der pH-Wert bestimmen.

Der pK-Wert Der pK-Wert ist der pH-Wert, bei dem eine Säure je zur Hälfte protoniert und deprotoniert vorli egt Das heißt, dass die titrierbare Gruppe zu gleichen Teilen in ihrer basischen (deprotoniert] wie in ihrer sauren Form (protoniert] vorliegt

Das Verhältnis zwischen Bikarbonat und C0 2 wird bei physiologisc hem pH-Wert mit 20: I angegeben. Bei Alkalose nimmt dieses Verhältnis zu, bei Azidose ab.

Der Proteinatpuffer Puffer Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure und der dazugehörigen Base. Er kann sowohl H+- als auch OH- -Ionen bind en bzw. abgeben, um das Verhältnis dieser Ionen relativ konstant zu halten . Ein Puffersystemist dann optimal, wenn der pK-Wert des Puffers möglichst nahe an dem WunschpH-Wert liegt Also sollten im menschlichen Körper physiologisch wirksame Puffer einen pK-Wert zwischen 6,0 und 8,0 haben und dazu noch natürlich in ausreichender Konzentration vorhanden sein. Man muss sich klarmachen, dass durch die Stoffwechselvorgänge im menschlichen Organismus mehr Säuren al s Basen entstehen, so dass für die Pufferwirkun g vor allem unsere Pufferbasen wichtig sind.

Der Proteinatpuffer hat den zwei tgrößten Anteil an der Gesamtpufferkapazität des Bluts. Die folgenden Protein gruppen sind als Puffer wirksam :

t lmidazolgruppe des Histidins t Sulfhydryl gruppe des Cysteins t Terminale Aminogruppen. Hämoglobin und Albumin spielen aufgrundihrer Konzentration im Blut die größte Rolle. Desoxygeniertes Hämoglobin ha t bessere Puffereigenschaften als oxygeniertes Hämoglobin (s. S. 5 1].

Der Phosphatpuffer Der Phosphatpuffer ha t einen sehr günstigen pK-Wert von 6,8, stellt jedoch den geringsten Teil der Gesamtpufferkapa zität des Bluts. Das liegt daran, dass die benötigten Phosphate nur eine gerin ge Konzentration im Blut haben. Somit ist der Phos-

HPO/- ~

H 2PQ 4-

Parameter des Säure-Basen-Haushalts Die Normwerte des Säure- Basen-Haushalts sind in I Tabelle I aufgeführt. Der arterielle C0 2 -Partialdruck ist der wichtigste Parameter des respiratorischen Sytems und zeigt Veränderungen der Lungentätigkeit an. Wie oben beschrieben können saure Protonen in Form von C0 2 abgeatmet werden. Eine Hyperventilation fü hrt so mir zu einem Absinken des pC0 2 und dadurch gleichzeitig zu einem Anstiegdes Blut-pH -Werts. Hypoventilation führt hingegen zu einem Anstieg des pC0 2 , also zu einem pH-Wert-Anstieg. Der BE (= Base excess = Basenüberschuss] gibt die Abweichung von den Cesamtpufferba sen (48 mmol/1 ) an. Hat also z. B ein Patient eine Gesamtpufferbasenkon- · zentrationvon 46 mmol/ 1, so beträgt sein BE - 2. Der BE ist der wichtigste Marker für das metabolische System. Das aktuelle Bikarbonat gibt die Bikarbonatkonzentration an, die unter den Bedingungen des Bluts gemessen wird. Das Standardbikarbonat ist ein Wert, der au f einen C02 -Partialdruck von 5,5 kPa geeicht wird.

Beachte: ~ine respiratorische Störung. die prlmir mit einer Veränderung des C02.Werts und sekundir mit einer Verin-; derung der Gesamtpuffelbasen einhergeht, würde also durch die Eichung maskiert werden.

Störungen des Säure-BasenHaushalts Grund sätzlich unterscheid et man eine Azidose von ein er Alkal ose. Azidose Parameter

Normwert

pH-Wert

7,37 - 7,43

pC02

35 - 45 mm Hg bzw. 4,6 - 6 kPa

BE (Base excess •

- 2,5 bis +2,5

Basenüberschu ss) Aktuelles Bikarbonat

22 - 28 mmol/ 1

Standardbika rb onat

22 - 26 mmol/1

I Tab. 1: Normwert e des Sä uren-Ba se n-Haushalt s.

Der Säure-Basen-Haushalt

bedeutet, dass der Blut-pH-Wert unter den Normwert von 7,37 fällt, bei einer Alkalose würde der pH-Wert des Blutes über 7,43 ansteigen. Bei einer reinen respiratorischen Azidosekommt es durch Hypoventilation zu einer verminderten C0 2-Abatmung und somit zum Absinken des pH-Werts. Durch Hyperventilation kann es hingegen zu einer reinen respiratorischen Alkalose kommen. Dabei zeigt der C0 2-Partialdruck erniedrigte Werte, der pH-Wert ist erhöht.

Störung

Respiratorische Azidose,

pH

metabolisch kompensiert Metabolische Azidose, respiratorisch kompensiert Metabolische Alk alose, respiratorisch kompensiert Kombinierte metabolische und resp iratorische Azidose Kombinierte metabolische und respiratorischeAikalose

BE

Aktuelles

Standard-

Blkarbonat

bikarbonat

,!,

t

(i)

(I')

<-t

t

,!,

(-I-)

(-I-)

<-t

,!,

(-I-)

,!,

,!,

,!,

t

(i)

t

t

t

,!,

t

,!,

,!,

,!,

t

,!,

t

t

i

metabolisch kompensiert Respiratorische Alk alose,

pC0 2

64165

I Tab. 2: Veränderungen der Normwerte bei Störungen des Säure-Basen-Haushalts. Kompensation in Klammern.

Kompensation von Säure-Basen-Störungen Hat ein Patient eine Säure-Basen-Störung des Stoffwechsels, dann kommt es zu einer metabolischen Störung. Zu einer reinen metabolischen Azidose kann es zum Beispiel bei einer durch KetonkörperProduktion verursachten Ketoazidose im Rahmen eines unbehandelten Diabetes mellitus kommen. Auch eine terminale Niereninsuffizienz kann durch eingeschränkte Bikarbonat-Rückresorption und somit durch vermehrte Bikarbonatausscheidung zu einer metabolischen Azidose führen. Die Senkung des pH-Werts kommt dabei durch den Abfall des BE und der Bikarbonatkonzentration (aktuelles Bikarbonat und Standardbikarbonat) zustande. Eine reine metabolische Alkalose wird unter anderem durch eine gesteigerte Bikarbonat-Rückresorption verursacht. Sowohl BE als auch Bikarbonat (aktuelles und Standardbikarbonat) steigen an, es kommt zur Erhöhung des pH·Werts.

Sind sowoh l metabolisches als auch respiratorisches System von der gleichen Störung betroffen, also arbeiten beide Systeme in Richtung Azidose oder in Richtung Alkalose, dann spricht man von einer kombinierten respiratorischen und metabolischen Störung.

Kommt es primär zu einer reinen respira· torisehen Azidose, so wird über Rück· resorption von Bikarbonat eine künstliche metabolische Alkalose erzeugt, die der Azidose entgegenwirkt. Der pH·Wert wird sich dadurch wieder dem Normwert annähern. Man spricht dann von einer respiratorischen Azidose, die metabolisch (=nicht-respiratorisch) kompensiert wird. Eine Störung ist teilkompensiert, wenn der pH-Wert noch nicht im Normwert liegt. Vollständig kompensiert bedeutet, dass der pH·Wert wieder Normwert angenommen hat.

Therapie von Säure-Basen-Störungen Da Störungen des Säure-Basen-Haushalts meistens Folgen von anderen Defekten sind, versucht man zunächst, diese Grund· erkrankung zu erkennen und zu behandeln. Häufige Ursachen von Säure-BasenStörungen sind (Therapie in Klammern): Metabolische Azidose: Ketoazidose (Therapie mit Insulin), Laktatazidose (Schocktherapie) Metabolische Alkalose: chronisches Erbrechen (Volumen· und Kaliumsubsti· tution) Respiratorische Azidose: COPD (nicht Rauchen) Respiratorische Alkalose: psychogene Hyperventilation (Beruhigung, Rück· atmung in Plastikbeutel).

Zusammenfassung • Die drei Puffersysteme des menschlichen Organismus sind Bikarbonatpuffer, Proteinatpuffer und Phosphatpuffer. • Der Bikarbonatpuffer hat den größten Anteil an den Gesamtpufferbasen im Blut. • Bei Azidose fällt der pH-Wert durch BE/Bikarbonatabfall oder durch C0 2-Anstieg. • Bei Alkalose steigt der pH-Wert durch BE/Bi karbonatanstieg oder durch C0 2-Abfall. • Metabolische Störungen werden durch BE-Veränderung, respiratorische Störungen durch pC0 2-Veränderung angezeigt. • Eine metabolische Störung kann respiratorisch, eine respiratorische Störung metabolisch kompensiert werden. • Die Behandlung hat die Heilung der Grunderkrankung zum Ziel.

Motorik des Magen-Darm-Trakts intrinsisches Nervensystem beze ichnet. Es besteht aus zwei Ganglienzellschichten:

Die Inhaltstoffe unserer Nahrung sind Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Vitamine, Spurenelemente, Ballaststoffe, Salze und Wasser. Dabei sind die energiereichen Bestandteile (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) in Bezug auf die Energiegewinnung gegeneinander austauschbar, was man als Isodynamie bezeichnet. Die gastrointestinale Motilität dient nicht nur dem Transport der Nahrungsbestandteile, sondern auch der Zerkleinerung und Durchmischung mit Verdauungssäften.

IJ Plexus myentericus (Auerbach):

Kontrolle der Motorik

t Plexus submucosus (Meißner): Steuerung der Sekretion von Verdauungsenzymen. Die Autonomie kommt durch Schrittmacherzellen (Cajal-Zellen) zustande, die sich spontan erregen.

t Längsmuskulatur IJ Ringmusku latur IJ Lamina muscularis mucosae.

Alle drei werden durch ein autonomes Nervengeflecht innerviert, das man als

Schrittmacher-Oepolarisationen breiten sich von den Cajal-Zellen über Gap junctions (s. S. 8) auf die glatte Muskulatur aus. Die durch Ca 2+-Einstrom verursachten Potentiale der Cajal-Zellen sind zunächst unterschwellig; solche sog. Slow waves (Amplitude 10-20 mV) führen daher nicht zu einer Muskelkontraktion. Erst

Hormon

Bildungsort

Sekreti onsreiz

Gastrin

G-Zellen in Magen

t Peptide im Magen t Magendehnung t Parasympathikus

und Duodenum

Wirkung Hel-Sekretion

t

Pepsinegensekretion Magenmotilität

t

t

Tonus des unteren Ösophagussphinkters Sekretin Cholezystokinin

S-Zellen im Duodenum/

pH-Wert < 4 im

Jejunum

Duodenum

Gastrinsekretion .j,

I-Zellen im Duodenum/

Peptide und

Enzymsekretion im Pankreas

Jejunum

Fettsäuren im

Kontraktion der Gallenblase

HC0 3 -Sekretion aus Pankreas

HCI-Sekretion .j,

Duodenum

Magenmotil ität .j, Pepsinegensekretion Insulinsekretion

inhibilory poly-

und Aminosäuren

HCI-Sekretion .j,

peptide)

im Jejunum

Magenmoti lität .j,

O-Zellen im Pankreas,

pH-Wert-Abfall im

Gastrinsekretion .j,

Dünndarm

Magen

Somatostatin

K-Zellen im Dünndarm

VIP-Sekretion

t

t

Glukose, Fettsäuren

GIP (gastric

t

t

Die an der gastrointestinalen Motorik beteiligten AP werden durch Ca 2•-Einstrom verursacht.

Befindet sich das Maximum der Potentialwelle über der Schwelle eines Ca 2+-AP, kommt es zu Spike-Salven von je 0,5 Sekunden Dauer. Liegt das Minimum der Welle ebenfalls über der Schwelle, so führt dies zu einer tonischen Dauerkontraktion des Darms. Die Stärke der Kontraktion ist von der AP-Frequenz abhängig.

Frequenz der Schrlttmacherzellen: IJ Magen 4- 3/Minute IJ proximaler Dünndarm--+ 14/Minute IJ Ileum 4- 8/Minute

lntegrative Steuerung der Magen-Darm-Funktion Der Magen-Darm-Trakt weist drei Schichten glatter Muskulatur auf:

wenn die Schwelle der L-Typ-Ca 2--Kanäle erreicht wird , kommt es zur Ausbildung von AP und damit zu Muskelkontraktionen

t

Die Frequenz der Ca 2•-AP wird durch Adrenalin und Noradrenalin gesenkt, durch Acetylcholin und Gastrin erhöht.

Regulation der Motorik Die Motorik des Gastrointestinaltrakts wird unter anderem über die Aktivität des vegetativen Nervensystems moduliert, das man auch als extrinsisch-vegetatives Nervensystem bezeichnet. Der Parasympathikus fördert Peristaltik und Durchblutung, außerdem senkt er den Sphinktertonus. Die Aufgabe des Sympathikus besteht in einer Hemmung der Durchblutung, die dann sekundär durch 0 2-Mangel zur Peristaltikminderung führt aber auch in einer direkten Steigerung ' des Sphinktertonus. Zusätzlich wird die Motilität des Magen-Darm-Trakts über eine Vielzahl von Hormonen reguliert (I Tab. 1).

.J.

Sekretinsekretion .j, Pankreassekretion .j. • HCI-Sekretion .j,

t Magenmotilität .j, t Gallenblasenkontraktion .!. • Glukoseresorption .j, t Aminosäureresorption .j, t Triglyzeridresorption .j, intes tinales

t HCI-Sekreti on .j, t Motilität .j,

Polypeptid)

t

VIP (va soaktives

NeNenendigungen

Neurotran smitter

Gallensekretion t

t Pankreassekretion NO

Acetyl cholin

Motilität .j,

Para sympathiku s

NeNenendigungen

Gastrinsekretion

NeN enendigungen

Neurotransmitter

Motilität

NANC-Neurone (nicht

t

Die parasympathische Versorgung (N. vagus) reicht vom Ösophagus Ober Magen, Pankreas und Kolon bis hin zum CannonBöhm-Punkt. Die distalen Abschnitte (Kolon, Slgmold, Rektum und Anus) werden ilbar sakrale parasympathische Fasern Innerviert.

Grundtypen der gastrointestinalen Motilität

adrenerg, ni cht cholinerg) GRP (ga strin-re-

t

Ieasing peptide) Substanz P

I

t

Tab. 1: Auswahl der wi c htigs te n Hormo ne und Tran smitter d es Ga s troint es tin altrakt s.

Bei der gastrointestinalen Motorik lassen sich drei phy iologische Typen unterscheiden (I Abb. I):

Der Verdauungstrakt

66 I 67

~ Propulsive Peristaltik: Indem ein oralPerista ltik wärts gelegener Darmabschnitt seine RingDer Begriff .vagovagal" bedeutet, dass Ösophagus -~ ~ ----- -~-..-..-,~ ~ =;-~ ----- ~ .. -------sowohl Afferenz als auch Efferenz über Magen muskulatur kontrahiert und die LängsmusDünndarm ·- ----- - -~-- >: -- ~- . . -- -- ~-------parasympathische Fasern des N. vagus kulatur dilatiert, während in einem weiter fortgeleitet werden. Rhythmische Segmentalion aboral gelegenen Darmabschnitt genau das Dünndarm Gegenteil passiert, kommt es zum TransDickdarm port des Chymus in Richung o ra l ~ aboraL Bei der Refluxkrankheit kommt es durch Pendelbewegung ~ Nicht-propulsive Peristaltik: Abwecheine Insuffizienz des unteren Ösophagusselnde Kontraktionen der Ringmuskulatur Dünndarm sphinkters zu einem Rückfluss der Di ckdarm eng benachbarter Bereiche führen zu Seg····························································· Magensäure in die Speiseröhre. Dies führt zu schmerzhafter Reizung der Ösomentationsbewegungen, was eine VerTonische Kontraktion phagusschleimhaut mit histologischem mischung des Darminhalts bewirkt GastroUmbau des Epithels und möglicher Karintestinale ~ Tonische Dauerkontraktion: Durch zinomentstehung. Sphinkteren Kontraktion der Sphinkter werden die einzelnen Darmabschnitte voneinander geI Abb . 1: Die Grundtypen der Motilität im Gastrotrennt. Dies garantiert einen gerichteten intestinaltrakt.l51 Magenmotorik Transport des Chymus ohne Rückfluss. Im proximalen Magen (Fundus, oberer back zu einer Hemmung der MagenentKorpus) werden Nahrungsbestandteile Ieerung. Als Chymus bezeichnet man das Gemisch gespeichert. Daher gibt es dort keine Periaus zerkleinerten Nahrungsbestandteilen staltik, sondern eine kontinuierliche und Verdauungssäften. Defäkation Wandspannung (Ruhetonus). Zusätzlich existiert proximal ein vagovagaler Reflex, Die physiologische Defäkationsfrequenz Der Schluckakt der bei ankommender Nahrung über Deh- beträgt zwischen 3/Woche und 3/Tag. Nachdem die Nahrung in der Mundhöhle nungsrezeptoren eine reflektorische RelaDurch zunehmende Füllung des Rektums hauptsächlich durch die willkürlich gexation des Magens vermittelt. Im distalen werden Dehnungsrezeptoren gereizt, die steuerte Kaumuskulatur zerkleinert (Kräf- Magen wird die Nahrung durchmischt, anorektale Afferenzen zum Plexus myente bis 1500 N) und über das Speichelenindem autonome Schrittmacherzellen des tericus senden. Dies erhöht durch schwazym a-Amylase vorverdaut wurde, folgt mittleren Korpusdrittels zu Kontraktionen che peristaltische Wellen in Richtung der Schluckakt Dieser wird in drei Phain Richtung Pylorus führen . Der Pylorus Anus, aber auch durch Relaxation des sen unterteilt: des Magenausgangs besteht aus einer star- M. sphincter ani internus den Stuhldrang. ken Ringmuskulatur, durch die Flüssigkei- Der M. sphincter ani externus lässt sich ~ Orale Phase: Die Zunge schiebt willten kontinuierlich passieren können . Bei willkürlich kontrollieren und damit die kürlich die Speise gegen den harten Gauzunehmender Magendehnung wird die Defäkation auch unterdrücken. Soll men. Magenentleerung vagovagal vermittelt. die Defäkation erfolgen, dann wird der ~ Phayngeale Phase: Der weiche GauSie kann verzögert werden, indem eine M. sphincter ani externus willkürlich relamen verschließt aufgrund der Reizung Dünndarmdehnung über adrenerge Neuxiert. Zusätzlich wird die Muskulatur von von Dehnungsrezeptoren den Rachenrone aus dem Ganglion coeliacum zu Sigmoid und Rektum durch spinale pararaum. Nun kann der weitere Schluckakt einer Hemmung des erregenden Plexus sympathische Bahnen zu starken Kontraknicht mehr abgebrochen werden und läuft myentericus führt. Außerdem führt fette, tionen angeregt. Als Unterstützung dient unwillkürlich sowie vollständig ab. Die saure und salzhaltige Nahrung im Duode- die Bauchpresse, die den intraabdomiAfferenzen laufen über denN . vagus sonum über ein duodenagastrales Feednellen Druck erhöht. wie denN. glossopharyngeus zum Schluckzentrum in der Medulla oblongata. Die Zusammenfassung efferente Innervation der Pharynxmusku*C Die Motilität des Magen-Darm-Trakts wird über ein autonomes Nervenlatur erfolgt über vagale Fasern aus dem system gesteuert. Ncl. ambiguus. • Schrittmacherzellen bewirken ein Ca 2•-Aktionspotential, das zu ~ Ösophageale Phase: Ein e Reizung von Kontraktionen führt. Dehnungsrezeptoren im Pharynx führt *C Die Stärke der Kontraktion wird über die Amplitude, Anzahl und Dauer der kurzfristig zu einer refl ektorischen RelaxaAktionspotentiale bestimmt. tion des oberen Ösophagussphinkters. • Die Motorik wird sowohl über das vegetative Nervensystem als auch über Gleichzeitig wird eine Peristaltikwelle im Ösophagus ausgelöst, di e die Nahrung in verschiedene Hormone reguliert. den Magen bringt. Der untere Ösopha• Zu den Grundtypen der gastrointestinalen Motilität zählen propulsive und gussphinkter relaxiert dazu gleichzeitig nicht-propulslve Peristaltik sowie tonische Dauerkontraktionen. (vagovagaler Refl ex). ~

.

retion im Magen-Darm-Trakt ..:: :- ~ ..::11elsekretion Pro Tag werden etwa I ,5 Liter Speichel produziert. Davon stammen ca. 25 % aus der Parotis (seröse Drüse), 70 % aus den submandibulären Drüsen (seromukös) und 5 % aus den sublingualen Drüsen (mukoserös) . Speichel besteht aus H20, Elektrolyten, a·Amylase, Lysozym, lgA und Schleim. In den Azinuszellen wird zunächst ein plasmaisotoner Primärspeichel gebildet und über sekundär-aktiven Transport in den Aus· führungsgang sezerniert (I Abb. 1). Die Azinuszellen nehmen basolateral CJ- aus dem Blut auf (Na+-K+-2Cl--Kotransport) und geben es über einen IuminaJen CI-Kanal an den Ausführungsgang ab. Getrieben durch dieses lumennegative Potential folgt Na+ parazellulär nach und zieht Wasser osmotisch mit sich. Im Epithel der Ausführungsgänge werden Na+und CI- flussratenabhängig resorbiert sowie K+ und HC0 3- sezerniert. Der Mundspeichel ist damit hypoton und alkalisch. Sowohl Sympathikus als auch Parasympathikus wirken stimulie· rend auf die Speichelsekretion und sind in diesem Fall kei ne Gegenspieler.

Magensaftsekretion Während der interdigestiven Phase (Nüchternzeit) werden 10 % der maxi· malen Sekretionsrate produziert. In der tatsächlichen Verdauungsphase unterscheidet man drei Abschnitte:

300 mosmol/1

Schaltstück

Primärspeich el

50 mosmol/ 1

Ausführungsgang

50-250 mosmol/1

I

Abb. 1: Speiche lbildung. [2]

Magen. Fetter, saurer und hyperosmolarer Chymus hemmt über Sekretin die Gastrinausschüttung. Zu den sezernierenden Zellen des Magens gehören: t Nebenzellen: Sie produzieren ein bikarbonathaltiges, schleimiges Sekret, das als Schutzfilm auf der Oberfläche der Magenschleimhaut den pH-Wert auf etwa 7 hält. Im Magenlumen beträgt der pH-Wert durch die Magensäure 2.

Inte rstiti um

Lumen

HC03 -

t Kephale Phase: Anblick, Geruch und Geschmack einer Speise führen in der Medulla oblongata zur Steigerung der Parasympathikusaktivität und dami t zur Gastrinausschüttung. t Gastrale Phase: Dehnungs· und Pep· tidrezepwren des Magens stimulieren über Gastrinausschüttung di e HCJ.Sekre· tion. t Intestinale Phase: Dehnungsrezep· toren der Duodenalwand führen zur Steigerung der Gastrinausschüttun g im

t Hauptzell en: Hier wird Pepsinogen sezerniert, die inaktive Vorstufe des prorei nspaltend en Enzyms Pepsin. Die Aktivierung erfolgt du rch Salzsäure . t G-Zellen: Sie sezernieren Gastrin ' ein Hormon, das endokrin ausgeschüttet wird und über den Blutweg eine G· Prorein-gekoppelte IP3- Kaskade (s. S. 9) induziert. Dadurch werden die HCI-Produktion und auch die Magenmotilität stark angeregt. Die Gastrinaussc hüttung wird durch Sekretin und pH·Wert·Abfall gehemmt, über pHWert·Anstieg, Vagus, Peptide, Kaffee und Nikotin gefördert. t Bele gzelle n: Die Hauptaufgabe besteht in der Salzsäureproduktion (HCl) die für di e Verdauung eine große Rolle' spielt. Zusätzlich wird der IntrinsicFaktor gebildet, der gemeinsam mit dem R-Protein (Haptocorrin, aus Mundspeichel) für die Resorption von Vitamin B12 im Ileum verantwortlich ist. t ECL-Zellen (EC L = enterochromaffin-like) : Sie setzen Histamin frei, was durch Gastrin und Vagus gefördert bzw. durch Somatostatin gehemmt wird . Histamin selbst stimuliert die HCl-Sekretion.

- - - - - "" " '

~r

01

OH' + C02

H2

H'

"..a..- - •

Na+-H•A~tiporter

- - - - - ,k""

eH'

ATP

I

0

Abb. 2: Sa lzsäureproduktion der Be legze ll en im Magen. CA • Ca rbo anhydra se . Der Protonenpumpeninh ibitor Omeprazo l bloc kiert die Sa lzsäurep rod ukti on dureil Hemmung der K'-H'-ATPase. (nac l1 [10 ])

Der Verdauungstrakt

I

68

I 69

Tab. I: Enzy me des Pankreassafts. Pankreasenzym

Vorstufe

Trypsin

Trypsinegen

Basische Peptidbindungen

Chymotrypsin

Chymotrypsinogen

Aromatische Peptidbindungen

Elasta se

Proe lastase

Elastin

Carboxypeptida se

Procarboxypeptidase

C-terminale Am inosä uren

Aminopeptidase

Proaminopeptidase

Pankreaslipase Phospholipase A

HCI-Sekretion

Salzsäure wird in den Belegzellen des Magens gebildet (I Abb. 2). Dafür nehmen diese C02 aus dem Blut auf und bilden mit Hilfe der Carboanhydrase aus C02 und H20 Kohlensäure (H 2C03). Kohlensäure dissoziiert in Bikarbonat und H+. Das Proton gelangt über eine primär aktive K+-H+-ATPase in das Magenlumen, Bikarbonat verlässt die Zelle auf der basolateralen Seite im Austausch zu Chlorid, das wiederum über einen Kanal in das Magenlumen gelangt. Im Magen verbinden sich H+und Cl- zu Salzsäure (HCl).

Angriffspunkt

N-terminale Aminosäuren Triacylglycerin e

Prophospholipase A

Phospholipide

Cholesterineste rase

Cholesterinester

a-Amylase

Stärke, Glykogen

Maltase

Maltose

Ribonuk lease

RNA

Desoxyribonuklease

DNA

mus des Magens neutralisieren. Da Enzyme und Bikarbonat an zwei verschiedenen Stellen synthetisiert werden, sind beide auch jeweils getrennt reguliert: Der Übertritt von saurem Chymus aus dem Magen in das Duodenum führt zur Stimulation von S-Zellen und damit zur Sekretinausschüttung. Sekretin steigert die Bikarbonatsekretion im duktalen PankreasepitheL Fette, Peptide und Aminosäuren hingegen führen zur Ausschüttung von Cholezystokinin aus den I-Zellen, was die pankreatische Enzymsekretion stimuliert. Zusätzlich

wirkt auch das autonome Nervensystem auf die Pankreassekretion ein. Der pHWert des Pankreassafts beträgt 8,2.

Zusammenfassung X Der von den Azinuszellen der Speicheldrüsen gebildete Primärspeichel ist

Pankreassekretion

Die Azinuszellen des Pankreas sezernieren ein isotones Primärsekret, das Vorstufen der Verdauungsenzyme (Zymogene) enthält, damit der Ausführungsgang von den Enzymen nicht angedaut wird (I Tab. 1). Die einzigen schon in aktiver Form sezernierten Enzyme sind a -Amylase, Lipase und Ribonuklease. Der Pankreassaft wird von den Epithelien der Ausfü hrungsgänge modifi ziert, indem Cl- resorbiert und Bikarbonat sezerniert wird. Das alkalische Sekret soll den sa uren Chy-

isoton und wird durch Resorptionsvorgänge im Ausführungsgang hypoton. Dabei hängt die Resorptionsrate der Ausführungsgänge von der Speichelflussrate ab. X Bei Nahrungsaufnahme erfolgt die Magensaftsekretion in drei Zeitabschnitten: kephale, gastrale und intestinale Phase. X Magendehnung wirkt stimulierend auf die HCI-Produktion der Belegzellen. Dabei werden die Protonen durch eine W-K+-ATPase sezerniert, während die Cl--Ionen passiv nachfolgen. X Tritt saurer Chymus in das Duodenum über, dann stimuliert dies die Sekretinausschüttung. ln der Folge wird die Pankreassekretion gesteigert. X Pankreasenzyme werden größtenteils erst im Duodenum aktiviert.

Resorption im Magen-Darm-Trakt Im Dünndarm finden v. a. die Resorption von Nährstoffen, Wasser und Elektrolyten sowie die Sezernierung von Bikarbonat statt. Das Kolon ist Ort der Na+-Resorption, die Aldosteron-abhängig abläu ft. Im Austausch zu Na+werden K+und Bikarbonat sezerniert. Die starke Wasserresorption führt dazu, dass nur etwa I 00 ml Flüssigkeit pro Tag mit dem Stuhl ausgeschiede n werden. Maldlgestlon: Die enzymatische Spaltung von Fett, Kohlenhydraten und Proteinen ist vermindert. Malabsorption: Der Transport der aufgespaltenen Nahrungsbestandteile aus dem Darmlumen in das Blut- oder Lymphsystem istgestörL

Kohlenhydratresorption

Da Kohlenhydrate nur als Monosaccharide resorbiert werden können,

die Proteine mit Hilfe von Pepsin, wodurch der spätere Angri ff der Proteasen erleichtert wird. Im Dünndarm treffen di e denaturierten Proteine auf Proteasen aus dem Pankreas, welche die Spaltung in Oligopeptide übernehmen. Die endgültige Aufspaltung wird von Peptidasen des Dünndarms übernommen . Aufgenommen werden die freien Aminosäuren sekundär aktiv über einen Na+-Aminosäure-Symporter, der von derbasolateral gelegenen Na+-K+ATPase abhängig ist. Dabei werden die verschiedenen Aminosäuren zu Gruppen zusammengefasst, die jeweils einen eigenen Symporter verwenden (neutrale, basische, saure Aminosäuren, ß-Aminosäuren, Iminosäuren). Zusätzlich können Di- und Tripeptide über einen mit H+ gekoppelten, tertiär aktiven Symporter aufgenommen und intrazellulär zu Aminosäuren hydrolysiert werden.

erfolgt die Spaltung von Stärke und Glykogen mit Hilfe der a -Amylase des Endopeptldasen: spalten Peptide an bePankreas, welche die Polysaccharide in stimmten Stellen innerhalb einer PeptidOligosaccharide spaltet. Die weitere kette. Aufspaltung in Monosaccharide wird Exopeptldasen: spalten einzelne Aminosäuren am Ende eines Peptids ab. Dabei von Enzymen der duodenalen Schleimsetzen Carboxypeptldasen am C-terminahaut übernommen (Laktase, Maltase, len Ende und Aminopeptidasen am N-terSucrase, a- 1,6-Glukosidase). Für die minalen Ende an. Resorption werden Glukose und Galaktose sekundär aktiv über einen SGLTI (Soda-Glukose-Transporter) aufgen omLipidresorption men, der Na+und Glukose im Verhältnis 2: 1 transportiert und den Na+-GraIm Magen werden die Fette durch peridienten nutzt, der von derbasolateralen staltische Kontraktionen mechanisch Na +-K+-ATPase aufgebaut wurde. Basoemulgiert. Die entstehenden kleinen lateral existieren Uniport-Transportpro- Fetttröpfchen (Durchmesser 0,5 - 2 11m ) teine (GLUT 2) , über die die Zucker ins bieten eine gute Angriffsfläche für die Blut gelangen. Die Resorption von Fruk- aus dem Pankreassaft stammenden Lipasen. Grundlage der Fettresorption ist tose erfolgt sowohlluminal als auch anschließend die Anwesenheit von basolateral rein passiv über GLUT 5. Gallensäuren, die einen amphiphilen Charakter haben und die Fetttröpfchen Bei der Laktoseintoleranz kann durch unter Bildung von Mizellen emulgieeinen Laktasemangel Laktose nicht resorren. Diese werden bis in den Bürstenbiert werden und erhöht damit den osmosa um der Duodenalschleimhaut transtischen Druck lm Dickdarm. Der osmotisch bedingte Wassereinstrom führt zu portiert, wo die Fette in die Enterozyten Diarrhö {Durchfall). diffundieren, während die Mizellen im Darmlumen verbleiben. Im endopl asmatischen Retikulum der Enterozyten Proteinresorption erfo lgt die Synthese von neuen Triglyzerid en, Phospholipiden und TriacylDie Aufspaltung der Proteine beginnt glyzerinen, die anschließend in sog. bereits im Magen durch Einwirken der Chylomikronen verpackt werden. Magensalzsä ure (HCI). Sie denaturiert

Chylomikronen bestehen zu 90% aus Triacylglyzerid en, zu 7% aus Phospholipiden und zu 2 %aus Cholesterinen und gelangen über die Lymphe in das Venensystem (I Abb_ I). Gallensaftbildung

Die Leber produziert am Tag etwa einen Liter Gallensaft, der aus Gallensäuren (Cholsäure und Chenodesoxycholsäure) sowie aus dem Gallenfarbstoff Bilirubin besteht und außerdem Cholesterin, Steroide und Abbauprodukte (Giftstoffe, Medikamente) enthält. Bilirubin entsteht beim Hämabbau; das schlecht lösliche indirekte Bilirubin wird in der Leber an G!ukoronsäure gebunden und dann als direktes Bilirubin an den Gallensaft abgegeben . Über das Gallengangsystem gelangt der Gallensaft in die Gallenblase, wo er auf etwa 20% des Ursprungsvolumens eingedickt wird. Gelangt fetthaltiger Chymus in das Duodenum, so wird Cholezystokinin ausgeschüttet, das die Gallenblase kontrahieren lässt. Die Gallenflüssigkeit gelangt über den Ductus choledochus in das Duodenum, wo die Gallensäuren der Fettresorption dienen. Das direkte Bilirubin wird unter Mitwirkung von Bakterien zu Sterkobilin, Urobilinogen und Urobilin umgewandelt. Enterehepatischer Kreislauf

Nach erfolgter Fettverdauung im oberen Duodenum werden etwa 90% der Gallensäuren im terminalen Ileum aktiv resorbiert und gelangen mit dem Pfort. aderblutzurück zur Leber. Dort werden sie von den Gal lenkanälchen aufgenommen , gelangen in die Gallenblase und stehen wieder zu r Verfügung. Je höher die Konzentration der Gallensäuren irn Pfortaderblut ist, desto mehr Gallensäuren werden in die Leberzellen aufge. nommen (choleretische Wirkung de Gallensäuren) . Die Gesamtmenge an r Ga llensä uren ist se hr gering (2 - 4 g). Der enterohepatische Kreislauf läuft dadurch etwa 8-mal pro Tag ab. Die Abbauprodukte des Bilirubins (Bili nogen, Urobilin und Urobilinogen) werd en zu 20 % aus dem Darm resorbiert und teils über die Leber, teils über die Nieren

Der Verdauungstrakt

Enzymsystem

Absorption

Zungen lipase

Fettsäuren

I Pankreaslipase I Triglyzeride

Monoglyzeride Milchlipase Darmlipase

Glyzerin

Cholesterin Cholesterinester

Cholesterinesterase (Pankreas)

I fre ie Fettsäuren I Phospholipide (Lecithin)

Lysophospholipide

I Abb. 1: Lipidverdauung. [ 15]

ausgeschieden. Die typische Gelbfärbung des Urins wird durch Urobilin verursacht. Resorption von Wasser und Elektrolyten

Etwa 9 Liter Wasser aus Nahrung (2 I) und Verdauungssäften [7 l) erreichen den Darm. Die Wasserrückresorption erfolgt zu 80 % im Dünndarm und zu 19% im Kolon, wobei Wasser stets passiv den resorbierten Elektrolyten folgt. Über diebasolateral gelegene Na+-K+ATPase wird ein Konzentrationsgradient aufgebaut, der Natrium sekundär aktiv aus dem Darmlumen in die Enterozyten treibt. Über erleichterte Diffusion gelangt Kalium in das Darmlumen und wird damit sezerniert, wobei das aus der Nebennierenrinde stammende Hormon Aldosteron die Na+-Resorption sowie die K+-Sekretion an der Darmmukosa steigert. Die Resorption von Clund Bikarbonat erfolgt bereits im Duodenum und Jejunum. Vitamin D3 ist sehr wichtig für die optimale Ca2+Resorption. Es stimuliert die Proteinbiosynthese des Proteins Calbindin, das

maßgeblich für die Ca2+-Resorption aus dem Darmlumen verantwortlich ist. An derbasolateralen Seite gelangt Ca 2 +über eine primär aktive CaZ+.ATPase sowie über einen sekundär aktiven 3Na+-] Ca2+Antiport ins Blut. Eisenresorption

in der Nahrung liegt Eisen meistens dreiwertig vor und muss für die Aufnahme in die Enterozyten zu zweiwer-

70

I 71

tigern Eisen reduziert werden. Dies übernimmt entweder Vitamin C oder die Ferrireduktase [membranständig, duodenales Cytochrom b). Die Aufnahme in die Enterozyten erfolgt im Kotransport mit H+[DMTl = divalent meta! ion transportl ). Innerhalb der Mukosazelle wird Eisen in dreiwertiger Form an Apoferritin gebunden, wodurch Ferritin entsteht. Dieses besitzt 24 Untereinheiten mit einer zentralen Höhlung und kann ca. 4500 Fe3+speichern. Für die Mobilisation des gespeicherten Eisens muss Fe 3+wieder in die zweiwertige Form gebracht werden. Basolateral erfolgt die Abgabe ans Blut durch Ferroportin. Das noch zweiwertige Eisen wird im Blut mittels Häphestin und Caeruloplasmin zu dreiwertigem Eisen o:xydiert. Schließlich können immer je zwei Fe 3+an Transferrin gebunden und damit im Blut transportiert werden. In den Körperzellen wird Eisen in Form eines Hydroxyds als Hämosiderin gespeichert. 8sen Ist zu 70%an Hämoglobin, zu 10~ an Myoglobin und zu 20% an Ferritin bzW. Hämoslderin gebunden. ln der Spe_l.; eherform Ferritin und an das Transport· proteln TranSferrio gebunden iat Eisen immer dreiwertig.

Bei Eisenmangel kommt es zu Störungen der Hämoglobinsynthese mit erniedrigtem Hämoglobingehalt der Erythrozyten. Die Folge ist eine hypochrome, mikrozytäre Anämie.

Zusammenfassun g X Nährstoffe werden bevorzugt im Dünndarm, Wasser und Elektrolyte überwiegend im Dickdarm resorbiert. X An der Resorption haben passive, sekundär aktive sowie primär aktive Transporter ihren Anteil. X Die treibende Kraft für die meisten intestinalen Transportprozesse ist die Na•-K•-ATPase. X Störungen der Resorptionsmechanismen führen zu verschiedensten Krankheitsbildern. X Gallensäuren unterliegen einem enterohepatischen Kreislauf.

Hormone - Grundlagen Das griechisc he Wort Hormon bedeutet übersetzt "antreiben" . Hormone sind Botenstoffe, die über Rezeptoren der Zielzellen spezifische Reaktionen induzieren. Die Zellkommunikation findet dabei über drei Wege statt: ~ Endokrin:

~

Hypo th alamm:

CRH, TRH, GHRH, CnRH, Dopamin, Soma tostatin

Hypophyse ------.,~::::::..."'5\,;~"';l:it--- z ; ,b el d rü se (Epiphyse) Vorderlappen:

ACTH, LH, FSH, Pro lakt in, G H, TSH Hinterlappen: O xytocin, ADH

Abgabe des Hormons an das Blut

Parakrin: Abgabe des Hormons an de n Extrazellularraum

Thyroxin, Kalzitonin

und damit Wirkung auf nahe gelegene Zielzellen ~ Autokrin: Abgabe des Hormons an den Extrazellularraum mit Wirkung auf die Ursprungszelle selbst.

Nebenschil ddrüse n

ßeim Erwac hsenen

o hne Bedeutung

Glandotrope Hormone wirken dabei auf eine Hormondrüse, nicht-glandotrope Hormone auf Rezeptoren von nicht-end okrinen Zellen (I Abb. 1). Hormone Jassen sich nach ihrer chemischen Struktur unterteilen (I Tab. 1): ~ Peptidhormone: Sie sind gut wasserlöslich und benötigen keine Transportproteine im Blut mit Ausnahme des IGF-1 (insulin growth fac tor) und des Wachstumshormons (GH). ~ Glykoproteine: entstehen du rch Anlage rung von Zuckergruppen an die Aminosäuren. ~ Amine: sind von den Aminosäuren Tyrosin (Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin) bzw. Tryptophan (Serotonin ) abgeleitet. ~ Steroidhormone: Aus dem Grundbaustein Cholesterin entsteht Pregnenolon, die Ausgangssubstanz für die Steroidhormone. Diese sind lipophil und können damit über Zellmembranen diffundieren. Die Ausscheidung erfolgt nach Biotransformation in der Leber (Konjugation) über den Harn oder die Galle. ~ Eicosanoide: Sie sind Abkömmlinge der ungesättigten Fettsäuren. Die membranständ ige Phospholipase A2 spaltet Arachidonsäure aus Membranphospholipiden ab, aus der die sog. Gewebshormone entstehen. Prostaglandine und Thromboxan werd en durch die Cyclooxygenase, Leukotriene mit Hilfe der Lipoxygenase gebildet.

Hormongruppe

Vertreter

Peptidhormone

ACTH , GH ~ Somatotropin, Prolaktin, ADH , Oxytozin, Kalzitenin, PTH , Insulin , Glukagon, Somatostatin, PP, CCK, Angiotensin,

Glykopro teine

Gonadotropine (FSH, LH , HCG), TSH

PTH

Thym us - - --1-- - - - - - - 1 ' - -

Langerh a n Inseln im Pankr sN ebenniere n ------f.~--"'

lnsulin, Gl ukag':,~

Ri nde:

Kortisol, Aldosteron, A•• d• ogene Ma rk : Adrenalin, NoradrcnJiin

I

Abb . 1: Endok rin e Orga ne un d ihre Hormo ne. (nach (35])

Hormonrezeptoren

Hormonrezeptoren sind Proteine, die Hormone nich t-kovalent (reversibel) binden und dadurch di e Hormonwirkung vermitteln. Lipophile Hormone (Steroidhormone, Thyroxin) durchdringen die Zellmem bran und wirken an intrazellulären Rezeptoren (I Abb . 2). Dieser Zytoplasmatische Rezeptor erfährt durch Hormonbindun g eine Konformationsänd erung und bind et an die DNA. Als Folge wird die Transkription spezifischer DNA-Sequenzen induziert. Hydrophil Hormone (Katecholamine, Peptidhormone) binden hingege e an extrazelluläre Rezeptoren, die membranständ ig sind. En s gibt drei Untergru ppen:

IGF- 1, Erythropoetin

I

Amine

T3, T4, Noradrenalin, Adrenalin, Dopam in, Serotonin

Stereidhormone

Östrogene, Gestagene, Androgene, Glukokorti koide, Mineralokortikoide (Aldosteron), Vitamin D

Eicosanoide

Prostagla ndine, Thromboxan. Leukotriene

Tab. 1: Einteilung der Horm on e n ach ihrer c hem isc hen St ruk t ur.

I

Abb. 2: Wirk mec hanismus in t ra ze llulärer Reze pto ren. (nac h

18])

Hormonale Regu lat ion

t G-Protein-gekoppelter Rezeptor:

Er besitzt sieben Transmembrandomänen und bewirkt nach Aktivieru ng die Bildung der Second messenger cAMP oder IP3 (s. S. 8). t lonotroper Rezeptor: Liganden· gesteuerte Ionenkanäle werden durch Effektorbindung entweder geöffnet oder geschlossen. Sie stellen die schnellste Zellreaktion auf Hormone dar. Rezep· torendieses Typs bestehen aus fünf Untereinheiten (2a, 1ß, I y, 18). t Tyrosinkinase-Rezeptor: Die Bin· dungdes Liganden führt zu einer Dimerisierung von zwei Rezeptormolekülen, was eine Aktivierung von rezeptoreigenen Tyrosinkinasen (Insulin, lGF-1, EGF =epidermal growth factor) bewirkt. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass der Rezeptor selbst keine Tyrosinkinase-Aktivität besitzt, die Tyrosink.inase (JAK= Janusk.inase) nach der Dimerisierung jedoch binden kann. Die Folge ist jeweils die Expression von bestimmten Genen . Hormonelle Regelkreise

Hypothalamisch-hypophysäre Achse

Der hypothalamisch-hypophysäre Regelkreis besteht aus drei Komponenten: t Hypothalamus t Hypophyse t Zielhormondrüse.

Tritt innerhalb der Achse eine Oberfunktion eines der Organe auf, so sind ab dem betroffenen Organ alle nachfolgenden Hormone erhöht und alle vorhergehenden Hormone unterdrückt. Tritt hingegen eine Unterfunktion auf, so sind ab dem betroffenen Organ alle Hormone in ihrer Konzentration erniedrigt und alle vorhergehenden Hormone erhöht.

Der Hypothalamus schüttet Releasingund lnhibiting-Hormone aus, welche die Hypophyse über das sog. Pfortadersystem humoral beeinflussen. Die von der Hypophyse ausgeschütteten Hormone stimulieren anschließend die peripheren Drüsen. Das Endhormon führt

ZNS ZNS-Struktur en und Hypothalamus Neuropeptide

"-f.... .....

Neurotrans mitter

'-

Releasin g·Hormone

'-

'-

(CRH, GHRH, GnRH, TRH) lnhibi ting-Hormone

(SIH, Dopam in)

-;..

''\ '-

Adenohypophyse ( HVL) nichtglandotrope Hormone (GH, PRL)

I

-

I

(ACTH, TSH, LH, FSH)

"/

\

'\

',

/

\ \

\

\I \\

\1

~

'-

' I

\1 cJ=>----

---- S<(, periphere Drüsen (Schilddrüse, NNR und Gonaden) periphere Hormo ne - - - - ,\ (T4 , T3 und Steroide)

Einfacher Regelkreis

Bei einem direkten Feedback-Mechanismus wird die Hormonausschüttung direkt durch den zu regelnden Stoffwechselparameter beeinflusst. Beispiel ist die Konstanthaltung der Blutglukosekonzentration, die direkten Einfluss auf die Ausschüttung von Insulin hat: Steigt der Blutzucker an, so wird Insulin vermehrt, im gegenteiligen Fall vermindert ausgeschüttet. Die Regulation der ADHAusschüttung, die von der Plasmaosmolarität abhängt, oder die Gastrinausschüttung bei Nahrungsaufnahme sind weitere Beispiele.

I 73

zu einer negativen Rückkopplung (negatives Feedback), damit die weitere Hormonausschüttung aus Hypothalamus und Hypophyse gehemmt wird. Ausnahme: die positive Rückkopplung des Östradiols in der Mitte des Zyklus (s. S. 76) .

g landotrope Hormone - - - - - - .

Für die exakte Ausschüttung von Hormonen ist die Rückkopplung durch Regelkreise sehr wichtig.

72

~ .,ku rzes"

J

Feedback

//

~

.",.. > "(

----

--/

I

I

' - - - - - - - 1 - -I

Zie lgewebe

langer FeedbackMechanismus

-

Hormone

1 _,.:.- - - - Stoffwechsel-

produkte

I

Abb. 3: Hypotha lamisch-hypophysäre Achse . (nach [ 10))

Zusammenfassung X Hormone lassen sich nach ihrem Bildungsort, ihrem Wirkort, ihrer Funktion sowie nach ihrer chemischen Struktur unterteilen. X Durch Transportproteine wird die Löslichkeit von lipophilen Hormonen im Blut erhöht. X Steroid- und Schilddrüsenhormone wirken über intrazelluläre Rezeptoren und beeinflussen damit die Proteinbiosynthese. X Peptidhormone binden an membranständige, extrazelluläre Rezeptoren und induzieren Enzymkaskaden. X Über Regelkreise werden die Hormonkonzentrationen im Körper reguliert. X Die hypothalamisch-hypophysäre Achse umfasst ein Zusammenspiel aus Hypothalamus, Hypophyse und Zielorgan.

Hormonwirkungen Hypothalamus und Hypophyse

Der Hypothalamus ist die wichtigste Instanz bei der Vermittlung zwischen Nerven- un d Hormonsystem. Er enthält zwei Kerngebiete: t Parvizelluläres Kerngebiet: Die

Neurone prod uzieren und sezernieren Liberine (aktivierende Hormone) oder Statine (inhibierende Hormone) . Diese werden in das kapilläre Pfortadersystem sezerniert und gelangen so direkt zum Hypophysenvorderlappen, den sie regulieren (I Tab. I). t Magnozelluläres Kergebiet (Ne!. supraopticus, Ne!. paraventricularis): Bildungsort von ADH und Oxytocin. Beide gelangen über den Hypophysenstiel (Infundibulum) in den Hypophysenhinterlappen, wo sie gespeichert und ausgeschüttet werd en . Die Hypophyse wird in drei Bereiche unterteilt: t Hypophysenvorderlappen (Adeno-

hypophyse): Bildungsort der Hormone ACTH (adrenokortikotropes Hormon ), TSH (Thyreoidea-stimulierendes Hormon), LH (luteinisierendes Hormon), FSH (folli kelstimulierendes Hormon), STH (Somatotropin) und Prolaktin (I Tab. 2). t Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) : Speicherort für zwei im Hypothalam us gebildete Hormone (Oxytocin und ADH). t Hypophysenmittellappen: Bildungsort von MSH (melanozytenstimulierendes Hormon). Schilddrüse

Die Schildd rüse bildet unter ständiger Kontrolle durch Hypothalamus und Hypophyse die Hormone Thyroxin (TJ)

I

und Triiodthyronin (T4) und speichert sie. Jod ist der wesentl iche Bestand teil von T3 und T4 und wird primär aktiv über einen Na+-lodid-Symporter in die Schilddrüse aufgenommen (lodin ation). Jodid wird durch die thyreoidale Peroxidase zu Iod oxidiert und anschließend in die Tyrosinreste des Thyreoglobins eingebaut (lodisation). Durch weitere Sch ritte entstehen T3 und T4, die zunächst an Thyreoglobulin gebunden bleiben und als Kolloid gespeic hert werden. Stimuliert TSH (aus der Hypophyse) di e Schilddrüse, so wird Thyreoglobulin samt Schilddrüsenhorm onen aus dem Kolloid in die Zellen aufgenommen und dort durch Proteasen hydrolysiert. T3 und T4 können nun ausgeschüttet werd en. T4 hat eine Halbwerts· zeit von etwa 7- 10 Tagen und wird in den Zielzellen durch das Enzym Thyroxin-Deiodase in das zehn fac h potentere T3 umgewand elt (Halbwertszeit nur 24 Stunden). Im Blut befindet sich zu 90% T4 und zu 10% T3. Die wirksamere Form ist T3. Fast 100% der Schilddrüsenhormone sind an Transportproteine wie Albumin oder Thyroxin-bindendes Globulin gebunden, aber nur freies Hormon kann biologisch aktiv sein.

T3 aktiviert über intrazelluläre Rezeptoren die Transkription und Proteinbiosynthese u. a. von mitochondrialen Enzymen, Nai·K '-ATPase und ß-Rezeptoren. T3 beeinflusst dadu rch folge nd e Prozesse:

Wirkung

ACTH

., Stimu lation der Nebennieren ri nde

(Korti sol > Sexu alhormone > Aldoste r o n)

t Lipolyse i t Insul ina usschüttung I t Lymphozytenfu nktion TSH

-1-

t T3 i ,T4 i

t Iodaufnahme (lod ination) t

t Schilddrüsenwachstum I FSH

t Frau: Follikelreifung, Ös trogen

t

Man n: Spermi ogenese in Sertoli-Ze ll e n LH

t

Frau: Ovu lation, Progesteron

t

t

t Mann: Wirkung auf Leydig-Zellen, Testosteron i Prolaktin

t

Wachstum der Brustdrüse

t Hemmung der GoRH-Aussc hüttung (relative Kontra zeption)

t Milchbi ldung (ke ine Milchabgabe') STH =

t Stimulation des Körperwac hstums- -

GH

t Glykolyse -1-

t Blutzucker i t Glukoneogenese t Lipolyse t

t MS H

I

!

IGF- 1 i

St imu lation der Melanozyten (Pigmentbildung)

Tab. 2: Gl an dotrope Horm one de r Hy poph yse.

t Grundumsatz: Gewichtsverlust unct Hyperthermie. Zusätzlich wird in den C-Zellen der Schilddrüse das sog. Kalzitonin gebildet, das an der Regulation des Kalzium. haushalts beteiligt ist (s. unten). Kalziumhaushalt

Etwa 99 % des Körper-Ca2+sind im Knot Stoffwechsel: Stimulation der Frachen gebunden. Der Einbau von Ca2+ in teinbiosynthese von Glykolyse, Glykoge- den Knochen wird von den Osteoblasnolyse und Lipolyse. Blutzucker steigt. ten übernom men, welche die alkalische t Kreislauf: Sympathikuswirkung und Phosphatase und dami t di e MineralisaHerzzeitvolumen, renaler Plasmaflu ss tion des Knochens förd ern. Ostecklasund GFR steigen, kardi ale ß-Rezeptoren ten hin gegen sezernieren Sä ure und werd en vermehrt exprimiert. Proteasen, die den Knoc hen auflöse n.

Hormon

Aufgabe

TRH (thyreotropin re leasing hormone)

Sti muliert TSH und Prolaktin

CRH (cort icotropin re leasing hormone)

Stim ul iert AC TH -Freise tzung aus der Vorstufe PO MC

GnR H (gonadot ropin re leasing hormone)

Stimuli ert LH und FSH

GHR H (grow th hormone releasing hormone)

Stim uliert Soma totropi n (STH)

Tab. 1: Re leas ing-Hormone des Hypo th ala mu s.

Hormon

Hormonale Regulation

Sie entstehen aus Makrophagen und si nd mehrkernig. Damit unterliegt der Knochen einem ständigen Umbau (Bone remodeling). Der Knochenaufbau wird durch einen mechanischen Reiz bei körperlicher Aktivität stimuliert und über das RANK-System (receptor activator of nuclear factor KB) vermittelt. Dabei schütten Osteoblasten Liganden (RANKL) aus, die an Rezeptoren (RANK) der Ostecklasten andocken und damit deren Differenzierung stimulieren. Das sog. Osteoprotegerin hemmt die Osteoklastenaktivität indi rekt über eine Blockade des RANKL. Für den Kalziumhaushalt sind die drei Hormone Parathormon, Kalzitonin und Kalzitrial wichtig (s. S. 59) _ Nebennierenrinde

Histologisch lassen sich von kortikal nach innen drei Schichten der Nebennierenrinde (NNR) unterscheiden:

• Zona glomerulosa: Bildungsort der Mineralokortikoide (Aldosteron, Kortikosteron) • Zona fasciculata: Bildungsort der Glukokortikoide (Kortison, Kortisol) • Zona reticularis: Bildungsort der Androgene (männliche Geschlechtshormone) . Die Synthese der Hormone wird durch ACTH stimuliert, wobei die Wirkung auf die Mineralokortikoide relativ schwach ist. Die Aldosteronsekretion wird daher vorwiegend über Angiotensin II gesteigert (s. S. 37)_ACTH stammt aus den POMC-Zellen (Proopiomelanocortin) der Adenohypophyse und wird selbst durch CRH (corticotropin-releasing hormone) reguliert. Ausgangssubstanz für alle Kortikoide ist das CholesteroL Glukokortikoide sind lipophil und wirken daher an intrazellulären Rezeptoren. Die Wirkungen sind sehr vielfältig:

• Stimulation der Glukoneogenese und Anstieg des Blutzuckerspiegels • Steigerung der Lipolyse • Katabole Wirkung • Unterdrückung des Immunsystems durch Hemmung der Phospholipase A2 und darauf folgende Hemmung der Prostaglandin- und Leukotriensynthese, außerdem Verminderung der Lymphozyten- und Granulozytenzahl • Hemmung der Osteoidsynthese (Knochenabbau). (Zu Mineralokortikoiden s. S. 37, zu Androgenen s. S. 76.)

74175

Endokrines Pankreas

Der endokrine Anteil des Pankreas (Langerhans-Inseln) besteht aus vier verschiedenen Zell typen:

t B-Zellen sezernieren Insulin. Die Insulinausschüttung wird durch Hyperglykämie gesteigert, da Zucker über GLUT 2 (Glukosetransport) in die Pankreaszelle aufgenommen wird und durch Steigerung der ATP-Synthese zur Schließung von ATP-hemmbaren K+-Kanälen führt. Es kommt zur Depolarisation und Insulinsekretion_ Muskel und Fettgewebe bauen nach Stimulation des Tyrosinkinaserezeptors durch Insulin GLUT 4 in ihre Membranen ein, um Zucker aus dem Blut aufnehmen zu können. t A-Zellen produzieren den Gegenspieler des Insulins, Glukagon. Durch katabole Wirkung erhöht es den Blutzuckerspiegel, wobei die Wirkung selektiv auf die Leber erfolgt. Außerdem wird die Lipolyse gesteigert. t O-Zellen schütten Somatostatin aus, das auf A- und B-Zellen hemmend wirkt (parakrine Wirkung). t PP-Zellen bilden das pankreatische Polypeptid. t Insulin: Glykolyse t, Pentosephosphatweg t, Glykogensynthese t,

+

Glukoneogenese • Glukagon: Glykolyse.{., Glykogenabbau 1', Glukoneogenese 1'.

Zusammenfassung X Die .Hormone des Hypophysenvorderlappens sind ACTH, TSH, FSH, LH, STH und Prolaktin. Der Mittellappen produziert MSH, der Hinterlappen ADH und Oxytocin. X Der Hypophysenvorderlappen wird über Releasingund lnhibiting-Hormone reguliert, die über das Pfortadersystem aus dem Hypothalamus zur Hypophyse gelangen. • Die Schilddrüsenhormone Triiodthyronin (T3) und Thyroxin (T4) wirken auf den Stoffwechsel, auf das Herz-Kreislauf-System sowie auf das Nervensystem und beeinflussen die Entwicklung. • In der Nebennierenrinde entstehen Glukokortikoide, Mineralokortikoide sowie Androgene_ X Insulin wird in den pankreatischen B-Zellen synthetisiert. Seine Antagonisten sind Glukagon, Katecholamine, Kortisol, Wachstums- und Schilddrüsenhormone.

Sexualentwicklung, Reproduktion und Altern Hodens gebildet. 98% der Östrogene werden im Blut durch das sexualhormonbindende Globulin (SHBG) Unser genotypisches Geschlecht transportiert, nur 2 % kommen ungeGeschlechtschromosodie wird durch vor und sind damit biologisch bunden men Xund Yfestgelegt. Liegt ein V-Chromosom vor, so werden Hoden ausgebil- aktiv. Zu ihren Aufgaben gehören: det, ansonsten werden die weiblichen ~ Ausb ildu ng von primären und sekunGonaden angelegt. Für das phänotypidären Geschlechtsmerkmalen sche Geschlecht sind die Sexualhor~ Steuerung des Menstruationszyklus mone verantwortlich. Alle Sexualhort Dosisabhängige Regulation der Gonamone leiten sich vom Cholesterin ab dotropinfreisetzung und gehören somit zu den Steroidt Verschluss der Epiphysenfugen und hormonen. Sowohl Männer als auch Frauen bilden männliche und weibliche damit Bremsen des Längenwachstums ~ Schutz vor Arteriosklerose Geschlechtshormone, nur in un terSteigerung des Thromboserisikos. t schiedlichen Konzentrationen. Sexualentwicklung

Weibliche Sexualhormone

In den Ovarien werden von den Thekazellen Progesteron und Androgene, von den Granulosazellen Progesteron, Östrogene, Inhibin und Activin gebildet Inhibin und Activin dienen als Feedback-Hormone der Hypophyse. Durch Inhibin werden die LH- und FSH-Produktion in der Hypophyse gehemmt, durch Activin gefördert. Zusätzlich wirkt LH förd ernd auf die Thekazellen und FSH fördernd auf die Granulosazellen (I Abb. 1). Östrogene

Östrogene werden hauptsächlich im Ovar und außerdem in der Plazenta, im Fettgewebe, in der Nebennierenrinde und den Leydig-Zwischenzellen des

t Niedrige Östrogenkonzentration --+ negatives Feedback auf Gonadotropin. t Hohe Östrogenkonzentration --+ positives Feedback auf Gonadotropin.

Lutealphase

Nach dem Eisprung entsteht aus dem Folli kel der sog. Gelbkörper (Corpus luteum). Hier wird unter dem Einfluss von LH Progesteron gebildet, das den Körper auf die Implantation derbefruc hteten Eizelle vorbereitet. Bei einer Schwangerschaft bleibt der Gelbkörper durch das vom Trophoblasten gebildete HCG (humanes Choriongonadotropin) weiter bestehen. Menstruation

Neben Progesteron wird vom Gelbkörper auch Östradiol gebildet. Beide üben ein negatives Feedback auf LH und FSH aus. Der Gelbkörper geht zugrunde, und somit sinkt auch die Progesteronproduktion ab. Die Menstruationsblutung wird aufgrund des Abfalls der Hormonkonzentration auch als "Entzugsblutung" bezeichnet.

Gestagene

In der Gruppe der Gestagene ist Progesteron das wichtigste Hormon. Es schafft alle Voraussetzungen für eine Schwangerschaft und hält sie aufrecht. Dafür wird der Zervixschleim hoch aufgebaut, Uteruskontraktionen werden vermindert und Uterus sowie Mamma zum Wachstum angeregt. Progesteron hemmt zusätzlich durch negatives Feedback die Gonadotropinfreisetzung.

Daten zur Menstruation:

J Dauer: 3- 7 Tage

t Blutverlust: 60 - 120 ml t Frequenz: 28 ± 3 Tage

Der Menstruationszyklus

Durchschnittlich dauert ein Zyklus 28 ± 3 Tage. Dabei beginnt man mit dem ersten Tag der Menstruation zu zählen (I Abb. 2).

Thekazellen

Makrophagen

Mastzellen LymphOzyten Endothel-

~

dritte"

" zellen

Follikelphase

Östrogene führen im Ovar zur Reifung einer Follikelkohorte, wobei sich verschiedene Stadien der Follikel unterscheiden lassen (Primordial-, Primär-, Sekundärund Tertiärfollikel). Der größte Tertiärfollikelreift zum Graaf-Follikel, die anderen Follikel gehen zugrunde.

ovarium

Endo· Gr•nulo5a-

zellcn

I Abb. 1: Dreize lltheorie der Horm onproduktion im Ovar. [2 11

Ovulation

Die zunehmende Östrogenproduktion bewirkt eine plötzlich ansteigend e Produktion des luteinisierenden Hormons (LH-Peak), was den Eisprung (Ovu lation) auslöst.

rne l rlurn

I Abb. 2: Der Menstruationszyk lus. Verlauf der Hormonkonzentrationen, Fo ll ikelreifung und End ometriumveränderungen. (nach 1221)

Sexualentwicklung, Reproduktion, Altern

Endometrialer Zyklus

76

I 77

tion. Die Erektion der Frau besteht aus einem Anschwellen der Klitoris sowie einer Drüsenaktivierung mit seröser Transsudation.

Jen hängt von der Länge der Telomere ab. Telomere sind stabilisierende DNASequenzen an den Enden der Chromosomen. Bei jeder Zellteilung wird ein Teil des Telomers abgebaut, bis die Zelle t Proliferationsphase: Die Schleimhaut- Ejakulation bei einer bestimmten Telomerlänge dicke nimmt unter Östrogeneinfl uss zu. "altert" und schließlich untergeht. t Sekretionsphase: Die in der Schleim- Rhythmische Kontraktionen des M. bul- Tumorzellen besitzen das Enzym Telohaut vorhandenen Drüsen vergrößern bocavernosus führen beim Mann zum merase, das die grenzenlose Teilbarkeit sich, bleiben jedoch in gestreckter Form. Auswurf des Spermas. Bei der Frau sind von Tumorzellen begründet. t Desquamationsphase: Die Schleim· ein Öffnen des Muttermundes, UterusTheorie der freien Radikale: Freie haut lockert sich auf und wird stärker kontraktionen sowie eine OxytocinausRadikale (0 2- und H20 2 ) führen zur Zerdurchblutet. Die Drüsen nehmen Korschüttung zu beobachten, die sogar störung von Lipidmembranen, Enzymen kenzieherform an. Der Abfall von Proeinen frühzeitigen Eisprung auslösen und DNA. Durch die Enzyme Supergesteron leitet die Menstruation ein. können. oxid-Dismutase, Katalase und Glutathion-Peroxidase können die Radikale zu H20 und 0 2 neutralisiert werden und Männliche Sexualhormone t Erektion -+ parasympathisch ausgelöst auch Vitamin C und E können als (Androgene) (Sakralmark) Schutz wirken. Allerdings ist die mitot Ejakulation -+ sympathisch ausgelöst Die wichtigsten Androgene sind das chondriale DNA für diese Reparations(Lumbalmark) Testosteron und sein Metabolit Sa-Dimechanismen nicht zugänglich, aufhydrotestosteron, die in Hoden, Ovar getretene Fehler können nachträglich und Nebennierenrinde gebildet werden. Der unter dem Namen "Viagra" bekann- nicht behoben werden. Zu den Aufgaben der Androgene gete Wirkstoff Sildenafil ist ein MedikaIm Alter kommt es unter anderem zu hören: ment, welches das Enzym PhosphodiKnochenabbau, Abbau von Muskelesterase 5 (PDE 5) hemmt. Dabei wird masse, Verlust der Melanozyten (graue t Ausbildung primärer und sekundärer der Abbau von cGMP gehemmt und Haare), Senkung der Herzfrequenz männlicher Geschlechtsmerkmale somit die Wirkung von NO gesteigert. (Abnahme der ß-adrenergen Erregt Förderung des Längenwachstums NO ist ein starker Vasodilatator, der barkeit), Verminderung der Vitalkapazit Anabole Wirkung (Zunahme von Mus- durch die gesteigerte Durchblutung zu tät der Lunge, Steigerung der funktiokelmasse und Knochendichtel einer verbesserten Erektion führt. nellen Residualkapazität der Lunge, t Spermatogenese (gemeinsam mit FSH) Abnahme von Leber- und Nierenfunkt Stimulation der Erythropoese tion (Vorsicht bei Gabe von MedikamenDas Altern t Libido- und Potenzsteigerung. ten!!) sowie Abbau von Nervenzellen Zwei Theorien zum Alterungsprozess im ZNS. Zusätzlich führen hormonelle Das im Hypothalamus gebildete GnRH wurden in den vergangeneo Jahren wis- Umstellungen zu Menopause und (gonadotropin-releasing hormone) senschaftlich untersucht: Klimakterium der Frau (Östrogen .J,) fördert in der Hypophyse die AusschütGenregulationstheorie: Die Zahl der sowie zum Libidoverlust beim Mann tung von LH und FSH. Über LH wird im maximal möglichen Teilungen von Zel(Testosteron .J, ). Hoden die Testosteronfreisetzung gesteigert. Testosteron selbst übt ein negatives Feedback auf Hypothalamus und HypoZusammenfassung physe aus. Man unterteilt die zyklischen Veränderungen der Gebärmutterschleimhaut in 3 Phasen:

X Der erste Tag der Menstruation ist der erste Tag des Zyklus. Er dauert

t LH wirkt auf Leydig-Zwischenzellen -+ Testosteron

t FSH wirtet auf die Sertoli-Zellen -+ Spermatogenese

normalerweise 28 ± 3 Tage. X Die Follikelphase steht unter Östrogeneinfluss, die Lutealphase unter Gestageneinfluss. X Der endometriale Zyklus wird in Proliferations-, Sekretions-und Desquama-

Kohabitation und Befruchtung

tionsphase eingeteilt. Die Menstruation ist eine Progesteron-Entzugsblutung.

Erektion

X Das wichtigste Androgen ist Testosteron.

Beim Mann führt die Vasodi latation der perikavernösen Arteriolen zur Füllung der Schwellkörper und dami t zur Erek-

X Erklärungen für das Altern werden durch die Genregulationstheorie sowie durch die Theorie der freien Radikale geliefert.

last- und Temperatursinn Grundsätzlich unterscheidet man epikritische und protopathische Sensiblität. Tast-, Bewegungs- und Stellungssinn werden zur epikritischen Sensibilität gezählt. Diese Empfindungen können recht gut lokalisiert werden und werden über den Hinterstrang fortgeleitet Unter protopathischer Sensibilität versteht man Nozizeption (Schmerzsinn) und Temperatursinn. Sie verwendet den Vorderseitenstrang zur Informationsweiterleitung.

Sensortyp

Mechanorezeptor

Lokalisation

Merkei-Zellen

Unbehaarte Haut (subepiderma l)

Merkei-Ta stscheiben

Behaarte Haut (subepiderma l)

Ruffini-Körperchen

Unbehaarte und behaarte Ha ut (Korium), Schleimhäute,

Reizantwort

~ SA-1-Rezeptoren

Messen Druckstärke und Reiz-

t PD-Sensor

dauer senkrecht zur Hautoberfläche. Ohne Reiz nicht aktiv.

t SA-11-Rezeptoren t P-Sensor

Reiz ist Hautdehn ung. Spontan ak ti v.

~

Reaktion auf bewegte mecha-

Gelenkkapseln Meißner-Körpere hen

Unbehaarte Haut

RA-Rezeptoren

t D-Sensor

nische Hautreize. Keine Antwort

auf konstanten Reiz.

Behaarte !·laut

Haarfolli kel Vater-Pacini-

Behaarte und unbehaarte Haut

~

Körperchen

(Subkutis)

t D-Sensor

gung, d. h. auf Vibration

~

60 - 600 Hz. Optimum bei

RA-Rezeptoren PC-Sensor

Reaktion nur auf Beschleuni-

250Hz.

Im Hinterseltenstrang werden epikritische Afferenzen der ipsilateralen Seite fortgeleitet (direkte Leitung ohne spinale Umschaltung, 1. Neuron im Spinalganglion).lm Vorderseitenstrang werden protopethische Reize der kontralateralen Seite fortgeleitet (spinale Umschaltung im Hinterhom).

I

Tab. 1: Mechanosensoren und ihre Funktionen.

Reizstärke

1

_r-1_ Zeit

Tastsinn

Mit unseren verschiedenen Mechanorezeptoren können wir drei Sinnesqualitäten (Druck, Berührung und Vibration) spüren. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch ihr Adaptationsverhalten (I Tab. 1). Drückt man einen Stempel auf die Haut, so messen Proportionalsensoren (P-Sensoren) die absolute Eindringtiefe. Je höher der Druck, desto mehr Aktionspotentiale werden ausgesendet. Die Differentialsensoren (D-Sensoren) registrieren nur die Änderung der Eindringgeschwindigkeit bzw. der Beschleunigung (I Abb. 1), also ob eine Berührung vorhanden ist und wie schnell sich diese wiederholt. Rezeptoren können sich an einen konstanten Reiz "gewöhnen", man nennt dies Adaptation. P-Sensoren adaptieren langsam (SA-Rezeptoren = slowly adapting), D-Sensoren dagegen schnell (RA-Rezeptoren = rapidly adapting). Bei sehr kurzer Adaptationszeit können die D-Rezeptoren auch die Beschleunigung messen und damit Vibration empfind en. Sie heißen dann PC-Sensoren (Vater-Pacini-Körperchen, I Abb. 2).

Blindenschrift wird durch die Merkei-Zel· len und Meißner-Körperehen der Finserkuppen wahrgenommen.

Die Vater-Pacini-Körperchen haben als Vibrationssensoren die niedrigste Re~­ schwelle und adaptieren sehr schnell.

Prnpo"loool·l

Detektor (P-Sensor)

DifferentialDetektor (D-Sensor)

,-----,

__)

"---

1___L,---

Prnpo"loool·l ~ DifferentialDetektor (PD-Sensor)

I

Das Auflösungsvermögen des Tastsinns ist nicht überall gleich. Zwei Nadelstiche müssen an verschiedenen Stellen der Körperoberfläche einen unterschied_ Iichen Abstand zueinander aufweisen damit wir sie als getrennt wahrnehm~n können. Bei einer niedrigen Zweipunktschwelle ist das rezeptive Feld klein und damit das Auflösungsvermögen hoch· . ' 1e größer ein rezeptives Feld, desto größer muss der Abstand sein.

Abb. 1: Antwortverhalten von P-, D- und

Hohe Zweipunktschwelle ~ niedriges A~ lösungsvermösen ~ großes rezeptives Feld.

PD-Sensoren . [ 171

- - - - , , - - - - - - unbehaart - - - -- - - ,

r

dermts

~ Haarfollikel -rezeptor

APs

11111

Tastscheibe

1111111 11111111

Körperehen

Merke!Tastzellen

PaciniKörperehen

Körperehen

11111

11111 111111111 1

111

111111111111

Meißner-

Ruffi ni -

Reiz Zelt

I

Abb. 2: M ec hanose nso ren in Haut un d Subkuti s. (n ac h (23])

Derrnis

Subkutis

Somataviszerale Sensibilität

I 79

78

Propriozeption

VVärmerezeptoren

Eine weitere Aufgabe der Mechanosensoren ist die Erfassung der Tiefensensibilität (Propriozeption). Zu den Rezeptoren gehören:

Im Korium der Haut gelegen, zeigen die Wärmerezeptoren ab etwa 30 °C Wärmeempfindung an. ihr Maximum der Impulsrate liegt bei ca. 47 oc, danach fällt sie schnell wieder ab. Ab etwa SO oc wird Schmerz empfunden. Auch für die Wärmeempfindung sind TRP-Rezeptor-Kanäle verantwortlich. Der TRP-Vl (Capsaicin-Rezeptor) öffnet sich bei Temperaturen über 30 oc sowie durch Stimulation mit Capsaicin, dem Inhaltsstoff der scharfen Paprika, und bewirkt eine Schmerz· empfindung (Schärfe), aber auch ein HitzegefühL Man bezeichnet den Capsaicin-Rezeptor daher als polymodaL

1t Muskelspindeln (s. S. 46) 1t Golgi-Sehnenorgane (s. S. 46) lt RA- und SA-Rezeptoren der Gelenkkapseln.

Da eine Gelenkbewegung die Haut über dem Gelenk dehnt, tragen auch dehnungsempfindliche Mechanosensoren der Haut zur Tiefensensibilität bei. Die Proprlozeption setzt sich aus den Modalitäten Lage-/Stellungsslnn, Bewegungssinn und Kraftsinn zusammen.

Temperaturrezeptoren sind polymodal, d. h. sie können mehrere Qualitäten (Temperatur und Schmerz) vermitteln.

Temperatursinn

Das Auflösungsvermögen für Temperaturreize ist auf der Haut nicht so gut ausgeprägt wie für die Tastpunkte, auf ca. 20 Tastpunkte kommen nur etwa drei Kälte- und zwei Wärmepunkte (I Abb. 3). Für die Empfindungen "warm" und "kalt" existieren in der Haut zwei verschiedene Rezeptortypen: Wärmeund Kälterezeptoren. Diese sind freie Nervenendigungen, die für die Warmrezeptoren über marklose C-Fasern und für die Kaltrezeptoren über AB-Fasern leiten. Temperaturrezeptoren sind Proportional-Differential-Sensoren (PD-Sensoren), d. h. sie registrieren eine Temperaturveränderung (proportional) und deren Geschwindigkeit (differential). Sie adaptieren sehr schnell. Ist uns weder kalt noch warm, so bezeichnet man dies als Indifferenztemperatur {31 - 36 oc in der Haut). Dabei sind sowohl Wärme- als auch Kälterezeptoren aktiv.

Ein Stückehen Haut von der Größe dieser Felder enthält durchschn ittlich . ..

\~~11!~~~ ....,_ .....

7

16

100

700

Warm -

Kaltpunkte

Druck-

Schm rzpunkte

punkte

punkte

I Abb. 3: Dichte von Warm-, Kalt-, Druck- und Schmerzpunkten auf der Hautoberfläche. [2]

Kälterezeptoren

Sie liegen relativ dicht unter der Epidermis und bilden Aktionspotentiale im Bereich von 15 - 35 oc aus. Eine Abkühlung innerhalb dieser Grenze führt bis ca. 20 oc zur Steigerung der Impulsrate, danach fällt die Aktionspotentialfrequenz wieder ab. Unter 5 oc setzt Schmerzempfindung ein. Bei einer Erwärmung auf etwa 45 oc werden die Kälterezeptoren nochmals aktiv, was man paradoxe Kälteempfindung nennt: Steigt man in ein heißes Bad, so bekommt man eine Gänsehaut. Die Ionenkanäle in den freien Nervenendigungen der kälteempfindlichen Sinneszellen sind bei der Thermorezeption unspezifische Kationenkanäle der TRP-Familie (transient receptor potential). Der TRP-M8-Kanal öffnet bei Abkühlung unter 35 oc sowie bei Aktivierung durch Menthol oder Eukalyptus (Kältegefühl).

Zusammenfassung X Die epikritische Leitungsbahn vermittelt Tast- und Stellungssinn, die protopathische Leitungsbahn hingegen Schmerz- und Temperaturreize. X Bei den Mechanorezeptoren unterscheidet man Proportional- und Differentialsensoren. X Merket-Zellen sind für Druckempfindung, MeißnerKörperehen für Berührungsregistrierung und VaterPaclni-Körperchen für Vibrationsempfinden zuständig. X Wärme und Kälte werden über zwei unabhängige Rezeptorsysteme vermittelt. X Bei lndifferenztemperattJr sind sowohl Warm- als auch Kaltrezeptoren aktiv.

Schmerz und sensorische Informationsverarbeitung Sch merzvera rbeitu ng

Mit Schmerzempfindung reagiert der Körper auf Reize thermischer, mechanischer oder chemischer Art Die Reaktion hat das Ziel, eine eventuelle Gewebeschädigung so klein wie möglich zu halten. Zusätzlich werden Mediatoren ausgeschüttet, die das Immunsystem aktivieren und eine Entzündung mit folgenden Eigenschaften induzieren:

Bei Gewebeschädigung werden eine Vielzahl von Entzündungsstoffen freigesetzt, welche die Synthese von Prostaglandinen und Bradykinin fördern . Diese Stoffe binden schließlich an Rezeptoren der freien Nervenendigungen und vermitteln über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren die metabotrope Aktivierung von TRP-Vl -Rezeptorkanälen (Capsaicin-Rezeptor). Dies führt durch Einstrom von Na+ und Ca 2+ zur Depolarisation des Nozizeptors (s. S. 78 ).

t Rubor (Rötung durch Vasodilatation)

t Calor (Überwärmung) t Tumor (Schwellung) t Dolor (Schmerz) t Functio laesa (Funktionsverlust des Gewebes). Schmerzrezeptoren

Schmerzrezeptoren (Nozizeptoren) sind freie Nervenendigungen, die auf verschiedene Reize reagieren können (polymodal) und in allen Geweben vertreten sind (Ausnahme: Gehirn). Schmerzfasern werden eingeteilt in : t Ao-Fasern: vermitteln einen hellen,

spitzen Schmerz mit guter Lokalisierbarkeit (s. S. 7) . t C-Fasern: vermitteln einen dumpfen, diffusen Schmerz mit schlechter Lokalisierbarkeit. t Histamin-empfindliche C-Fasern:

vermitteln den Juckreiz bei allergischen Reaktionen . t Schlafende Nozize ptoren: Sie sind im gesunden Gewebe nicht aktiv, sondern senken nur im entzündeten Gewebe die Schmerzschwelle (z. B. Sonnenbrand) . Oberflächenschmerz verläuft typischerweise in zwei Phasen, wobei zuerst die Ao-Fasern und anschließend die C-Fasern aktiv sind . Im Gegensatz dazu sind beim somatischen (Muskeln, Knochen, Gelenke] und beim viszeralen (Organe] Tiefenschmerz nur die C-Fasern aktiv.

t Lokalanästhetika (z. B. Lidocaln) blockieren die spannungsabhängigen Na•Kanäle der Nozizeptoren. t Die bei der Synthese von Prostaglandinen beteiligte Cyclooxygenase (COX) wird über die Medikamente Acetylsalicylsäure (ASS) und lbuprofen gehemmt. Da die COX-1 Prostaglandin zum Schutz des Magens vor Magensäure bildet, können als Nebenwirkungen Magengeschwüre auftreten. Zusätzlich wird auch die Thromboxansynthese und damit die Thrombozytenaggregation gehemmt, was die Blutungszeit verlängert.

Die stimulierten Nozizeptoren schütten Substanz P aus, die eine neurogene Entzündung des umliegenden Gewebes induziert. Spinale Übertragung der Nozizeption

Die peripheren Schmerzafferenzen schütten im Rückenmark den Transmit-

ter Glutamat aus. Zusätzlich tragen Neuropeptide (CGRP = calcitonin gene related peptide und Substanz P) als Ko~ransmitter wesentlich zur synaptischen Ubertragung bei. Glutamat bindet postsynaptisch an AMPA- und NMDARezeptoren und überträgt damit das Signal auf das zweite Neuron. Inhibitorische Transmitter sind GABA, Glycin und Opioidpeptide. Die Glutamat-Rezeptoren heißen AMPAund NMDA-Rezeptoren, da die belden Substanzen a-Amino-3-Hydroxy-5-Methyl-lsoxazoi-Proplonsiiure sowie N-Me;.. thyi-0-Aspartat Agonisten an den jewe~ Iigen Glutamat-Rezeptoren sind.

Projizierter Schmerz

Schlägt man sich den Ellenbogen an einer Kante an und trifft dabei den Sulcus ulnaris, so wird der Schmerz bis in den kleinen Finger fortge leitet Beim sog. projizierten Schmerz ist charakteristisch, dass das periphere rezeptive Feld nicht geschädigt ist, sondern. die Schmerzempfindung kortikal in dieses Feld projiziert wird. Übertragener Schmerz

Wird ein organischer Schmerz auf die Hautoberfläche übertragen, so bezeichnet man dies als übertragenen Schmerz Das betreffende Dermatom wird über · das gleiche Rückenmarksegment ver-

korrespondierendes

Organ: Zwerchfell

··,"7;.--,/

' - ' - - - - Magen

~·ii'ii'-l
Dickd arm

·:rY

Sei überachwelllgen, aber nicht schädigenden Reizen adaptieren Schmerzfasern langsam. Bei schädigender Reizung adaptieren sie nie.

"i!~':_ .....~

Niere und Hoden

- - - - Harn blase

I Abb. I : Hea d-Zonen könn en Rü cksc hlüsse auf Orga nerkrankungen ge ben. 151

Somataviszerale Sensibilität

schaltet, das auch für das schmerzende Organ zuständig ist. Anhand der sog. Head-Zonen lassen sich Rückschlüsse auf die ursächlichen Krankheiten ziehen (I Abb.l) . Endogene Schmerzhemmung

Die Rückenmarksneurone der Nozizeption werden durch deszendierende (absteigende) Bahnen aus dem ZNS moduliert. Das deszendierende System nimmt seinen Ursprung vor allem im zentralen Höhlengrau rund um das Aquädukt im Mittelhirn sowie in den Raphekernen der Medulla oblongata. Im ZNS werden Peptide sezerniert (Endorphine, Enkephaline ), die Opiatrezeptoren aktivieren. Diese Transmitter inhibieren die Umschaltung der Schmerzbahn auf das zweite Neuron und hyperpolarisieren die postsynaptischen Membranen, wodurch die Schmerzschwelle angehoben wird. Man nennt diesen Mechanismus auch Gate-Control-Theorie, da die ankommenden Signale bereits beim Eintritt ins ZNS moduliert werden. Zentral wirksame Analgetika wie Opiate wirken als Agonisten an den Enkephalin-Rezeptoren im Hinterhorn des Rückenmarks und im zentralen Höhlengrau. .Die 4eszendlerende Schmerzhemmung

verläuft ipsllateral.

80

I 81

Sensible Bahnen im ZNS

Brown-Sequard-Syndrom

Hinterseitenstrang

Bei einer halbseitigen Rückenmarkläsion (z. B. durch Trauma, Tumor, Blu-

Hoch auflösende Berührungen (epikritische Sensibilität) sowie die Tiefensensibilität werden über den Funiculus posterior (Hinterseitenstrang) an den Ncl. gracilis für die untere Körperhälfte sowie an den Ncl. cuneatus für die obere Körperhälfte geleitet. Von dort aus zieht der Lemniscus medialis zur Gegenseite und erreicht die venteroposterioren Kerne des Thalamus. Der Thalamus vermittelt die Empfindung über den Tractus thalamocorticalis an den Gyrus postcentraUs (I Abb. 2).

tung), dem sog. Brown-Sequard-Syndrom [I Abb. 3), kommt es zu einer dissoziierten Empfindungsstörung: Unterhalb der Läsion bestehen ipsilateral eine motorische Lähmung sowie ein Defekt der epikritischen Sensibilität (Druck, Berührung, Vibration, Tiefenwahrnehmung). Kontralateral hingegen sind Temperatur- und Schmerzempfindung aufgehoben. Dies lässt sich daraus erklären, dass die Fasern der protopathischen Sensibilität (Schmerz, Temperatur) bereits auf Segmentebene kreuzen, während die Fasern der epikritischen Sensibilität (Druck, Berührung, Vibration) zunächst ungekreuzt verlaufen.

Vorderseitenstrang

Grobe Berührungen (protopathische Sensibilität), Thermo- und Nozizeption werden über den Vorderseitenstrang vermittelt. Die Afferenzen ziehen im Rückenmark in die graue Substanz und werden im Hinterhorn des Rückenmarks auf das zweite Neuron umgeschaltet. Auf Segmentebene kreuzen sie zum Teil auf die Gegenseite und ziehen im Tractus spinothalamicus anterior zum Thalamus, wo sie im Ne!. ventralis enden. Im Anschluss erreichen die Fasern aus dem posterioren Thalamuskern praktisch alle Bereiche der Großhirnrinde sowie das limbisehe System. Die Fasern des venterobasalen Thalamuskomplexes werden auf das 3. Neuron umgeschaltet und ziehen zum Gyrus postcentralis, wodurch die bewusste Schmerzempfindung stattfindet.

halbseitige Rücken marksläsion

• fehlende Schmerz- und Temperaturwahrnehmung

I

• fehlende Berührungssensibilität • Lähmung der Willkürmotorik

Abb . 3: Brown-Sequard-Syndrom. [2]

spezifische sensorische Relaiskerne des Thalamus

Zusammenfassung Nuclei gracilis und cu neatus ---------Leitung von taktilen Berührung sreizen und der Tiefen-

X Zu den Schmerzfasern zählen Aö-Fasern, C-Fasern, Histamin-empfindliche Fasern sowie schlafende Nozizeptoren. X Nozizeptoren werden entweder metabotrop über Prostagland in- und Bradykinin-Rezeptoren oder ionotrop über Capsaicin-Rezeptoren erregt. X Im Rückenmark erfolgt die I:Jmschaltung sowohl auf den Vorderseiten-

Spinalganglion , hintere ' Wu rzel

I Abb . 2: Sen sible Leitungsbahn en: Hinterse itenstrang und Vorderseitenstrang. [241

strang als auch auf den Hinterseitenstrang über den Transmitter Glutamat. X Endogene Opioide mindern durch deszendierende Hemmung die Schmerzempfindung.

Chemische Sinne - Geschmack und Geruch Geschmack und Geruch werden zu den spezifischen chemischen Sinnen gezählt, man kann sie über verschiedene Reizstoffe spezifisch testen. Der unspezifische chemische Sinn wird hingegen über Reize angesprochen, die die Nozizeptoren der Schleimhäute ansprechen. Über eine Reizung des N. trigeminus werden dann Sensationen wie Brennen, Schmerzen oder Schärfe gefühlt. Prinzipiell wird die Wahrnehmungsschwelle von der Erkennungsschwelle unterschieden, wobei die Erkennungsschwelle sehr viel höher liegt. a

Geschmack

Man unterscheidet fünf Geschmacksrichtungen: sauer, süß, bitter, salzig und umami. Das Wort "umami" bedeutet aus demJapanischen übersetzt "wohlschmeckend". Auf der Zunge sitzen etwa 8000 Geschmacksknospen, die aus jeweils ca . 50 Stütz- und Sinneszellen bestehen (I Abb. 1a). Dabei handelt es sich um sekundäre Sinneszellen, die eine Lebensdauer von etwa 10 Tagen haben. Bestimmte Regionen auf der Zunge haben eine erhöhte Empfindlichkeit für die fünf Geschmacksrichtungen, aber grundsätzlich kann man jede überall schmecken (I Abb. 1b). Für bitter und sauer liegt die Erkennungsschwelle viel niedriger als für süß oder salzig. Dies ist eine Art Schutzmechanismus, da verdorbene Nahrung eher bitter oder sauer schmeckt. Man unterscheidet zwischen sensibel und sensorisch. Sensible Innervation der Zunge (Gefühl): Vordere %der Zunge -+ N. Iinguaiis aus N. trigeminus Hinteres '/ader Zunge -+ N. glossopharyngeus Sensorische Innervation der Zunge (Geschmack): Vordere %der Zunge -+ N. facialis (Chorda tympani) Hinteres 1/ader Zunge -+ N. glossopharyngeus

Zentrale Geschmacksbahn

b

ww \U W süß

sauer

salzig

bitter

I

Abb. 1: Aufbau und Verteilung der Geschmacksknospen_ a) Aufbau e1 ner Gesc hm acksknospe. b) Die einzeln en Geschmacksqua litäten können überall auf der Zunge wahrgenommen werde n. Dennoch gibt es für die Qua litäten Süß Sauer, Bitter und Sa lzig Orte ' mit höherer Sensibi lität. [ 151

strom ein Rezeptorpotential an den Sinneszellen ausgelöst, was zur Ausschüttung des Transmitters Glutamat führt. Für die Stabilisierung des Ruhemembranpotentials besitzen Geschmackszellen basolateral viele Na+-K+-Pumpen . Sauer

Spezielle Ionenkanäle der Geschmackszellen (ASIC-Kanäle = acid soda ion channel) können über Protonen (H+-lonen) geöffnet werden; Natrium und Kalzium strömen durch diese Kanäle in die Zelle und bewirken eine Depolarisation (Rezeptorpotential) . Zusätzlich existieren Kaliumkanäle, die durch Protonen blockiert werden. Als Folge kann Kalium nicht aus den Sinneszellen ausströmen und depolarisiert die Zelle, wobei ebenfalls ein Rezeptorpotential entsteht.

Die Sinneszellen schütten nach Depolarisation den Transmitter Glutamat aus. Je nach Lokalisation werden die Hirnnervenfasern VII, IX und X erregt und somit die Geschmacksempfindung über die zentrale Geschmacksbahn ins ZNS fortBitter geleitet. Im Nucleus tractus solitarii der Medulla oblongata Bitterstoffe binden an TZ-Rezeptoren und bewirken metabowerden die Fasern auf das zweite Neuron umgeschaltet. Dieses erreicht dann über den Lemniscus medialis den Thala- trop die Aktivierung eines G-Proteins (Gustducin). Gustducin aktiviert die Phospholipase C, die über eine IP3 mus. Das dritte Neuron zieht anschließend zum insulären Kaskade intrazellulär zu einer Öffnung von Ca 2+-Kanälen Neokortex unterhalb des Gyrus postcentralis. Die gustato(TRP MS) und zur Depolarisation führt. Zusätzlich wird eine rischen Eingänge erreichen den Kortex ohne Kreuzung. Phosphodiesterase aktiviert, wodurch die Konzentration von Werden die Geschmackssensoren angesprochen, so kommt es reflektorisch zu einer gesteigerten Sekretionsrate von Speichel cAMP sinkt. und Magensaft. Süß Salzig Süß sc hmeckend e Stoffe wie z. B. Gl ukose binden an Tl-ReSalziges Essen enthält viel Kochsalz (NaCI). Durch spezifische zeptoren, wodurch metabotrop ei ne G-Protein-vermittelte Kaskade eingeleitet wird. Dabei wird über Aktivierung der epitheliale Natriumkanäle (ENaC) wird mittels Natriumein-

Chemische Sinne

Adenylatzyklase cAMP synthetisiert und daraufh in die Proteinkinase A in Gang gesetzt. Schließlich werden K+Kanäle gesc hl ossen, wodurch die Zelle depolarisiert. Umami

Der typische Fleischgeschmack von Glutamat wird ähnlich wie die Geschmacksrichtung süß über Tl -Rezeptoren vermittelt. Die Unterscheidung liegt in den Subtypen der Rezeptoren. Das Signal wird nach G-Protein-gekoppelter Aktivierung der Phospholipase C über Öffnung von Ca 2+-Kanälen (TRP MS) vermittelt.

Scharf

Capsaicin ist der Inhaltsstoff der scharfen Chilischoten, der die Empfindung "scharf" auslöst. Schärfe ist eigentlich kein Geschmack, sondern eine Schmerzempfindung, die über Freisetzung von Substanz P vermittelt wird. Der Rezeptor, an den das Vanilloid Capsaicin bindet, heißt TRP Vl (Transient receptor potential Vanilloid 1) und gehört zu den polymodalen Rezeptoren, über we lche sowohl Schmerz als auch Hitze registriert werden können (s. S. 79).

und faulig eingeteilt wurden. Die Riechschleimhaut kleidet lediglich die obere Nasenmuschel und die obere Nasensc heidewand aus. Von dort nimmt der N. olfactorius seinen Ursprung. Durch die Bindung eines Geruchsstoffs an den Sensor wird eine G-Protein-vermittelte Kaskade eingeleitet (cAMP-Kaskade, s. S. 8). Am Ende der Kaskade steht die Öffnung eines unspezifischen Kationenkanals (CNG-Kanal, durch cAMP aktiviert), wodurch eine Depolarisation der Sinneszelle erreicht wird. Dieses Rezeptorpotential wird noch in der Sinneszelle selbst in ein Aktionspotential umgewandelt. Es handelt sich daher bei den Riechzellen um primäre Sinneszellen, die selbst ein Axon in das ZNS projizieren. Die schnelle Adaptation an Duftstoffe geschieht dadurch, dass in die Sinneszellen einströmendes Ca 2+ die Kationenkanäle wieder schließt, wodurch sich die Erregung selbst limitiert.

82

I 83

Schon die Binduhg eines ei~n Moleküls an einen Sensor kartn (Jurch jntrazell ulär~ Signalveretärkun~ ein Aktionspotential in der Riechzelle und somit eine Geruchswahrnehmung auslöSen.

Riechbahn

Die marklosen Axone der Riechzellen ziehen als Fila olfactoria durch die Lamina cribrosa des Siebbeins zum Bulbus olfactorius, wo sie auf das zweite Neuron (Mitralzellen) umgeschaltet werden (I Abb. 2). Die Axone der Mitraizelien bilden den Tractus olfactorius, der zur Area praepiriformis und zum Lobus piriformis des Kortex läuft. Die Geruchsbahn hat Verbindungen zum Hypothalamus (vegetatives Nervensystem), zum Thalamus, zu Hippecampus und Amygdala (limbisches System) sowie zur Formatio reticularis. pie Riechbahn hat im Gegensatz zur Geschmacksbahn keine Endigungen Im Neokortext

Riech- - - - •

köpfchen

Stützzelle - --

Geruch

RiechSinnes- --

zelle

Der Mensch kann einige tausend Geruchsqualitäten unterscheiden, die in die Obergruppen ätherisch, blumig, moschusartig, kampferartig, stechend

Axon ---

I Abb. 2: Signa ltransduktio n des Riechens . OR ~ PDE = Phosphodiesterase. [8]

olfak tori sc h er Rezeptor, AC ~ Adenylatzyklase,

Zusammenfassung X Geschmackszellen sind sekundäre Sinneszellen. X Süß, bitter und umami werden über metabotrope, sauer und salzig über ionotrope Kaskaden vermittelt. X Süß induziert in der Sinneszelle eine cAMP-Kaskade, bitter eine IP3-Kaskade. X Geruchszellen sind primäre Sinneszellen. X Geruchsstoffe induzieren in der Sinneszelle eine cAMP-Kaskade.

Das Sehsystem

Grundlagen

Linsensysteme

Der optische Apparat

Sammellinsen si nd konvex und bün-

Das menschliche Auge kann Licht als elektromagnetische Welle wahrnehmen, wenn dieses eine Wellenlänge zwischen 400 und 750 nm aufweist. Der optische Apparat wirft dabei ein verkleinertes, umgedrehtes, reelles Bild auf die Netzhaut.

deln alle Strahlen in einem Brennpunkt. Das entstehende Bild ist reell. Eine Zerstreuungslinse ist konkav und zerstreut di e einfallend en Lichtstrahlen. Das entstehende Bild ist virtuell und liegt auf der Seite der einfallenden Strahlen. Die Brechkraft Deiner Linse errechnet sich folgendermaßen:

Die Ophthalmoskopie

Die gesunde Retina zeigt nasal den sog. I Fleck, der die Durchtri ttsstelle blinden D = f lml idpt] von Gefäßen und Fasern des N. optic us bildet (I Abb. I). Zentral liegt die Fovea Die Brennweite f gibt hierbei den Abcentralis, der Ort des schärfsten Sehens; stand des Brennpunkts vom Linsenmi two sich nur Zapfe n für das photopisehe telpunkt an. Sehen befinden. Hier sind die rezeptiven Felder am kleinsten, wodurch die Sammellinsen sind konvex - wie der Auflösun g am größten ist. Buckel von der Hex'! Bei der direkten Ophthalmoskopie Lesebrille -+ Sammellinsen -+ positive sind Patientenauge und auch das Auge Dioptriezahl Fernbrille -+ Zerstreuungslinse-+ negades Untersuchers fernakkommodiert tive Dioptriezahl Im Abstand von etwa I 0 cm zum Patienten erhält der Arzt ein aufrech tes, ca. Der Brechungsindex gibt das Verhältnis 15fach vergrößertes Bild der Retina. Nachteilig ist, dass die Randbereiche der der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im jeweiligen Retina nicht einsehbar sind. Bei der indirekten Ophthalmoskopie beträgt Medium an. Licht änd ert seine Richder Abstand zwischen Arzt und Patien t tung, je nachdem durch welches Medica. 50 cm. Unter Verwendung einer um es hindurchtritt Beim Übergang von einem weniger dichten Medium in Sammellinse (+ 15 dpt) erhält der Arzt ein umgekehrtes, ca. 4fach vergrößertes ein dichteres wird Licht zum Lot hin gebrochen (n2/n I), umgekehrt vom Lot Bild der Retina, wobei alle Bereiche der weg (nl / n2 ). So wirken die verschiede- Retina einsehbar sind. nen Medien im Auge als Sammel- oder Zerstreuungslinse (I Tab. I). Die Akkommodation Die Gesamtbrechkraft des Auges bei Ferneinstellung beträgt 59 dpt.

Der Nahpunkt ist der augennächste Punkt, der noch scharf gesehen werden kann. Als Fernpunkt wird der am

Brechungsindex n

Brechkraft 0 {dpt)

Kornea (Vorderseite)

1,37

47

Kornea (Rückseite)

1,37

-4

Kammerwasser

1,33

-3

Li nse (fernakkommodien)

1.4

19

Linse (nahakko mmodiert)

1, 4

29

Glaskörper

1,336

Medium Luft

I Tab. 1: Brec hungs in dex un d Brec hkraft der einzelnen Kom ponenten des Auges.

I Abb. 1: Der Augenhintergrund ei nes gesund e he llh äutigen Menschen. ]251

n,

weitesten entfernte Punkt, der als sch f ar empfunden wird, bezeichnet. Nahpunkt -+ 10 cm, Fernpunkt-+ un lieh Akkommodationsbereich [m) - Fern-punkt [m] - Nahpunkt (m]

Da die Linse die Fähigkeit besitzt, sich für den Nahpunkt maximal abkrümrne oder für den Fernpunkt maximal abfla- n chen zu können, ist die Brechkraft des Auges variabel. Die Akkommodationsbreite eines Erwachsenen liegt bei 10 dpt. Im nahakkommodierten Zustand hat die Linse eine Brechkraft von 29 dpt, im fernakkommodierten Zusta nd von 19 dpt. Oie Linse ist dafür über Zonulafasern am ringförmigen Ziliarkörper mit Ziliarmuskel befestigt (I Abb. 2). Kontrahiert der Muskel, verkleinert sich der Radius des Ziliarkörpers, die Zonulafasern werd en gelockert und die Linse kann sich aufgrund ihrer Eigenelastizitä t für die Nahakkommodation abkrümmen. Bei Muskeldilatation werden die Zonulafasern gespannt und di e Linse abgeflacht. Sie hat dann die geringste Brechkraft von 19 dpt und befi ndet sich im Zustand der Fernakkommodation. Die Akkommodationsbreite berech-

net sich aus der Diffe renz der Brechkräfte für den Nahpunkt un d den Fernpun kt:

Das visuelle System

Akkommodationsbreite ldptl = N h 1 k I l a pun t m

Fernpunkt lml

Liegt der Fernpunkt im Unendlichen, so kann man die Formel vereinfachen: 1 Akkommodationsbreite ldpt] = Nah k I I - 0 pun t m Das Perimeter

84 1 85

Der Augeninnendruck

Zwischen Kornea und Irisvorderfläche liegt die vordere Au· genkammer, während die hintere Augenkammer zwischen Irisrückseite und der vorderen Grenzschicht des Glaskörpers lokalisiert ist (I Abb. 2). Das Kammerwasser wird vom Oberflächenepithel des Ziliarkörpers durch Ultrafiltration in die hintere Augenkammer sezerniert (2 pllmin) und gelangt dann durch die Pupille in die vordere Augenkamm er. Über den Schlemm-Kanal erfolgt die Resorption in das venöse System.

Bei einer Gesichtsfeldbestimmung mittels Perimeter fixiert der Patient den Mittelpunkt einer Halbkugel und bekommt unterschiedliche Lichtreize angeboten, die er erkennen soll. Das Gesichtsfeld für farblose Reize ist größer als für farbige Reize, da die Peripherie der Netzhaut farbenbl ind ist. Das Gesichtfeld (starrer Blick) Ist kleiner als das Blickfeld, bei dem man noch zusätzlich ,.umherblicken" kann. Das Gesichtsfeld ist nach temporal größer als nach nasal, nach oben größer als nach unten. Gesichtsfeld für farblos> blau > rot!

Ist das Gleichgewicht zwischen Produktion und Resorption des Kammerwassers gestört, resultiert ein erhöhter Augeninnendruck (Glaukom) , was durch Kompression zu Schäden der Retina und des Sehnervs bis hin zur Blindheit führen kann. Eine enge Pupille bedingt einen größeren Kammerwinkel und verbessert die Resorption des Kammerwassers.

Einen partiellen Gesichtsfeldausfall nennt man Skotom. Ein physiologisches Skotom ist der blinde Fleck,-wobei das rechte Auge den blinden Fleck des linken ausgleicht und umgekehrt.

vordere

Augenkammer

hintere Schlemm· kanal

Augen~~mmer

Sehachse

\ \ ,,

Linse

Konjunktiva Ziliarmuskel

Die Pupillenreaktion

Über die Pupillenweite reguliert das Auge den Lichteinfall, d. h. die Beleuchtungsstärke der Retina. Bei Dämmerung wird die Pupille geweitet (Mydriasis) , bei Helligkeit verengt (Miosis) . Die Verengung der Pupille führt zu einer besseren Tiefenschärfe. Um den Pupillenreflex zu überprüfen, wird jedes Auge ge· trennt beleuchtet. Man beobachtet die direkte Pupillenreaktion (das beleuchtete Auge verengt sich) und eine konsensuelle Pupillenreaktion (das nicht beleuchtete Auge verengt sich mit). Die Verschaltung läuft von der Netzhaut über denN. opticus zum Tractus opticus. Von dort ziehen abzweigende Fasern zum Mesenzephalon, wo über den Ncl. Edinger-Westphal die Umschaltung auf den Parasympathikus erfolgt. Vom EdingerWestphal-Kern der einen Seite werden die Bahnen über die Area praetectalis auf den Edinger-Westphal·Kern der Gegenseite verschaltet. Die parasympathischen Fasern legen sich dem N. oculomotorius an und innervieren dann den M. sphincter pupillae beider Augen. Eine zentral verursachte Blindheit schließt einen intakten Pupillenreflex nicht aus, da von der Sehbahn nur die Retina, der N. opticus und der Trac· tus opticus intakt sein müssen.

Zonula· fasern

- ---- Sklera

Retina

I Abb. 2: Aufbau des Bulbus oculi. [ 13]

Nervus opticus

Fovea centralis

Zusammenfassung X Das menschliche Auge hat eine Gesamtbrechkraft von 59 dpt. X Die Ophthalmoskopie dient der Untersuchung des Augenhintergrundes. Man erkennt nasal den blinden Fleck sowie zentral die Fovea zentralis. X Der Akkommodationsbereich gibt die räumliche Differenz zwischen Fern- und Nahpunkt an. X Die Akkommodationsbreite ist die Fähigkeit der Linse, durch Abkrümmung und Abflachung ihre Brechkraft zu variieren. Sie beträgt beim normalsichtigen Erwachsenen 10 dpt.

Abbildungsfehler und Therapie Die sphärische Aberration entsteht dadurch, dass an einer gekrümmten Linse die Randstrahlen stärker gebrochen werden als die durch das Zentrum einfallenden Strahlen . Eine Verengung der Pupille (Miosis) kann somit die sphärisc he Aberration verringern, die Tiefenschärfe nimmt zu . Die chromatische Aberration resultiert aus den Eigenschaften der verschiedenen Wellenlängen: Kurzwellige Strahlen (z. B. blaues Licht) werden an einer Linse stärker gebrochen als langwellige (z. B. rotes Licht). Man unterscheidet zwischen angeborenen und erworbenen Sehfehlern . Der Begriff Refraktionsanomalie bezieht sich hierbei auf die Brechungsfehler des Auges, die bei angeborener Weit- oder Kurzsichtigkeit, aber auch beim sog. Astigmatismus entstehen. Ein gesundes Auge ohne Sehfehler bezeichnet man als emmetrop.

Hyperopie (Weitsichtigkeit)

Bei der Weitsichtigkeit ist der Bulbus in Relation zu r Brec hkraft der Linse zu ku rz, wesha lb der Bildpunkt nicht auf die Retina, so nd ern dahinter fällt (I Abb. 2). Anders ausgedrückt: Die Brechkraft der Linse ist in Relation zum Bulbus zu schwach, die Akkommodationsbreite jedoch nicht ei ngeschränkt. Der Patient kann nahe Gegenstände nicht gut erkennen, der Nahpunkt ist somit in die Ferne gerückt. Der Akkommodationsbereich ist eingeschränkt. Zur Therapie ist zu sagen, dass eine angeborene Weitsichtigkeit allein du rch das natürl iche Wachstum des Bulbus besser wi rd und sogar wieder ausgeglichen werden kann_ Trotzdem therapiert man bis zu diesem Zeitpun kt mit einer Sammellinse, die eine positive Dioptriezahl aufweist. Bei einer Lasertherapie würde man durch Abtragen der kornealen Randbereiche eine stärkere Krümmung und somit eine größere Brechkraft der Kornea erzielen.

Myopie (Kurzsichtigkeit)

Astigmatismus (Stabsichtigkeit)

Bei der Myopie ist der Bulbus im Verhältnis zur Brechkraft der Linse zu lang (I Abb. 1l- Die Brechkraft der Linse ist dabei nicht eingeschränkt, d. h. ihre Akkommodationsbreite beträgt noch immer 10 dpt, aber sie ist in Relation zu dem verlängerten Augapfel zu stark und der Bildpunkt wird vor der Retina abgebildet Für das Sehen bedeutet dies, dass der Fernpunkt aus dem Unendlichen in das Endliche, also in die Nähe, rückt Der Akkommodationsbereich ist eingeschränkt und entfernt liegende Gegenstände sind für den Patienten nicht mehr zu erkennen. Als Therapie kann entweder eine Brille mit einer negativen Dioptriezahl (Zerstreuungslinse) verschrieben werden oder man flacht die Kornea mittels Lasertherapie ab, so dass ihre Brechkraft verringert wird.

Da di e Hornhau t keine gerade, sondern eine durch Druck der Lider auf den Bulbus vertikal gekrümmte Fläche darstellt, haben wir genau genommen alle einen Astigmatismus_ Bei einer Krümmung bis 0,5 dpt spricht man daher auch von einem physiologischen Astigmatismus. Ergeben sich größere Werte als 0,5 dpt, dann spricht man von einem regulären Astigmatismus: Der Patient sieht anstelle eines scharfen Punktes einen unscharfen Balken (Stab) mit der gleichen Ausrichtung wie die Achse der pathologischen Korneakrümmung. Als Therapie wird eine um 90a gedrehte, konvex-zylindrische Linse vorgeschoben werden, we lche die Brechkraftunterschiede der beiden Korneaebenen zueinander ausgleicht. Beim sog. irregulären Astigmatismus ist die Oberfläche der Kornea völlig unregelmäßig, was z. B. Folge einer Verletzung sein kann. Die Hauptachsen stehen also in keinem Bezug zueinander. Therapeutisch kann man ei ne Kontaktlinse ohne Stärke auf das Auge setzen, die dann durch den Tränenfilm zwischen Linse und Kornea die Oberfläche für den physikalisc hen Strahlengang glättet.

Es wird eine konkave Linse benötigt, um ein Objekt in der Ferne scharf abzubilden . Divergentes Licht eines nahen Objekts wird ohne Sehhilfe scharf abgebildet. I Abb . 1: Myopie und ihre Korrektur durch ein e Zerstreuu ngslinse. [261

Lichtstrahlen von entfernten Objekten treffen sich hinter der Netzhaut. Durch eine konvexe Linse werden sie auf der Netzhaut vereint ein Effekt. den junge Menschen auch durch ständige Akkomm~­ dation erreichen können .

I Abb . 2: Hyperopie und ihre Ko rrek tur durch ein e Sammellin se. l 26 ]

l

Das visuelle System

/~--------------------------------------------~~~~~~~~ Presbyopie (Altersweitsichtigkeit)

Wie jede Zelle des mensch lichen Körpers verliert auch die Linse mit zunehmendem Alter immer mehr Flüssigkeit Zusätzlich werden aber auch Stoffe wie Kollagen oder Cholesterin eingelagert, so dass die Elastizität der Linse immer mehr abnimmt Infolgedessen verliert die Linse die Fähigkeit, sich zu krümmen, und die Nahakkommodation wird immer schlechter. Der Nahpunkt rückt weiter in die Ferne. Die Presbyopie ist ein echter Linsenfehler, der sowohl die Akkommodationsbreite der Linse als auch den Akkommodationsbereich des Auges eingeschränkt. Als Therapie wird eine Sammellinse (Plusglas) verschrieben, um die fehlende Brechkraft der Linse auszugleichen.

86187

sichtig ist ein Patient mit einem Visus Visus ist dann der Kehrwert dieses Winvon 1. Ein kleinerer Wert bedeutet eine kels a, unter dem zwei Punkte aufgelöst schlechtere Auflösungskraft als die werden können. Liegt das zu erkennenNorm, ein größerer Wert eine bessere. de Objekt 5 m entfernt, dann beträgt Um zwei Punkte unterscheiden zu kön- der Auflösungswinkel normalerweise nen, braucht man auf der Netzhaut min- 1 Winkelminute [Visus = 1). Der Visus destens drei Rezeptorzellen: Zwei Zellen ist bei Dunkelheit schlechter, da Stäberkennen die Punkte und eine zwischen- chen größere rezeptive Felder besitzen geschaltete Zelle den Abstand. Zur Verund eine schlechtere Auflösung haben deutlichung: Würde sich auf zwei beals die für das Tagessehen zuständigen nachbarten Rezeptorzellen jeweils ein Zapfen. Punkt abbilden, so würde man nur einen Balken sehen, und keine 2 Punkte! Der Winkel zwischen zwei getrennt wahrnehmbaren Punkten wird in Winkelminuten angegeben (I Abb. 3). Der

1 Winkelminute 1 Winkelminute

10 Winkelsekunden

Hat ein Patient sowohl eine angeborene Myopie als auch eine erworbene Presbyopie, so braucht er entweder zwei Brillen oder ein sog. Gleitsichtglas, bei dem zwei Brillengläser in einer Brille vereint sind: Im oberen Bereich der Brillenfassung befindet sich die Zerstreuungslinse für die Weitsicht, im unteren Bereich die Sammellinse für die Nahsicht (beim Lesen senkt man seinen Blick nach unten).

Landoll-Ring

Nonius-Sehschärfe

I Abb . 3: Die Bestimmung des Visus erfo lgt mittels sog. Landa lt-Ringe oder anhand von geeichten Buchstaben. Die Parall elversc hi eb ung einer Lin ie kann man sc hon bei ei ner Verschiebung von etwa 10 Winkelsekunden erkennen (N on iu s-Sehschärfe) . [ 131

Zusammenfassung • Refraktionsanomalien (Myopie, Hyperopie und Astigmatismus) sind Abbildungsfehler. • Bei der Myopie ist der Bulbus zu lang, die Brechkraft der Linse in Relation zu stark (Therapie: Minusglas). • Der Hyperope hat einen zu kurzen Bulbus, die Brechkraft der Linse ist in Relation zu schwach {Therapie: Plusglas). • Der reguläre Astigmatismus hat zwei senkrecht aufeinanderstehende Hauptachsen, der irreguläre Astigmatismus zwei Hauptachsen, die beliebig zueinander stehen können. • Die Presbyopie beruht auf dem Verlust der Fähigkeit der Linse, sich für die Nahakkommodation abkrümmen zu können. • Der Visus ist der Kehrwert des kleinsten Winkels in Winkelminuten, unter

Visus Der Augenarzt gibt die Sehschärfe eines Patienten als Visus an. Normal-

dem zwei Punkte vom Betrachter noch getrennt wahrgenommen werden können.

Signalverarbeitung in der Retina Der Mensch besitzt ein inverses Auge, in dem die Rezeptorzellen in der äußersten Schicht der Retina liegen. Licht durchquert daher zunächst die gesamte Retina, bevor es auf die Rezeptorzellen (7 Mio. Zapfen und 120 Mio. Stäbchen) trifft und dort die Signaltransduktion beginnt Die entstehenden Potentiale werden über die Bipolarzellen an die Ganglienzellen weitergeleitet (vertikales System), die schließlich mit ihren Axonen den N. opticus bilden. Da die Ganglienzellen dem Glaskörper zugewandt sind, muss der N_ opticus den Bulbus über den blinden Fleck verlassen. Vom vertikalen System wird das horizontale System unterschieden, das aus den inhibitorischen Arnakrin- und Horizontalzellen besteht und die Kontrastverstärkung über laterale Hemmung vermittelt (s. S. 90). Zapfen (Durchmesser 2 Jlm) sind für das photopisehe Sehen (Tagsehen) verantwortlich und ermöglichen mit ihren drei Sehfarbstoffen (rot, grün, blau) das Farbensehen. Ihre höchste Dichte liegt in der Fovea centralis. Stäbchen (Durchmesser 3 Jlm) besitzen als Sehfarbstoff Rhodopsin und sind für das skotopische Sehen (Dämmerungssehen) zuständig. Die Versorgung der Rezeptorzellen erfolgt über das PigmentepitheL Die Pigmentepithelzellen phagozytieren abgesonderte Rezeptorscheibchen, die in den Außenbereichen der Rezeptoren ständig neu gebildet und dann in Richtung Rezeptorspitze transportiert werden.

Phototransduktionsprozess Stäbchen besitzen als Sehfarbstoff Rhodopsin (Absorptionsmaximum 500 nm), während Zapfen sog. Zapfenopsin (drei verschiedene Absorptionsmaxima, s. S. 90) aufweisen. Bei Nichtbeleuchtung der Rezeptorzelle wird durch cGMP ein CNG-Kanal in der Außenmembran offen gehalten, der die Zelle durch einen sog. Na+-Ca2+.Dunkelstrom depolarisiert (I Abb. I)Durch Licht wird das im Sehfarbstoff befindliche 11 -cis-Retinal zu AJItrans-Retinal umgewandelt. Nach weiterer Konformationsä nderung über Prälumirhod opsin, Lumirhodopsin und

Seileibchenmembran

'

Zellmembran

''

extrazell ulä r

Scheibchen

Licht

intrazellulär

Zytosol

I Abb. 1: Phototransd uktion sprozess in den Stäbchen. [21

Metarhodopsin I zu Metarhodopsin II aktiviert dieses ein G-Protein (Transducin), das wiederum eine Phosphodiesterase induziert Diese baut cGMP zu S'GMP ab und schließt damit den cGMP-abhängigen unspezifischen Kationenkanal (CNG), was zur Hyperpolarisation und Verminderung der Glutamatfreisetzung führt Mit Hilfe einer membranständigen Na+-K+-ATPase sowie eines sekundär aktiven Na+-Ca+Antiports wird die erhöhte Ca 2 --Konzentration in der Zelle wieder erniedrigt und eine Ca 2 +-sensitive Guanylatzyklase aktiviert. Sie synthetisiert aus GTP cGMP, das sich an den cGMPabhängigen CNG-Kanal heftet und diesen öffnet Dunkelheit --+ depolarisiert--+TransmltterausschOttung hoch Helligkeit -+ hyperpolarisiert -+Transmitterausschüttung niedrig

bis auf das l Q?-Fache zunimmt (Dauer: ca. I Stunde). Die Adaptationskurve der Retina setzt sich aus den Adaptationskurven der Zapfen und Stäbchen zusammen (I Abb. 2). Dabei sind beim Dämmerungssehen (mesopisches Sehen) zunächst noch Zapfen und Stäbchen beteiligt Erst bei weiterer Abnahme der Lichtstärke geht das Zapfen- in das Stäbchensehen über (Kohlrausch-Knick). Auch die Weitstellung der Pupille sowie die Vergrößerung der rezeptiven Felder dienen der Dunkeladaptation. Der Vlsus ist bei Dunkelheit schlechter als bei Helligkeit, da Stäbchen größere und sich überlappende rezeptive Felder besitzen. Sla haben damit eine schiech., tere Auflösung als die Zapfen.

relative Luftdichte

-- Stäbchenadaptation

Hell-dunkel-Adaptation

Kohlrauschknick

Die Umwandlung des Sehfarbstoffs von 11 -cis- Retinal zu All-trans-Retina! wird als Helladaptation bezeichnet (Dauer: 2- 5 Min_)_ Bei greller Beleuchtung des Auges resultiert eine Blendun g mit Bleichung des Farbstoffs. Für die Dunkeladaptation wird der Sehfarbstoff wieder regeneriert und dafür Al l-trans- Retina! über All-trans-Reti nol und 11 -cis-Retinol wieder zu 11-cis-Retinal umgewandelt, wodurch di e Sensitivität gege nüber Licht

z \ Zäpfchenadaptation

0

10 20 · Ad aptatio nszeit [min i

30

I Abb . 2: Ada ptationskurven von Zapfen und Stäbchen. 121

Das visuelle System

Neuronaler Verarbeitungsprozess

Zapfen rezeptor

Innerhalb der Retina [Teil des Dienzephalons) findet bereits eine Bildverarbeitung statt, da es dort lichterregte [On-) und lichtgehemmte [Off-]Neurone gibt. Als On- oder Off-"Kanal" bezeichnet man dabei die Abfolge von Rezeptorzelle, Bipolarzelle und Ganglienzelle. Wird ein Photorezeptor nach Beleuchtung hyperpolarisiert, so wird dieser Reiz über synaptische Übertragung entweder als Hyperpolarisation in den Off-Kanal weitergeleitet oder in eine Depolarisation des On-Kanals um gekehrt. Bei Dunkelheit hyperpolarisieren die On-Bipolarzellen durch Abbau von cGMP und die Off-Bipolarzellen depolarisieren durch Stimulation von AMPA-Rezeptoren [I Abb. 3]. Somit senden die On-Ganglienzellen nur bei Beleuchtung und die Off-Ganglienzellen nur bei Dunkelheit Aktionspotentiale an die Sehbahn aus.

Ganglienzelle

Invertierende Synapse Beleuchtung:

@

Hyper olarisation

,j

ON-Bipolarzefle

~ ~®

e 1 (0

•i•

Photorezeptorzellen

'.,,

HytJeq~olarisation

e

OFF-Bipolarzelle

. ·;

AMPA

9

\'f

J~

Verdunkelung:

.• t' .' .'l

Depolarisation Photorezeptorzellen

I

On-Zentrum, Off-Peripherie Off-Zentrum,

Rezeptive Felder

e

9

---"""""'

Abb . 3: Neuron ale Verarbeitungsprozesse der Retina . [ 16]

Rezeptives Feld

Da auf eine Bipolar- bzw. eine Ganglienzelle viele Photorezeptoren kommen, bilden sich sog. rezeptive Felder aus. Man unterscheidet Zentrum und Peripherie, wobei beide in ihrem Antwortverhalten gegenläufig sind. Ein On-Zentrum hat dabei eine Off-Peripherie und umgekehrt, so dass die Peripherie immer über inhibitorische Horizontalzellen antagonistisch verschaltet ist. Die Begriffe "on" und "off" bezeichnen da· bei, auf welchen Reiz die nachfolgend e Ganglienzelle ein Aktionspotential aus· bilden würde (I Tab. I).

Bipolarzelle

88 I 89

On-Peripherie

Reiz

Reaktion bei Reizung des Zentrums

Reaktion bel Reizung der Peripherie

Beleuchtun g

Impulsrate steigt (On-Erregung)

Impulsrate sinkt (On-Hemmung)

Abdunkelung

Impulsrate sinkt (Off-Hemmung)

Impulsrate steigt (Off-Erregung)

Beleuchtung

Impulsrate sinkt (On-Hemmung)

Impulsrate steigt (On-Erregung)

Abdunkelung

Impulsrate steigt (Off-Erregung)

Impulsrate sinkt (Off-Hemmung)

I

Tab. I : Impul sraten der Ganglienzellen bei Beleuchtung bzw . Abdunkelung des Zentrums oder der Peripherie von ve rschiedenen rezeptiven Feldern .

Zusammenfassung • Die Photorezeptoren der Retina sind bei Dunkelheit depolarisiert, bei Helligkeit hyperpolarisiert • Der Phototransduktionsprozess resultiert über die Aktivierung einer Phosphodiesterase in einer Schließung des cGMP-abhängigen KationenEinstroms. Die Rezeptorzelle wird hyperpolarisiert, die Transmitterausschüttung nimmt ab. • Bipolar- und Ganglienzellen gehören entweder dem On- oder dem Off-Kanal an und agieren somit als Hell- oder Dunkelsystem. • Rezeptive Felder bestehen aus einem Zentrum und einer Peripherie, die jeweils antagonistisch zueinander verschaltet sind.

Farbensehen und räumliche Wahrnehmung Farbensehen

Die drei Zapfentypen der Retina enthalten drei verschiedene Sehpigmente (trichromatisches Farbensehen) und besitzen unterschiedliche Empfindlichkeitsmaxima: • rote Zapfen 565 nm • grüne Zapfen 535 nm • blaue Zapfen 420 nm. Eine Farbschwäche wird als Anomalie bezeichnet: Protanomalie • Rotschwäche, Deuteranomalle • GrOnschwäche, Tritanomalie • Blauschwäche. Der Ausfall einer kompletten Zapfensorte führt zur Farbenblindheit: Protanopie • Rotblindheit, Deuteranopie • Grünblindheit, Tritanopie • Blaublindheit.

Rezeptive Felder sind so aufgebaut,

dass z. B. ein grünes Zentrum von einer roten Peripherie umgeben ist oder umgekehrt. Ein blaues Zentrum hingegen ist von einer Peripherie umgeben, die sowohl rote als auch grüne Zapfen enthält (Gegenfarbenneurone) und GelbPeripherie genannt wird. Analog gibt es Gelb-Zentren mit einer blauen Peripherie. Zentrum und Peripherie hemmen sich gegenseitig (Gegenfarbentheorie von Hering, s. S. 89). Additive Farbmischung

Projiziert man mittels aktiver Lichtquel· Jen drei verschieden farbige, sich überschneidende Punkte [rot, grün, blau) auf weißen Hintergrund, so entstehen an den Überschneidungsflächen hellere Farben, da dort doppelt so viel Licht auftrifft (additive Farbmischung). Die Über· schneidung der drei Grundfarben ergibt die hellste "Farbe" Weiß (I Abb. I a), was durch die Verrechnung (Addition) von Erregungen der drei Zapfentypen entsteht. Blau und Gelb, Rot und Cyan sowie Grün und Magenta werden je· weils als Komplementärfarben (Ge· genfarben) bezeichnet. Durch Mischung von zwei Komplementärfarben entsteht ebenfalls Weiß, da alle Zapfentypen gleich stark aktiviert werden. Für den Farbeindruck "Weiß" benötigt man bei additiver Farbmischung daher mindes· tens zwei Farben.

Komplementärfarben sind Rot~ Cyan, GrOn ~ Magenta, Blau t-t Gelb.

Subtraktive Farbmischung

Papier, so ersch eint der rote Punkt leuchtend türkis [cyan) . Das liegt daran dass beim Fixieren des roten Punktes ' auf der Netzhaut im stimulierten Areal nur die roten Zapfen angesprochen werden und ihr Sehfarbstoff verbraucht wird . Die weiße Fläche würde alle Zapfentypen ansprechen. Da die roten Zapfen ihren Sehfarbstoff jedoch regenerieren müssen, stehen am vorher stimulierten Netzhautareal nur die grünen und die blauen Zapfen zur Verfügung; ihre Mischfarbe cyanentspricht der Gegenfarbe von rot. Der sog. Sukzessivkontrast erzeugt damit ein Nachbild.

Der Farbeindruck eines Gegenstands entsteht dadurch, dass Strahlen aus dem weißen Licht [enthält alle Wellenlängen) teils absorbiert (= geschluckt) und teils reflektiert [= zu m Auge zurückge· warfen) werden. Ein blauer Gegenstand absorbiert z. B. langweiliges, reflektiert aber kurzwelliges Licht. Beim Mischen mehrerer Farben wird die erzeugte Far· be immer dunkler, da von jedem Farbpartikel ein Teil des Lichts absorbiert Simultankontrast wird. Daher bezeichnet man diese Farb· mischungals subtraktiv (I Abb. 1b). Jede Rezeptorzelle auf der Retina hemmt über Horizontalzellen ihre benachbarten Rezeptorzellen {laterale Kontrastsehen Hemmung) und vermittelt so die Kontrastverstärkung an Grenzflächen Sukzessivkontrast ' dargestellt in I Abbildung 2. Dort sind Fixiert man eine Minute lang einen zwei verschieden helle Grauflächen zu roten Punkt auf weißem Grund und sehen, die jeweils Rezeptorzellen auf schaut danach auf ein weißes Blatt der Retina aktivieren. Da Helligkeit in AP·Frequenz ausgedrückt wird [je heller, desto mehr Aktionspotentiale), werden die Rezeptorzellen also von der hellen Fläche stärker angeregt als von der dunklen. Die laterale Hemmung ist dabei umso stärker, je stärker eine Zelle vorher erregt wurde. Die resultierende AP·Frequenz ergibt den Helligkeitseindruck, so dass an der Grenzfläche das Hellgrau heller und das Dunkelgrau dunkler erscheint [Kontrastverstär· kung). Räumliches Sehen

Mit nur einem Auge ist ein räumliches Sehen im physikalischen Sinn nicht möglich. Dennoch kann auch durch Auswertung monokularer Signale ein räum licher Eindruck gewonnen werden: t Verdeckung: Ein Gegenstand, der

vor einem anderen liegt, ist damit näher am Au ge des Betrachters.

I Abb. 1: a) Add itive Farbmischung. b) Subtraktive Fa rbmi sch ung. [ 16]

Das visuelle System

Rezeptoren Laterale Hemm ung Helligkeit

4

4

4

2

2

2

4

8

8

5

8

8

4

4

J .J

•

I Abb. 2: Der Simult ankontrast-Schema einer latera len Inhibition . Nach latera ler Hemm ung ergeben die Aktionspotentialfreq uenzen den Hel li gke itseindruck, an der Grenzfläche wird da s Hellgrau noch hel ler empfunden, das Dunke lgrau dagegen noch dun kler. [ 16)

t Farben: Je weiter weg ein Gegenstand, desto blasser

erscheint seine Farbe. t Schatten t Perspektive und Fluchtpunkt t Objektgröße: Je weiter weg ein Gegenstand, desto kleiner

erscheint er. t Bewegungsparallaxe: Nahe Gegenstände verschieben sich

90

I 91

Beim binokularen Sehen werden von den beiden Retinae insgesamt zwei Bilder erfasst, die dann in den kortikalen Regionen des ZNS fusioniert und räumlich interpretiert werden. Der sog. Horopterkreis stellt eine kreisrunde Linie durch einen Fixationspunkt und die Knotenpunkte der Linsen dar (I Abb. 3) . Je weiter entfernt der Fixationspunkt, desto größer ist der Kreisradius. Die sog. Fixationsachse liegt zwischen Fixationspunkt und Retina. Objekt A liegt auf dem Horopterkreis, so dass seine optischen Achsen in beiden Augen jeweils links von der Fixationsachse einfallen und daher auf korrespondierenden Netzhautstellen liegen. Das ZNS braucht diese beiden Bilder nicht zu fusionieren, da sie schon kongruent aufeinanderliegen. Objekt B liegt außerhalb des Horopterkreises, so dass seine optische Achse im rechten Auge links und im linken Auge rechts von der Fixationsachse auf die Retina trifft. Damit handelt es sich nicht um korrespondierende Netzhautstellen. Der Winkel, der die Abweichung der optischen Achse zur Fixationsachse angibt, heißt Querdisparation und wird umso kleiner, je weiter ein Gegenstand entfernt ist. Beträgt die Querdisparation null, so liegt derbetreffende Gegenstand im Unendlichen und kann nicht mehr räumlich wahrgenommen werden. Je größer die Querdlsparation, desto besser die räumliche Wahrnehmung.

schneller als entfernte.

Zusammenfassung X Bei additiver Farbmischung ergibt das Übereinander-

legen der drei Grundfarben durch Erregungsaddition aller drei Rezeptortypen die Farbe Weiß. X Bei subtraktiver Farbmischung ergibt das ÜbereinanHoropter/ , / kreis /'

derlegen mehrerer Farben durch Absorption eine dunklere Farbe bis hin zu Schwarz. X Der Sukzessivkontrast ist ein Nachbild, das nach

Fixierung eines visuellen Musters durch lokale Adaptation der Rezeptorstellen entsteht. X Der Simultankontrast ist ein sofort sichtbares Phäno-

men, das durch laterale Hemmung der Rezeptorzellen bzw. der Ganglienzellen in der Retina entsteht. A'

·-.

X Monokuläre Signale tragen zum räumlichen Sehen

--·

bei. Fovea linkes Auge

I

Fovea rechtes Auge

Abb . 3: Der Horopterkre is. Obj ekt A projiziert sich auf korrespondierende Netzha utste llen, Objekt B da gegen nicht. Die Sum me der Winkel a und ß ergibt die Ouerdisparation. (nach [2] )

X Binokulare Signale werden vom ZNS ausgewertet,

um einen räumlichen Eindruck der Umgebung zu erhalten.

Zentrale Verarbeitung visueller Signale linkes Gesichtsfeld

Retina

Die Ganglienzellen der Retina werden in drei Gruppen unterteilt: • a-Zellen (M-Zellen): Diese machen I 0 %der retinalen Ganglienzellen aus und besitzen die größten Zellkörper und Dendritenkörper, weshalb sie dem magnozellulären System angehören. Aufgrund ihrer dicken, markhaltigen Axone zeigen sie hohe Leitungsgeschwindigkeiten, und ihre großen rezeptiven Felder antworten auf schnelle Beleuchtungsunterschiede unabhängig von der Wellenlänge des Lichts. Sie dienen der Bewegungserfassung und der Hell-Dunkel-Wahrnehmung. • ß-Zellen (P-Zellen): 80 %der retinalen Ganglienzellen bilden das parvozelluläre System mit kleineren Zellkörpern. Die Axone leiten langsamer als die der M-Zellen, da sie dünner und weniger markhaltig sind. Ihre kleinen rezeptiven Felder sind farbempfindlich und dienen der Farb- und Formerfassung. • y-Zellen (heterogene Gruppe): Ihre dünnen, markarmen Axone zeigen eine langsame Nervenleitgeschwindigkeit und sind zu großen rezeptiven Feldern zusammengefasst. Ihre Aufgabe ist die Steuerung der Pupillenmotorik.

Die Axone der Ganglienzellen (3. Neuron) ziehen als N. opticus zum Chiasma opticum, wo die nasalen Fasern zur Gegenseite kreuzen, die temporalen Fasern aber ungekreuzt bleiben (I Abb. 1). Anschließend verlaufen die Fasern als Tractus opticus zum Corpus geniculatum laterale des Thalamus. Dort erfolgt die Umschaltung auf das 4. Neuron, das über die Radiatio optica zum primär visuellen Kortex projiziert. Die Information der temporalen Gesichtsfeldhälfte trifft auf die nasale Netzhauthälfte und umgekehrt.

t Eine einseitige Durchtrennung des N. opticus führt zu einer einseitigen Amaurosis (Blindheit). t Hypophysentumoren können zu Läsionen im Chiasma opticum führen, was eine bitemporsie Hemianopsie verursacht. t Ein Defekt des Tractus opticus oder der Radiatio optica wird eine sog. homonyme Hemianopsie der Gegenseite zur Folge haben.

Corpus geniculatum laterale

Die Ganglienzellen des Corpus geniculatum laterale (GCL) zeigen eine retinotope Anordnung, d. h., dass benachbarte Netzhautareale auch auf benachbarte Ganglienzellen abgebildet werden. Im GCL befinden sich sechs abwechselnd von beiden Augen innervierte Schichten: • Schichten 1 und 2: Hier befinden sich große Zellen des magnozellulären Systems. Ihre Eingänge erhalten sie von den retinalen a-Zellen (M-Zellen). Sie besitzen große rezeptive

,_ _ • Einseitige Amaurose (monookulärer Gesichtsfeldausfall)

oral e m_p-, t_

.,' CD

rechtes Gesichtsfeld

nasal

~ ,'

temporal

0

Heteronyme binasate Hemianopsie

C)() Heteronyme bitemporale Hemianopsie

Homonyme Hemianopsie

~~

Quadrantenanopsie nach oben

Area striata

G

Quadrantenanopsie nach unten

I

Abb. I: Sehbahn und Ausfallssymptome bei entsprechenden Läsionen

(nach 127!)

·

Felder, eine hohe Leitungsgeschwindigkeit sowie eine maximale Empfindlichkeit und dienen der Bewegungserfassung_ • Schichten 3, 4, 5 und 6: Das parvozelluläre System hat hier seinen Sitz. Dabei handelt es sich um kleine, farb empfindliche Zellen mit kleinen rezeptiven Feldern und geringer Leitungsgeschwindigkeit Sie erhalten ihren retinalen Eingang von den ß-Zellen (P-Zellen) und dienen der Formund Farberfassung. Colliculi superiores

Die retinalen Fasern der y-Zellen ziehen vom Tractus opticu zu den Colliculi superiores der Vierhügelplatte (Mittelhirn~ Zusätzlich erhalten die Colliculi superiores auch Eingänge a · dem somatasensiblen und dem auditarischen System. Die us rezeptiven Felder im Colliculus superiorsind groß und damit besonders geeignet zur Erfassung von bewegten Reizen mit bestimmter Richtung, daher befindet sich hier das Zentrum für die Blickmotorik. In der prärektalen Region rostral der Colliculi superiores ist das visuelle Reflexzentrum für den Pupillenreflex lokalisiert (Ne!. Edinger-Westphal, s. S. 85). Visueller Kortex

Im visuellen Kortex enden die Axone aus dem Corpus genic _ la tum laterale in den Schichten IV und Vl. Im primären Ko~ tex (VI) besitzen die einzelnen Zellen eine hohe Reizspezifität. Orientierungssäulen (Kolumnen) verarbeiten Informationen über einen Punkt der Netzhaut eines Auges. Diese werden zu Bündeln zusammengefasst, die man als okuläre

Das visuelle System

I Abb. 2: Aufbau des visuellen Kortex. [81

92 I 93

okuläre Dominanzsäulen

kontralaterales Auge

Hyperkolumne ' '

ipsilaterales Auge

' Rindenschicht:

2

3

5

6

weiße Substanz

zum Corpus geniculatum laterale zu den Colliculi Superiores

vom Corpus geniculatum laterale

Dominanzsäulen bezeichnet. Damit gibt es für jeden Ort des binokularen Gesichtsfelds jeweils eine Dominanzsäule für das rechte und eine Dominanzsäule für das linke Auge. Zusätzlich existieren sog. Blobs, farbempfindliche Säulen, die von beiden Augen gleichermaßen Informationen verarbeiten und sich aufgrund ihres hohen Gehalts an Cytochromoxidase histologisch von den anderen Säulen unterscheiden. Zwei Dominanzsäulen von beiden Augen sowie mehrere Blobs werden zu einer Hyperkolumne zusammengefasst (I Abb. 2), in der die Informationen über korrespondierende Netzhautstellen beider Augen vereint werden. Da im primären Kortex die Informationen beider Augen parallel verarbeitet werden, kön-

4,6 vom kontralateralen Auge

2

3, 5

vom ipsilateralen Auge

nen in den Hyperkolumnen Analysen zur räumlichen Wahrnehmung gemacht werden. Dabei wird ein Gesichtsfeldbereich mit der Größe von ca. einem Quadratmillimeter repräsentiert. Der primäre visuelle Kortex projiziert in visuelle Assoziationsareale (V2-VS). Jeder Bereich ist auf einen Teilaspekt der visuellen Wahrnehmung spezialisiert: t t t t

V2: Gestalt- und Konturerkennung V3: Bewegungserkennung V4: Farbwahrnehmung VS: Bewegungserkennung, räumlicher Eindruck.

Zusammenfassung X Läsionen der Sehbahn führen zu Gesichtsfeldausfällen, die man als Skotome bezeichnet. X Im Corpus geniculatum laterale erfolgt die Verschaltung eines schnellen, \

großzelligen Systems für die Bewegungserkennung und eines langsamen, kleinzelligen Systems für die Gestalt- und Farbwahrnehmung. X Colliculi superiores sind an der Steuerung der Blickmotorik beteiligt. X Im primären visuellen Kortex erfolgt eine räumliche Trennung von Farb-, Form-, Tiefen- und Bewegungsverarbeitung.

Auditorisches System

Grundlagen

Physikalische Größen

Schall breitet sich geradlinig von einer Schallquelle aus, die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt dabei 333 m/s. Damit sich Schall ausbreiten kann, ist Materie notwendig, da Schall eine Welle ist, die zur Verdichtung bzw. zur Streuung der in der Luft befindlichen Teilchen führt. Im Vakuum ist eine Schallausbreitung daher nicht möglich. Bei einer Schallwelle entspricht die Frequenz in Hz der Tonhöhe, die Verdopplung der Frequenz umfasst eine Oktave. Die Amplitude der Welle drückt den Schalldruck p, aus, der in Pascal (Pa) oder in N/ m2 gemessen wird. Der Hörbereich des Menschen liegt zwischen 20 Hz und 16 kHz bzw. 20 kHz bei Kindern. Im Alter nimmt die Empfindlichkeit v. a. bei hohen Frequenzen ab, was man als Altersschwerhörigkeit (Presbyakusis) bezeichnet.

Der Schalldruckpegel L bezeichnet das Verhältnis zwischen einem aktuell gemessenen Schalldruck Px und einem willkürlich festgelegten Vergleichsdruck p0; er wird in der Einheit Dezibel (dB ) angegeben (10 dB =I Bel). Wird für den Vergleichsdruck Po der Druck der Hörschwelle bei 1 kHz eingesetzt (2 X 1o-s Pa), so lautet die Einheit dß SPL. Der Zusatz SPL (sound pressure Ievel} gibt also Information darüber, welcher Druck als Vergleichsdruck verwendet wurde. Die Formel des Schalldruckpegels lautet: L = 20 x log(~:)

= 10 x log (~:r = 10 x log G:)

Die Schallintensität I entspricht der Schallenergie, die durch eine definierte Fläche hindurch tritt. Ihre Einheit ist W/ m2• Dabei gleicht die Schallenergie I dem Quadrat des Schalldrucks Px (nicht des Schalldruckpegels!}.

gerade noch hören konnten. Führt man diesen Versuch für verschiedenste Frequenzen durch und trägt die ermittelten Schalldruckpegelwerte in ein Diagramm ein, so erhält man die sog. Hörschwellenkurve (I Abb. I). Am niedrigsten ist die Hörschwelle im Sprachbereich (200 -5000 Hz), für die anderen Frequenzbereiche ist ein höherer Schalldruckpegel notwendig. t Ineinem zweiten Versuch wurde ein Ton vorgespielt, von dem nur die Frequenz (1 kHz) bekannt war. Nun sollten die Probanden Töne verschiedenster Frequenzen subjektiv gleich laut zum Vergleichston einstellen, indem sie die Schalldruckpegel der Töne veränderten. Trägt man diese Schalldruckpegel in einer Kurve auf, so ergibt sich eine sog. Isophone. Phon ist die Einheit des Lautstärkepegels. Da alle Töne auf einer Kurve gleich laut sind (sie wurden alle in der Lautstärke dem Vergleichston bei I kHz angepasst), haben sie auch alle die gleiche Phonzahl. Bei 1000 Hz entspricht der Zahlenwert des Schalldruckpegels in dB dem Zahlenwert des Lautstärkepegels in phon. Alle Töne, die gleich laut wie der 1000 Hz-Ton sind, haben auch den gleichen Phonwert, unabhängig davon, welche Frequenz oder welchen Schalldruckpegel sie haben. Bsp.: Ein Ton mit 100 Hz und 40 dB SPL ist gleich laut wie ein Ton mit 1000 Hz und 20 dB SPL Beide Töne haben damit einen Lautstärkepegel von 20 phon.

Die subjektive Lautstärke kann mit Hilfe der Sone-Skala angegeben werden. Ist ein Ton doppelt so laut wie ein willkürlich festgelegter Vergleichston (I 000 Hz und 40 dB), so hat er 2 Sone, ist er dreimal so laut, 3 Sone usw. Als Hörfläche wird die Gesamtheit der wahrnehmbaren Töne bezeich net (20Hz-16kHz, 4- 130 phon). Der Hauptsprachbereich umfasst die Frequenzen und Lautstärken, die bei normaler Umgangssprache vorkommen (200 - 5000 Hz 40 - 80 phon) . '

I =P/ Eine Verdoppelung des Schalldrucks führt zu einer Zunahme des Schalldruckpegels um 6 dB, eine Verzehnfachung des Schalldrucks erhöht den Schalldruckpegel um 20 dB und eine Erhöhung des Schalldrucks um den Faktor 100 lässt den Schalldruckpegel um 40 dB ansteigen. Eine Verzehnfachung des Schalldrucks erhöht die Schallintensität um den Faktor 100.

Schalldruck [Paj Schalldruckpegel [dB SPL)

140 102

t Den Probanden wurden Töne unterschiedlicher Frequenze n vorgespielt. Sie durften den Schalldruckpegel der Töne selbst einstellen und sollten die Töne so leise einstellen, dass sie sie

-- Schuss, Donner

100

-- Diskothek

1-

10·2

Um die Hörkurven zu bestimmen, wurden folgende Versuche mit einer Vielzahl an normalhörenden Probanden durchgeführt:

120 10 1

1Q·1

Hörkurve

phon = dB SPL bei 1 kHz

1Q·3

1Q·4

10·5

80

lauter -- Straßenlärm

60

-- lautes Gespräch

40 leises Gespräch

20 Sti lle

0 20

100

a, C1 C

c c 1 c2 c3 c4 es Tonhöhe, Klavier

I Abb. 1: Hörk urven (Erklärung siehe Text) . [ 131

'ltlti

Das auditarische System

Die Hörschwelle liegt bei 4 phon, normale Umgangssprache bei ca. 50 phon. Mit zunehmenden Schalldruckpegeln {dB) werden die Töne nicht nur lauter, sondern euch unbehaglich (Unbehaglichkeitsachwelle 110 phon) oder sogar schmerzhaft (Schmerzschwelle 130 phon).

Corpu s

~~~f~~atum - ...... _ Collicul us superior

-

..........

Die lntensitäts-Unterschiedsschwelle beschreibt, dass zwei Töne gleicher Frequenz als unterschiedlich laut empfunden werden, wenn sie sich im Schalldruckpegel um I dB unterscheiden. Die Schwelle für nacheinander gehörte Töne ist dabei niedriger (besser) als für gleichzeitig gehörte Töne. Die Frequenz-Unterschiedsschwelle ist von der Tonhöhe abhängig: Bei 1000 Hz beträgt sie 3 Hz, bei anderen Frequenzen muss die Differenz größer sein. Das Gehör ist das Organ mit der $&ringsten Unterschiedsschwelle.

Hörbahn

Die Hörbahn (I Abb. 2) ist aus 5- 6 komplex verschalteten, tonotrop angeordneten Neuronen zusammengesetzt. Ausgehend vom Ganglion spirale, zie· hen die Fasern zum Nd. cochlearis, wobei der dorsale Teil besonders auf komplexe Schallreize reagiert. Vom dorsalen Ncl. cochlearis ziehen die Fasern gekreuzt und ungekreuzt zu den Ker· nen des Trapezkörpers und gelangen von dort aus zum ipsilateralen und kontralateralen Nd. olivaris superior. Hier kommen erstmals die lnformatio· nen beider Ohren zusammen, was für die Schallortung wichtig ist. Im Lemnis· cus lateralis erreichen die Informationen die Colliculi inferiores, die Verbin· dungen zum visuellen System haben (Okutomotorik zu einer Schallquelle hin) . Die Fasern erreichen das Corpus geniculatum mediale und ziehen von dort aus zur Hörrinde.

Nucleus coch learis

94 1 95

abgewandte Ohr. Bereits Schallverspätungen von 1o-s Sekunden können ausgewertet werden. t Intensitätsdifferenz: Je weiter eine Schallquelle entfernt ist, desto kleiner wird die Schaltintensität Damit ergibt sich eine Differenz der ankommenden Schallintensitäten zwischen dem Ohr, das der Schallquelle zugewandt ist, und dem abgewandten Ohr. Oberhalb von 500 Hz kann man Seitendifferenzen des Schalldruckpegels von 1 dB unterschei· den.

ventralls

I

Abb. 2: Die Hörbahn (vereinfacht). [ 15)

Richtungshören

Im Ncl. olivaris superiorlaufen die Informationen beider Ohren zusammen und können in ihrer Räumlichkeit aus· gewertet werden. Eine Läsion der Olive Bei der Auswertung, ob ein Geräusch führt zu starken Einschränkungen bei der Schallortung. Zusätzlich dienen aber von vorne oder von hinten kommt, auch die Colliculi inferiores, der audita- spielt vor allem die Form der Ohr· musebei eine Rolle. Je nach Schallrichrische Kortex sowie Eingänge aus dem tung kommt es zu einer charakteristivisuellen System der genauen Lokalisa· schen Verzerrung des Schalls, die das tion einer Schallquelle. Für das Rich· tungshören werden folgende Parameter ZNS durch Lernvorgänge aus der Kind· heit auszuwerten weiß. Könnte man ausgewertet: die Ohrmuscheln umdrehen, so würde t Laufzeitdifferenz: Kommt der Schall der Proband anfangs vorne und hinten immer vertauschen, sich später aber von einer Seite, so wird er das ihm zuwieder an den Zustand adaptieren. gewandte Ohr früher erreichen als das

Zusammenfassung X Ein lauter Ton besitzt einen hohen Schalldfuck, ein heller Ton eine hohe Frequenz. X Der Schalldruckpegel gibt das Verhältnis eines Schalldrucks zu einem Referenzdruck in dB an. X ln der Hörkurve werden Punkte gleicher Lautstärkeempfindung zu einer Linie verbunden und als Isophone bezeichnet. X Die Phonskala entspricht bei 1 kHz der dB-Skala. X Für die Schallortung werden Laufzeitdifferenzen und Intensitätsunterschiede zwischen rechtem und linkem Ohr ausgewertet.

Auditarisches System

Schallverarbeitung Amboss

Das äußere Ohr

Das äußere Ohr besteht aus der Ohrmuschel und dem äußeren Gehörgang. Dieser reicht bis zum Trommelfell, we lches das äußere Ohr vom Mittelohr abtrennt

St?igbügel

''

Hammer

' Trommelfe ll

'' Reissner-Membran

Das Mittelohr

Das Mittelohr beginnt nach dem Trommelfell und besteht aus einer Paukenhöhle mit den darin befindlichen Gehörknöchelchen. Die Grenze zwischen Mittel- und Innenohr stellt das ovale Fenster dar. Hammer (Malleus ), Amboss (Incus) und Steigbügel (Stapes) bilden die sog. Gehörknöchelchenkette. Der Hammer ist fest mit dem Trommelfell verwachsen. Der Steigbügel ist genau in das ovale Fenster eingepasst und kann den Schall, der vom Trommelfell aus über Hammer und Amboss auf ihn übergeht, an das Innenohr übertragen. Die sog. Tuba auditiva (Eustachi'sche Röhre) ist eine Verbindung zwischen Mittelohr und Rachenraum und dient dem Druckausgleich (z. B. beim Fliegen). Im Mittelohr erfolgt eine sog. Impedanzanpassung, d. h. eine Anpassung der Schallübertragung an die vorhandenen Schallwellenwiderstände: ll Schallverstärkung: Das luftgefüllte

Scala media (Endolymphe)

Basilarmembran und Certi-Organ (sog. cochleare Trennwand)

I äußeres Ohr

Mittelohr

Innenohr

es bei einer Fazialisparese zu Hyperakusis kommt Wissenschaftler nehmen an, dass der Mittelohrreflex hauptsächlich angelegt wurde , um das Gehör eines Säuglings vor dem eigenen Schrei nach der Mutter zu schü tzen. Knallgeräusche sind die schädlichsten Schallereignisse für das Ohr. Da die Latenzzeit der Mittelohrmuskeln länger ist als das schädigende Schallereignis, existiert kein Schutz. Der Knall gelangt ungefiltert ins Innenohr und kann ein Knalltrauma verursachen.

Ab b. I : Der Weg des Sc hall s d u rch Mitt el- und lnneno hr. [ 17]

porter) und osmotisch bedingten Wasserstrom gebildet wird . In der Scalamedia herrscht ein Endolymphpotential von + 80 mV; da sie ein abgeschlossener Raum ist, lässt sich die Nernst-Gleichung für di e Errechnung des Potentials nicht anwenden. Schleifendiuretika (Furosemid) hemmen nicht nur den Na'-K'-2CI·-Cotransporter der Niere, sondern auch den der Stria vascularis. Als Nebenwirkungen können daher Elektrolytverschiebungen der Endolymphe und damit Hörminderung auftreten.

Dasinnenohr

Das Innenohr enthält neben dem VesMittelohr hat im Vergleich zum flüssigtibularorgan auch die sog. Cochlea keitsgefüllten Innenohr einen viel gerin- (Schnecke ), die für die Transduktion geren Schallwellenwiderstand, weshalb mechanischer Schallwellen in elektrische Impulse verantwordich ist Sie bei der Übertragung des Schalls ein erbesteht aus drei flü ssigkeitsgefüllten heblicher Schallenergieverlust durch Räumen, die schneckenförmig aufgerollt Reflexion am ovalen Fenster auftreten würde. Dem wirken die Hebelwirkung sind (Länge ca. 4 cm ), der Scala vestibuli, Scala media und Scala tympani. der Gehörknöchelchen und vor allem der Flächenunterschied zwischen Trom- Die Scala vestibuli beginnt mit dem ovalen Fenster und geht an der Spitze der melfell und ovalem Fenster (Relation Schnecke {Helicotrema) in die Scala 17: 1, Druck ist Kraft pro Fläche!) enttympani über. Die Scala tympani endet gegen, wodurch es zu einer Schal lveram runden Fenster der Cochlea. Sowohl stärkung um I0- 20 dß kommt. Scala vestibuli als auch Scala tympani ll Schallabschwächung: Da zu laute sind mit natriumreicher Perilymphe Gerä usche das Innenohr schädigen würgefüllt, einem Ultrafiltrat des Blutplasden, können sich die beiden Mittelohrmas. In der Scala media befind et sich muskeln (M. stapedius, M. tensor kali umreic he Endolymphe, die kein tympani) kontrahieren und damit die Ultrafi ltrat des Plasmas ist, sondern in Schwingungsamplituden der Gehörknöder Stria vascularis durch aktive Sezerchelc hen mindern. Der M. stapedius wird vom N. facialis innerviert, weshalb nierung von K+ (N a+-K+-2CJ--Cotrans-

Scala vestibuli und Scala media werden durch die Reissner-Membran voneinander getrennt, zwischen Scalamedia und Scala tympani sitzt die Basilarmembran (I Abb. I). Die Basilarmembran

Die Basilarmembran trägt den sensorischen Apparat, das sog. Corti-Organ. Dort finde n sich eingebettet in Stützzellen eine Reihe von inneren Haarzellen (sekundäre Sinneszellen, ca. 3500) und drei Reihen von äußeren Haarzellen (ca. 12 000) . Die inneren Haarzellen sind synaptisch mit afferenten, myelinisierten Nervenfasern verbunden, die zum Ganglion spirale ziehen. Nur I0 %der afferenten Nervenfasern sind synaptisch mit den äußeren Haarzellen verbund en; die Fu nktion der Afferenzen ist unbekannt. Zusätzlich werden die äußeren Haarzellen efferent

Das auditarische System

versorgt und damit in ihrer Empfindlichkeit reguliert. Das gesamte Corti-Organ wird von der sog. Tektorialmembran abgedeckt; beide werden von Endolymphe umspült (I Abb. 2). Gerät die Gehörknöchelchenkette durch einen Schallreiz in Schwingung, bewegt sich die Fußplatte des Stapes im ovalen Fenster vor und zurück. Dies überträgt di e Schallwellen auf die Innenohrflüssigkeit und damit auch auf die Basilarmembran. Die wellenförmige Ausbreitung des Schalls über der Basilarmembran wird als Wanderwelle bezeichnet. Da die Basilarmembran eine zum Helicotrema hin abnehmende Steifigkeit aufweist, gibt es für jede Frequenz einen Ort auf ihr, an dem sich ein Amplitudenmaximum der Wanderwelle ausbilden wird. Die dort befindlichen Haarzellen werden also frequenzabhängig maximal gereizt (Ortstheorie). Das ZNS wertet für die Bestimmung der Tonhöhe (Frequenz) zwei Muster der Hörnervenentladungen aus:

t Ortsanalyse: Jede Frequenz bildet an einem Ort der Basilarmembran ihr Amplitudenmaximum aus. t Periodizitätsanalyse: ln Nachbarschaft zum Amplituden· maximum werden sich kleinere Wellen auf der Basilarmembran ausbilden. Der Abstand vom Amplitudenmaximum ist entsprechend der Frequenz genau eine Periodendauer (Abstand zwischen zwei Wellen), das Gehirn kann aus diesem Muster von Haarzellentladungen die Frequenz ausrechnen. Auf der Basilarmembran haben hohe Frequenzen nahe dem ovalen Fenster (basal) und tiefe Frequenzen am Helicotrema (apikal) ihre Maximalauslenkung.

Signaltransduktion

jede Haarzelle trägt auf ihrer Oberfläche etwa 80 Stereovilli (früher Stereozilien), die durch feine Eiweißfäden (Tip links) miteinander verbunden sind. Jeder Tip link hat Verbindung zu einem lonenkanal, der durch Zug am Tip link mechanisch geöffnet werden kann. Einige Stereovilli der äußeren Haarzellen sind mit der Tektorialmembran verbunden, die Stereovilli der inneren Haarzellen berühren die Tektorialmembran dagegen nicht. Wird eine Schallwelle auf die Basilarmembran übertragen, so versetzt dies die Stereovilli der äußeren Haarzellen in Scherbewegungen. Die Tip links werden dadurch gespannt und wieder entspannt, was zum mechanisch bedingten Öffnen und Schließen von mechanosensitiven Kationenkanälen führt. Aufgrund der Differenz aus Endolymphpotential (+80 mV) und dem Potential der äußeren Haarzellen (- 70 mV) strömt K+aus der Endolymphe in die äußeren Haarzellen ein und führt zu einem RezeptorpotentiaL Das Protein Prestin ändert in Abhängigkeit vom aktuellen Membranpotential seine Konfiguration und führt zu vertikalen Längenänderungen der äußeren Haarzellen. Durch diese oszillie· renden Längenänderungen, die die gleiche Frequenz wie der Schallreiz haben, wird die Tektorialmembran über den angewachsenen Stereovilli auf und nieder bewegt. Dies ver-

Reissner- -----, ',, Membran

96 I 97

',

Scala

vestibull (Perllymphe}

Scala tympanl

(Perilymphe} Basilarmembran I Abb. 2: Aufbau der Coc hlea. [28]

stärkt in einem lokal begrenzten Bereich die Wanderwelle und die Endolymphbewegung unter der Tektorialmembran, was nun die Stereovilli der inneren Haarzellen in Scherbewegungen versetzt. Auch hier werden durch den Zug der Tip links K+-Kanäle geöffnet. Kalium strömt, getrieben von der Potentialdifferenz zwischen Endolymphe (+ 80 mV) und innerer Haarzelle (-50 mV), in die innere Haarzelle ein; die daraus folgende Depolarisation führt zur Öffnung von spannungsabhängigen Ca 2+-Kanälen. Der Ca 2+-Einstrom leitet die Ausschüttung des Transmitters Glutamat am basalen Pol der inneren Haarzelle ein, wodurch der Hörnerv erregt wird.

Zusammenfassung X Aufgaben des Mittelohrs sind eine Impedanzanpassung sowie der Schutz vor schädigenden Schall- . ereignissen. X Das Innenohr besteht aus drei gewundenen Kanälen, die mit zwei verschiedenen Flüssigkeiten {Endolymphe, Perilymphe) gefüllt sind. X Die Basilarmembran ist Sitz der Sinneszellen (Corti-Organ). X Nach Übertragung des Schalls bildet sich auf der Basilarmembran im Innenohr eine Wanderwelle aus. X Im Bereich des Wanderwellenmaximums werden die äußeren Haarzellen erregt und erfahren aktive, oszillierende Längenänderungen, was lokal die Wanderwelle verstärkt. X Werden die inneren Haarzellen erregt, so führt dies zu einer Ausschüttung des Transmitters Glutamat und damit zu der Erregung des Hörnervs.

lilörprüfungen und Pathologie Hörprüfungen

Durch Hörprüfungen lassen sich Hörschäden aufdecken, die ihren Ursprung entweder im Mittelohr (Schallleitungsstörung) oder im Innenohr bzw. in der sich anschließenden Hörbahn haben (Schallempfindungsstörung): Subjektive Methoden: Stimmgabel· verfahren, Tonaudiometrie. Das Untersuchungsergebnis ist von der Kooperation des Patienten abhängig. I) Objektive Methoden: Recruitment· Test, elektrische Reaktionsaudiometrie, evozierte otoakustische Emissionen, evozierte Potentiale, Hirnstammaudiometrie, Stapediusreflex·Prüfung u. a.

findun gsschwerhörigkeit, die nicht zur Taubheit führt, kann Rinne aber auch positiv sein . I Rinne negativ: Der Ton wird vor dem Ohr nicht gehört. Die Störung betrifft die LL, d. h. das Mittelohr.

Normalhörende verstehen Umgangssprache im Abstand von > 6 m zum Gesprächspartner noch immer klar. Muss der Abstand auf 4 - 6 m verkleinert werden, liegt eine geringgradige, bei 1-4 m eine mlttelgradige und bei 0,3 - 1 meine hochgradige Schwerhörigkeit vor. Darunter besteht eine an Taubheit grenzende Schwerhörigkeit.

Normalbefund der Stimmgabelprüfungen· Weber symmetrisch und Rinne positiv. •

I)

Für die Untersuchungen ist folgende Unterscheidung wichtig: I)

Luftleitung (LL): Der Schall erreicht

Stimmgabelverfahren Tonschwellenaudiometrie

Für die Stimmgabelprüfungen wird meist eine Stimmgabel mit 440 oder 512 Hz verwendet. Für die Überprü· fung der LL wird die Stimmgabel mit I 0 cm Abstand vor den Gehörgang gehalten, bei der Überprüfung der KL setzt man die Stimmgabel direkt auf den Schädelknochen auf. Weber-Versuch Durch Aufsetzen der Stimmgabel auf die Schädelmitte wird die KL beider Ohren direkt miteinander verglichen:

über äußeres Ohr, Gehörgang und Mit· telohrdas Innenohr. Für die LL müssen also sowohl Mittelohr als auch Innenohr intakt sein. I Normalhörende und seitengleich I) Knochenleitung {KL): Der Schall lnnenohrschwerhörige: Ton wird vom erreicht über die Schwingungen der Patienten auf beiden Ohren als gleich Schädelknochen direkt das Innenohr, laut empfunden. das Mittelohr wird ausgespart. I) Einseitige Schallleitungsstörung: Der Patient hört den Ton auf der er· Man kann folgende Störungen diagnoskrankten Seite lauter, er lateralisiert tizieren: damit zur erkrankten Seite. Aufgrund einer Mittelohrschädigung kann der I) Schallleitungsstörung: Hierbei ist Schall das Innenohr nicht verlassen. Da das Mittelohr beeinträchtigt, so dass der der Schalllänger auf das Innenohr einSchall nicht über das Mittelohr in das wirkt, wird der Ton auf der betroffenen Innenohr gelangen kann. Die LL ist ein· Seite lauter empfunden. geschränkt, die KL intakt. Ursachen sind I) Einseitige SchallempfindungsMittelohrentzündung, Otosklerose (Ver- störung: Der Patient hört den Ton auf der gesunden Seite lauter. knöcherung mit Fixierung des Stapes am ovalen Fenster) oder das Tragen von Rinne-Versuch Ohrstöpseln. Beim Rinne· Test werden beide Ohren I Schallempfindungsstörung: Bei einzeln und nacheinander geprüft. Die einem cochleären Schaden sind die Stimmgabel wird zunächst auf das Mas· Haarzellen des Innenohrs durch Schalltoid aufgesetzt (KL); wenn der Ton aus· trauma, Abnutzung oder Medikamente geklungen ist, wird die Stimmgabel vor (Antibiotika, Zytostatika, Diuretika) den Gehörgang geführt, um nun die LL beschädigt. Eine retrocochleäre (neuro· zu überprüfen. Zwei Testergebnisse sind nale) Störung kann u. a. durch ein Akus· möglich: tikusneurinom verursacht sei n. ~ Rinne positiv: Der Ton wird vor dem Ohr wieder gehört, was für einen Normalbefund spricht. Bei einer Schallemp-

Bei der Tonschwellenaudiometrie wird zunächst die LL über einen Kopfhörer separat an jedem Ohr einzeln getestet. Dafür werden unterschwellige Töne verschiedener Frequenzen angeboten die in ihrem Schalldruck schrittweise ' erhöht werden, bis der Patient den Ton hören kann. Das gleiche Prinzip wird auch für die KL angewendet, für die ein Vibrationsaufsatz am Mastoid Schall überträgt. Die Hörschwellen des Patienten werden für jede Frequenz getrennt für LL und KL in einem Diagramm aufgetragen (I Abb. I). Auf der Ordinate (y-Achse) lässt sich dann der Hörverlust im Vergleich zu Normalhörenden ablesen: liegen die Werte bei 0 dB, so weicht der Patient nicht von der normwertigen Hörschwellenkurve ab. Recruitment-Test

Bei Geräuschen, die einen Schalldruckpegel von < 60 dB aufweisen, dienen die äußeren Haarzellen als Verstärker Geräusche > 60 dB reizen die innere~ Haarzellen direkt. Mit dem Recruit· ment-Test kann zwischen cochleärer und retrocochleärer Schallempfindungsstörung unterschieden werden. ~

Cochleäre Schallempfindungsstörung: Bei untersc hwelligen Reizen (< 60 dB) kommt es durch die fe hlende

Verstärkerfunktion der äußeren Haarzel· Jen zum Hörverlust Bei Überschwelligen Reizen( > 60 dB) kommt es dagegen zu einer vorzeitigen maximalen Erregung der inneren Haa rzellen (feh lende Dämpfung der äußeren Haarzellen) und damit zu einer herabgesetzten Unbehaglichkeitsschwelle sowie zu einem überproportionalen Lautheilszuwachs (Recruitment).

Das auditarische System

~

Retrocochleäre Schallempfindung:

Bei einer Läsion der Hörbahn (Schwerhörigkeit) führen sowohl unter- als auch überschwellige Reize zu einem Hörverlust (Recruitmem negativ).

a -1o ,-----,------,-,-,-,--,--,--,-,--, 0 ~~-4-~~+1~~ 10 - -- -t.:::__::_ __ f-:<

0 ~~~·--+-~~~~ 1o r--r~--+-~-r+--1~

1

2o r--r--6~*-~-r+--1~

3o r--r-+-~-r~-r~

.S 40 r--r-+--1-r-r~-r~

Joo--o-~--4-~-r+=~,~ .S 40 r--r-+---J-~--'f-+-!--!-1

~ 50 ~~~--+-r+~~-t-1

S

]

]

I

~

~~ r--r-+--+-r+-r~~ ao r--r-+--+-r+-r~~

1 1.5 2 3 4

120 L__j 0.2_5_ 0.1. .5_ L 1 --' 1.5_ 2c...,.. J __L4_ .6L..L 8 _j 12

6 8 12

Frequenz in kHz

Frequenz in kHz

d

.~

~ Transitorisch

evozierte otoakustische Emissionen: Nach kurzem akus-

tischen Reiz wird die cochleäre Antwort mit einem Mikrophon am runden Fenster gemessen. Ist kein Schall messbar, so spricht dies für eine Schädigung der äußeren Haarzellen. Therapie der Innenohrschwerhörigkeit Hörgeräte behandeln die Symptome der Schwerhörigkeit, nicht die Schwerhörigkeit selbst. Dabei wird großen Wert auf die Wiedererhaltung des Sprachverstehens und damit der Kornmunikationsfähigkeit des Patienten gelegt. Ein Hörgerät ist dann von Nöten, wenn in mindestens einer Frequenz des Hauptsprachbereichs ein Hörverlust von ~ 30 dB vorliegt. Betroffene Kinder sollten sehr früh ein Hörgerät erhalten, da sich sonst Defizite bei der Sprachentwicklung einstellen. Ein Hörgerät besteht aus einem Schallempfänger (Mikrophon), einem Audioprozessor (Bearbeitung des Schallsignals) sowie

'

40

90 100 110 120

110 r--r-+--+-+-r~-++-1 1 20 L__j__j__ 0.25 0.5

1 1.5 2 3 4

6 8 12

jt I

,'.,

/ /

I

0.25 0.5

10 Frequenz in kHz

Frequenz in kHz

Luftleitung 1o r--r-+--+--1-r~-+~ 20 ~~~-+-+-r~-+~

~ 3o r--r~ ~~~-r~-+~

.s 4o ~-t-~-W+-H-+-H

~ so ~-r-+-+-+~~~~

l ~~ r-'--~~-*4-~-r+4~ I

I

0-. '

'

5

ao r-+~--~~++-r+~ 9o r--r-+-~-r~~~~

nachweisbare Spontanaktivität der äußeren Haarzellen.

'0_

~ 50 ~ 60 70 I 80

Evozierte otoakustische Emissionen

Spontane otoakustische Emissionen: Bei 30 % aller Normalhörenden

-10

10 20 ~ 30

_j___[___j___l_l__j____L_J

~

ao r--r-+--+4-r+4~~

100 r--r-~-~-r~~-H 110 r--r-+-~-r--~~~

__J._L__L_L__.l._.l~

0.25 0.5

Mit diesem objektiven Test kann man auch Patienten untersuchen, die nicht kooperativ oder nicht ausreichend kammunikationsfähig sind (Komapatienten, Säuglinge). Dem Patienten werden Klickreize angeboten und gleichzeitig akustisch evozierte Potentiale über dem Hirnstamm abgeleitet (s. S. 109) .

~~ r--r-+--+4-r+4~~ go r--r-+--~-r~-r~

100 r--r-+--+-r+-r~~ 110 r--r-+--+-r+-r~~ 1 20 L__L___j___

Hirnstammaudiometrie

so r--r~--+-~-r+--1~

I

90 ~~~--+-r+~~~

Die äußeren Haarzellen provozieren durch Kontraktion einen cochleären Schall, der durch das Mittelohr und den äußeren Gehörgang das Ohr wieder verlässt.

-10 .--,----,----,-,.,--,-,-,---,-,

b

2o r--r-+-~-r~-r~

~

981 99

r--+--1---+-t-+-+-+-1-f-"<1> 110 r--r-+--+-r+-r+--1~

100

120 ' - -7o_':-: 25- o=-L.5: - --:1 -! 1.-:5 2:---:3 _~4,-6~-:!8 --,' 12

- o- o- o- o-

Knochenleitung

~

I

Abb. 1: Tonschwellenaudiometrie. a) Normalbefund. b) Schallleitungsstörung. c) Schallempfindungsstörung, typi scher Verlauf bei Presbyakusis.

d) Schallempfindungsstörung mit C5-Senke, typischer Befund für Schall trauma . e) Patient mit Schallempfindungsstörung, der auf dem betroffenen Ohr auch eine Schallleitungsstörung hat (z. B. durch Mittelohrentzündung). [29]

Frequenz in kHz

einem Schallsender. Je nach Sender unterscheidet man LL- und KL-Hörgeräte. Bei ausgefallener oder hochgradig geschädigter Hörfunktion kommen Cochleaimplantate zum Einsatz. Dabei wird durch direkte Stimulation des Hörnervs ein Höreindruck erzeugt. Das System besteht aus einem extern gelegenen Sprachprozessor zur transkutanen Schallübertragung. Das Implantat ist im mastoidalen Knochenbett verankert, die Elektrode für die Hörnervenstimulation

in der Scala tympani. Ein möglichst früher Implantationszeitpunkt ist für einen normalen Hör- und Spracherwerb entscheidend (Voraussetzung: intakter Hörnerv).

Zusammenfassung X Durch Hörprüfungen kann eine Schallleitungs- von eir:Jer Schallempfindungsstörung abgegrenzt werden. X Mittels der Stimmgabelprüfungen nach Weber und Rinne kann bei einem schwerhörigen Patienten zwischen Schallleitungs- und Schallempfindungsstörung unterschieden werden. X Mit Hilfe der Tonschwellenaudiometrie lassen sich Hörverluste genau bestimmen. X Die Recruitment-Überprüfung dient der Unterscheidung zwischen cochleärer und retrocochleärer Schallempfindungsstörung. X Bei Kindem sollten Hörgeräte oder Cochleaimplantate so früh wie möglich zum Einsatz kommen, um die Entwicklung der Sprache nicht zu beeinträchtigen.

Stimmbildung und Sprachverarbeitung Stimmbildung Unsere Stimme dient in erster Linie der Kommunikation. Dabei wird die Stimme selbst im Kehlkopf gebildet, während im Mund-Rachen-Raum (Ansatzrohr) Sprachlaute (Phoneme) gebildet werden. Der Kehlkopf (Larynx) ist aus mehreren Knorpeln aufgebaut (Ring-, Schild-, Aryknorpel und Epiglottis). Zwischen den Aryknorpeln und dem Schildknorpelliegen im Zentrum des Kehlkopfs die Stimmlippen, welche die Stimmritze (Glottis) begrenzen. Die Kehlkopfmuskulatur wird funktionell in drei Gruppen unterteilt:

t Stimmritzenerweiterer: M. cricoarytenoideus posterior t Stimmlippenspanner: M. cricothyroideus, M. vocalis t Stimmritzenschließer: übrige Kehlkopfmuskulatur_ Das Kräfteverhältnis zwischen Stimmlippenschließer und Stimmritzenöffner liegt bei3: 1.

Motorisch und sensibel wird der Kehlkopf durch die Äste des N. vagus versorgt. Dabei innerviert der R. externus des N. laryngeus superiorden M. cricothyroideus (Stimmlippenspanner). Alle anderen Muskeln werden vom R. externus des N. laryngeus inferior (N. recurrens) innerviert. Während der Atmung stehen die Stimmlippen in sog. Respirationsstellung und sind damit maximal nach lateral gestellt (I Abb. I).

Phonation Beim Sprechen und Singen werden die Stimmbänder durch die Kehlkopfmuskulatur zunächst einander angenähert. Phonatio nsstellung M edianstellung bds.

Respirationss tellung Lateralstellung bds.

Die Glottis wird fes t verschlossen, wodurch der Exspirationsdruck (500 Pa) vor den Stimmbändern ansteigt und diese für die Tonerzeugung auseinanderdrückt. Die Erzeugung des Tons erfolgt im Bereich der freien Schleimhautkanten des medialen Stimmlippenrandes, die durch die Exspirationsluft in Schwingungen versetzt werden. Dabei hängt die Frequenz der Schwingungen von der Frequenz des erzeugten Tons, d. h. von der Tonhöhe ab, die wiederum durch die Länge der Stimmbänder reguliert wird: je länger die Stimmbänder, desto tiefer der Ton. Der Exspirationsctruck bestimmt hingegen die Lautstärke. Die Grundfrequenz von Männem liegt etwa bei 100 - 160 Hz, von Frauen etwa bei 200- 390 Hz. Zum Vergleich: Das .hohe C"liegt bei 1097Hz.

Artikulation Die Sprache wird im Mund-RachenRaum artikuliert, wobei die Resonanzschwingungen direkt von der Form des Resonanzraums abhängen. Der Resonanzkörper setzt sich aus Lippen, Zunge, Weichgaumensegel, Pharynxwänden, Kehlkopf und Unterkiefer zusammen. Für die Nasallaute m, n und ng werden die Nasenhaupthöhlen als zusätzlicher Resonanzkörper rekrutiert. Man unterscheidet:

dert, dass nur bestimmce Frequenzen (Formanten) vorkommen. Unterschiedliche Frequenzen werden als unterschiedliche Laute interpretiert (z. B. 950 Hz als a, 400Hz als u). Artikulation von Konsonanten Konsonanten sind Schallereignisse mit buntem Frequenzgemisch. Sie entstehen als Reibelaute an einer.. Verengung (s) bzw. durch plötzliches Offnen eines Verschlusses (z . B. p, t) . Bei nasalen Lauten (m, n) wird der Resonanzraum bis in den Nasenraum vergrößert, da das Zäpfchen den Rachen nicht verschließt. Stimmbildung erfolgt im Kehlkopf, Artikulation im Mund-Rachen-Raum, beide sind also unabhängig voneinander. Wir könne.., daher jeden Text (Mund-Rachen-Raum) auf jede Melodie (Kehlkopf) singen.

Flüstern Bei der Flüstersprache werden die Stimmbänder nicht in Schwingungen versetzt, vielmehr wird ein von den Aryknorpeln erzeugtes Rauschen im Mund-Rachen-Raum zur Resonanz gebracht Auf ähnliche Weise können Patienten nach operativer Entfernung des Kehlkopfs "sprechen", wenn sie sich eine sog. Schnarre an den Mundboden ~-rücken oder verschluckte Luft aus dern Osophagus nach oben pressen (Ösophagussprache).

Sprachverarbeitung t Ton: Schwingung mit nur einer Fre-

quenz.

Im Kortex des ZNS bilden die auditarischen Zentren und das Sprachzentrum zen, wobei die einzelnen Frequenzen eine Einheit, was bedeutet, dass ohne ein Verhältnis ganzer Zahlen zueinander Gehör Sprache nicht verstanden und haben (Grundton, Oberton). dadurch nicht erlernt werden kann. Auch für das Sprechen selbst ist das GeArtikulation von Vokalen hör unerlässlich, da wir uns permanent t Um die Vokale a, e, i, o und u zu bilselbst kontrollieren. Bei etwa 95% der den, wird der Resonanzraum so veränMenschen ist die linke Hemisphäre die sprachdominante, bei den restlichen 5% liegt die sprachdominante Hemisphäre entweder rechts oder ist bilateral angelegt. t Klang: Schall mit mehreren Frequen-

I Abb . 1: Phonations stellung und Respirationsstellung der Stimm lippen. [81

t Sprachdominante Hemisphäre: Verarbeitung von Sprache, Kausalitäten und verbalem Gedächtnis. t Nicht sprachdominante Hemi·

/

Stimmbildung und Sprachverständnis

L

100

I 101

motorischer/ somatasensorischer Kortex

sphäre: Verarbeitung von Gestaltwahrnehmung, Tiefenwahr-

nehmung und nonverbalem Gedächtnis.

präfrontaler Kortex\

Die sprachdominante Hemisphäre liegt sowohl bei Rechts- als auch bei Linkshändern in den meisten Fällen links.

I

Motorisches Sprachzentrum

Um zu sprechen, muss das gedachte in ein gesprochenes Wort umgewandelt werden. Diese motorische Sprachbildung erfolgt im Broca-Areal (Areal 44 und 45 nach Brodmann, s. S. I 06), das sich im unteren Teil des präfrontalen Kortex befindet (I Abb. 2). Es bestehen enge Verbindungen zu dem Teil des primären motorischen Kortex, der für die Sprechmuskulatur zuständig ist.

I

I I

temporaler Pol

infer~temporaler Kortex

auditarischer Kortex

Sensorisches Sprachzentrum

I Abb. 2: Sprach regionen der sprachdominanten Hemisphäre. (nach [30))

Für Sprachverständnis und Worttindung ist das WernickeAreal (Areal 22 nach Brodmann) zuständig, das seinen Sitz von Broca- und Wernicke-Areal, so bezeichnet man dies als globale Aphasie. Die betroffenen Patienten sind nicht kommunikationsfähig. Eine Leitungsaphasie wird durch eine Störung im Gyrus angularis bzw. im Fasciculus arcuatus verursacht. Die Folge ist eine Trennung des sensorischen vom motorischen Sprachzentrum, so dass die betroffenen Patienten zwar gesprochene Sprache verstehen, einen Satz jedoch nicht wiederholen können. Bei Sprechstörungen ist die motorische Ausführung der Sprache gestört, die in Zusammenarbeit von Kleinhirn und ~ Der primär visuelle Kortex (Areal 17 nach Brodmann) erhält Hirnstamm koordiniert wird. die Informationen über das gesehene Objekt. ~ Im visuellen Assoziationskortex (Areal 18 nach Brodmann) sowie im Gyrus angularis erfolgt die Mustererkennung. ~ Die Benennung des Gegenstandes erfolgt im WernickeAreal. Hier wird das geeignete Wort für das Objekt gefunden. Zusammenfassung ~ Über den Fasciculus arcuatus gelangt die Information über X Die Stimmhöhe resultiert aus Vorspannung und das gefundene Wort zum Broca-Areal, wo die motorische Artikulation reguliert wird. Aus einem gedachten Wort wird Länge der Stimmbänder. ein gesprochenes. X Die Artikulation der Sprache erfolgt im Nasen-

im linken Schläfenlappen hat (wenn die sprachdominante Hemisphäre links ist). Über den sog. Fasciculus arcuatus sind Wernicke-Areal und Broca-Areal miteinander verbunden. Dem sensorischen Sprachzentrum angegliedert ist der Gyrus angularis, der Eingänge verschiedener Sinnesorgane koordiniert und damit an der Interpretation der Sprache beteiligt ist (I Abb. 2). Dadurch kann z. B. der Klang eines Satzes mit der Mimik des Sprechenden verglichen und interpretiert werden. Damit ein Gegenstand benannt werden kann, müssen die einzelnen Regionen der Sprachverarbeitung zusammenarbeiten:

Pathophysiologie Als Aphasie bezeichnet man eine zentrale Sprachstörung, die erst nach Abschluss der Sprachentwicklung auftritt. Eine Läsion des Broca-Areals führt zur motorischen Aphasie mit Störungen der Sprachproduktion und Artikulation. Die Patienten haben Probleme beim Nachsprechen und können sich auch nicht schriftlich äußern, das Sprachverständnis bleibt aber erhalten. Die sog. Wernicke-Aphasie führt zur sensorischen Aphasie mit Störung des Sprachverständnisses. Die Patienten sprechen zwar flüssig, aber ohne inhaltlichen Zusammenhang. Gesprochene, aber auch geschriebene Sprache wird nicht mehr verstanden, womit auch das sprachliche Denken gestört ist. Kommt es zu einem gleichzeitigen Ausfall

Rachen-Mundraum durch Veränderung des Resonanzraums. X Der Exspirationsdruck bestimmt die Stimmlautstärke. X Sowohl die absolute Länge der Stimmbänder als auch der anatomische Resonanzraum bestimmen die Stimmlage (Bass, Tenor, Alt, Sopran). X Die Sprachverarbeitung findet in einem sensorischen (Wernicke-Areal) sowie in einem motorischen Sprachzentrum (Broca-Areal) statt. X Störungen der Sprachverarbeitung führen zu Aphasie.

Vestibularorgan - Grundlagen und Signalverarbeitung Das Gleichgewichtsorgan besteht aus drei Bogengängen und zwei Makulaorganen (I Abb. I). Die Sinneszellen der Bogengänge reagieren auf Dreh beschleunigung, die der Makulaorgane auf Linearbeschleunigung.

Makulaorgane Sacculus un d Utrikulus li egen etwa senkrecht aufeinander.

Bei aufrechter Kopfhal tung liegt der Sacculus verti kal, der Utrikulus horizontal. Ih re Sinneszellen sind Haarzellen, deren Zilien in eine gallertartige Masse hineinragen, in die Kalzitkristalle eingelagert si nd . Diese sog. Otolithen erhöhen di e Dichte der Gallerte erheblich, so dass sie etwa doppelt so groß ist wie die Dichte der Endolymphe. Die Otolithenmembran rutscht bei Bewegungen des Kopfes unter dem Einfluss der Erdanziehung etwas über dem Sinnesepithel ab. Da die Zilien der Makulaorgane nicht gleichsinnig angeordnet sind, werden bei Kopfneigung immer einige Sinneszellen akr.iviert, andere hingegen inaktiviert. Adäquate Reize stellen damit neben der Erdanziehung auch Linearbeschleunigungen, wie siez. B. beim Autofahren auftreten, dar.

Bogengänge

Die drei Bogengänge stehen senkrecht aufeinander:

t Horizontaler Bogengang (Reiz: um die eigene Achse drehen) t Vertikaler Bogengang = vorderer vertikaler Bogengang (Reiz: Rhönrad fahren, Körper zur Seite neigen) t Sagittaler Bogengang = hinterer vertikaler Bogengang (Reiz: Vorwärtssalto, Rückwärtssalto). Die Sinneszellen der Bogengänge sind Haarzellen. Sie haben auf ihrer Oberfläche Zilien, die in eine gallertige Masse (Cupula) hineinragen. Die Cupula besitzt die gleiche Dichte wie die sie umspülende Endolymphe. Alle Zilien sind gleichsinnig angeordnet, bei Drehung werden alle Zilien der Haarzellen im betreffenden Bogengangaufgrund der Trägheit der Cupula in die gleiche Richtung ausgelenkt In den horizontalen Bogengängen führt eine Cupulaauslenkung in Richtung des Utrikulus (utrikulopetal) zu einer Steigerung der Impu lsrate. in den vertikalen und sagittalen Bogengängen führt eine Auslenkung der Cupula vom Utrikulus weg (utrikulofugal) zu einer erhöhten Entladungsfrequenz. Rechter und linker Bogengang zeigen dabei entgegengesetzte Impulsraten, d. h. steigt die Impulsrate des rechten Bogengangs an, so sinkt die Impulsrate des linken Bogengangs ab.

ln Schwer:elosigkelt funktlotderen nur die Bogengänge, die M• kulaorsane sind funktlonsuntOchtlg, da sie Im Normalfall durch den Dichteunterschied zwischen Otolithenmembran und €ndolymphe die Anziehungskraft der Erde ausnOtzen.

Signaltransduktio n

Die Haarzellen von Makula· und Bogengangsorganen haben auf ihrer Oberfläche etwa 50-80 Stereozilien sowie ein längeres Kinozilium. Durch Auslenkung der Stereozilien in Richtung Kinozilium werden di e zwisc hen ihnen liegende Eiweißfäden (Tip links) gedehnt und öffnen dadurch einen mechanosensitiven Kationenkanal, der aufgrund der Potentialdifferenz zwischen Endolymphe (K+-reich, + 80 mV) und Haarzelle (-75 mV) Kalium in die Haarzelle einströmen lässt (I Abb. 2). Das einströmende Kalium depolarisiert die Haarzelle, wodurch spannungsabhängige Ca2 +-Kanäle geöffnet werden. Der Kalzium einstrom fördert die Ausschüttung des Transmitters Glut-

Horizontal =hin, vel'llkal =weg Horizontaler Bogengang-+ Impulssteigerung bei Auslenkung der Cupula hin zum Utrikulua. Vorderer und hinterer vertikaler Bogengang -+ Impulssteigerung bei Auslenkung der Cupula weg vom Utrikulus.

Endolymphsack (Saccus endolymphaticus)

'' ''

seitlicher (horizontaler) Bogengang

Endolymphgang (Ductus endolymphaticus)

111 . Hirnnerv (N. vestibulocochlearis)

Rezeptorpotential

I

I

Vorhofnerv (N . vestibularis)

reuniens

Hörnerv

(N. cochlearis)

/

Ganglion vestibulare superiu s

Ganglion vestibulare inferiu s

I Abb. 1: Übersicht über das menschliche lnnenohr. [8 1

potentiale

I

Abb. 2: Signaltransduktion an den Haa rzellen des Ves tibu larorgans. Auslenkung der Stereovilli in Richtung des Kino zi lium s füh rt zur Depolarisation, Ausle nku ng vom Kinoziliu m weg zur Hyperpolari sa tion. (nach 130[)

~~L------------------------------------------------~D~a~s~v~e~s~t~ib~u~la~··r~e~S~ys~t~e~ m

102

I

103

amat und induziert dami t die Ausbildung eines EPSP an der

• Haltereflexe sorgen für die Aufrechterhaltung des Gleich-

postsynaptischen afferenten Nervenfaser.

gewichts, während der Kopf Lageveränderungen erfährt. Diese Lageveränderungen werden durch die Propriozeptoren der Halsmuskulatur (tonischer Nackenreflex) und durch die Vestibularorgane (tonischer Labyrinthreflex) registriert und an den Hirnstamm weitergeleitet. Als Reaktion darauf wird der Tonus der Skelettmuskulatur angepasst: Bei jeder neuen Körperhaltung ist eine andere Kombination aus angespannten und entspannten Muskeln notwendig. Z. B. wird durch Kontakt der Fußsohle mit dem Boden und Dehnung der Unterschenkelflexoren der Tonus des Beins erhöht. Ohne diesen Reflex wäre der aufrechte Gang nicht möglich. • Stellreflexe benötigen Informationen aus dem vestibulären und dem visuellen System sowie von den Propriozeptoren der Gelenke. Beim Aufrichten etwa wird zunächst der Kopf in die Grundposition gebracht (Labyrinth-Stellreflex), anschließend folgt der Körperstamm dem Kopf in die Normalstellung (HalsStellreflex).

Im Gleichgewichtsorgan werden im Unterschied zum CortiOrgan permanent Aktionspotentiale generiert. ln Ruhe beträgt die Aktionspotentialfrequenz etwa 80 APs pro Sekunde.

Eine Auslenkung der Stereozilien in Richtung des Kinoziliums (klnozilopetal) führt zur Öffnung von K•-Kanälen und zur Steigerung der lmpulsrate. Werden die Stereozillenvom Kinozlllum weg bewegt (klnozilofugal), so kommt er zur Senkung der lmpulsrate.

Zentrale Verarbeitung der vestibulären Signale Im Ganglion vestibuli vereinen sich die ersten afferenten Neurone, die eine synaptische Verbindung mit den Haar· zellen eingehen. Von dort aus zieht der N. vestibulocochlearis zum Hirnstamm und erreicht die Vestibulariskerne im Rhombenzephalon, die bilateral (d. h. gekreuzt und ungekreuzt) in den Ncl. ventralis posterior des Thalamus projizieren. Die Informationen gelangen anschließend zum vestibulären Kortex des Großhirns. Die Vestibulariskerne weisen zusätzlich folgende Verbindungen auf: • Vom lateralen Vestibulariskern (Deiters·Kern) ziehen direkte Verbindungen über den Tractus vestibulospinalis zu den spinalen Motoneuronen. Weitere Verbindungen gehen zu den Motoneuronen des zervikalen Rückenmarks und zu den Motoneuronen der Extremitätenmuskulatur (über Formatio reticularis und Tractus reticulospinalis), wodurch Reflexe der Stützmotorik sowie des Gleichgewichts vermittelt werden. • Um das Blickfeld konstant zu halten, folgt auf jede Kopfbewegung eine gegenläufige Augenbewegung. Dieser Stellreflex, aber auch der vestibulookuläre Reflex werden über Verbindungen zu den Augenmuskelkernen vermittelt (s. S. 104). • Verbindungen zum Lobus flocculonodularis des Kleinhirns regulieren die Stützmotorik. • Verbindungen zum Hypothalamus sind der Grund für die Symptomatik bei übermäßiger Stimulation des Gleichgewichtorgans (Übelkeit, Seekrankheit), wobei die Schwelle bei jedem Menschen unterschiedlich ist.

Nur Primaten nutzen das visuelle System für die statischen Reflexe. So können z. B. Nagetiere einenAusfall des Vestibularorgans nicht durch das visuelle System ausgleichen.

Statokinetischer Reflex Lässt man eine Katze fallen, so wird sie auf den Pfoten aufkommen. Diese sog. statokinetischen Reflexe werden durch Bewegungen ausgelöst und führen selbst zu Bewegungen, die den Körper und damit die Blickrichtung wieder in Normalposition zum Raum bringen. Auch der vestibulookuläre Nystagmus (s. S. 104) gehört zu den statokinetischen Reflexen.

Zusammenfassung W Bogengänge erfasseA Drehbeschleunigungen, Makulaorgane Linearbeschleunigungen. W Während der Signaltransduktion werden durch mechanische Scherbewegungen der Zilien mechano-

Statischer vestibulärer Reflex Der aufrechte Gang und die Stabilisierung der Blickstellung werden durch die statischen Reflexe gewährleistet, zu denen Halte- und die Stellreflexe gezählt werden:

sensitive Kationenkanäle geöffnet, was zu einer Depolarisation der Haarzellen führt. W Glutamat ist der Transmitter der Sinneszellen im Gleiehgewi chtso~gan .

w Zentral bestehen zahlreiche Verbindur:tgen zu den Vestibulariskernen. Vestibuläre, visuelle und propriozeptive Informationen bilden die Grundlage für statische und statokinetische Reflexe.

Vestibuläre Prüfungen und Pathologie Nystagmus

Als Nystagmus bezeichnet man eine Kombination aus langsamen Augenfolgebewegungen {Fixation) und einer schnellen Rückstellbewegung. Schaut man z. B. aus einem fahrenden Zug, so wird ein Objekt fixiert, bis es aus dem Blickfeld (Zug· Fenster) verschwindet. Durch eine schnelle Rückstellbewegung wird ein neues Objekt gesucht, das fixiert werden kann. Dieser sog. optokinetische Nystagmus erfolgt in Fahrtrichtung. Die Richtung des Nystagmus wird immer nach der schnellen Rückstellbewegung benannt.

Werden die Haarzellen des Gleichgewichtsorgans durch eine Drehbewegungen des Kopfes ausgelenkt, erfolgt die Cupulaauslenkung aufgrund der Flüssigkeitsträgheit entgegen der Drehrichtung und es kommt über zentrale Verschaltungen zu einem vestibulookulären Reflex mit vestibulärem Nystagmus. Die Verschaltung läuft dabei über denN. vestibularis zu den Vestibulariskernen in der Medulla oblongata. Von dort aus werden über den Fasciculus longitudinalis medialis Projektionen zu den ipsilateralen und kontralateralen Augenmuskelkernen gesendet. Der Nystagmus erfolgt immer entgegengesetzt der Cupulaauslenkung.

also vestibulookulär bedingt sein. Zusätzlich legt der Patient sein Kinn auf die Brust, wodurch der vertikale Bogengang in eine hori zontale Lage kommt. Durch Drehbewegungen wird nun bei der Anfangsbeschleunigung für I0 Sekunden ein vestibulookulärer Nystagmus in Fahrtrichtung ausgelöst, während weiterer Drehung treten keine Nystagmen auf unct nach abruptem Abbremsen kommt es zu Nystagmen entgegen der Fahrtrichtung [postrotatorischer Nystagmus) . Der rotatorisehe Nystagmus bei Drehbeschleunigung erfolgt in Fahrtrichtung, der postrotatorische Nystagmus nach dem Abbremsen erfolgt entgegen der Fahrtrichtung.

Bei der rotatorisehen Prüfung werden beide Gleichgewichtssysteme gleich zeitig stimuliert, wodurch man einen Einblick in das Zusammenspiel beider Vestibularorgane erhalten kann. Kalorische Prüfung

Durch Anwärmen oder Abkühlen der Endolymphe kann man Auslenkungen der Cupula erzeugen und somit einen Nystagmus auslösen {I Abb. 2): Eine Erwärmung dehnt die Endolymphe aus und lasst sie aufsteigen, eine Abkühlung erhöht die Dichte und lässt die Endolymphe damit absinken. Die thermischen Reize werden durch Spülung der Gehörgänge mit 30 oc kaltem bzw. 44 oc warmem Wasser erreicht. Vor der Untersuchung muss sichergestellt sein, dass das TrommelErregung [AP/s]

Vestibuläre Prüfungen Rotatorische Prüfung

linker Bogengang

601

30 0

Sitzt ein Patient auf einem Drehstuhl, so würden durch die Drehbewegungen beim Beschleunigen und beim Abbremsen vestibuläre Nystagmen ausgelöst werden {I Abb. I). Beim Beschleunigen wird die Cupula entgegen der Fahrtrichtung ausgelenkt (wie man beim Anfahren eines Autos auch in den Si tz gepresst wird), der Nystagmus erfolgt in Fahrtrichtung und hält etwa 10 Sekunden an. Genau so lange werden auch die Bogengänge ausgelenkt Beim Abbremsen erfolgt die Auslenkung der Cupula in Fahrtrichtung {beim Bremsen fällt man im Auto nach vorne), der sog. postrotatorische Nystagmus besteht für etwa 10 Sekunden entgegen der Fahrtrichtung. Parallel werden optokinetische Nystagmen durch die sich relativ zum Betrachter bewegende Umgebung ausgelöst, um die Um gebung fixieren zu können. Der optokinetische Nystagmus geht dabei in Fahrtrichtung. Um die rotatorisehe Prüfung korrekt durchführen zu können, bekommt der Patient eine sog. Frenzel-Brille aufgesetzt, die durch Sammellinsen von +20 dpt eine so starke Kurzsich tigkeit simuliert, dass der Patient kei ne Objekte in der Um gebung mehr fix ie ren kann. Die Entstehung eines optokinetisc hen Nystagmus ist damit nich t mehr möglich , alle unter diesen Bedingungen auftretend en Nystagmen müsse n

r=l0

.J \-.

10

20

30

,J

40

Zeit [s]

Erregung [AP/ s] rechter Bogengang

:~J d\------. ) 0

10

20

. ~

30

40

Zeit [s] Umdrehungen/s Rotation nach rechts

0,51 0 ~ · ----~----••----~----~·~----~.-~ 0 10 20 30 40 Zeit [s]

I Abb . 1: Antwort einer ves tibulären Haarzel le auf einen Drehbewegungsreiz. Bei Drehung nac h rec hts steigt ini tialdie Aktion spotentialrate des rec hten Boge nga ngs stark an und fällt dann innerh al b von etwa I 0 Seku nden auf die Ruhefre qu enz ab. Diese Beschleunigungs phase bedingt ei nen vestibulookuläre n Nystagmu s. Nac h dem Abbre mse n der Bewegung sin kt die Aktionspotent ia lfre quenz im rec hten Bogengang stark ab, was zum pos trotatori sc hen Nystagmu s führt. Der link e Boge ngan g verhält sich imm er gege nsinni g. Erst das Zusa mme nspiel aus rechtem und link em Bogengang ergibt für das ZNS die korrekte Int erp re tation .. Drehung nach recht s". l81

Das vestibuläre System

Lage des gespülten

X

Warmspülung

I

105

auf einer Linie gehen, so sieht er also eine Fallneigung zur kranken Seite hin. Besteht der Labyrinthausfalllängere Zeit, dann wird er durch Eingänge aus dem visuellen System ausgeglichen, in Dunkelheit oder beim Augenschluss (z. B. Pullover über den Kopf ziehen) kann es aber trotzdem zu Gleichgewichtsstörungen kommen.

Gehörgangs normal

104

Kaltspülung

I

Abb. 2: Schemazeichnung zur kalorischen Prüfung. Wird der horizontale Bogengang durch Warmspülung in Bauchlage gereizt, so steigt die Endolymphe auf und lenkt damit die Cupu la aus. Ka ltspülung in Bauchlage erhöht die Dichte der Endolymphe. Die Endolyphe sinkt ab und drückt die Cupula in die entgegengesetzte Richtung. X = gespü lte Seite.l16]

Beim einseitigen Labyrinthausfall treten ein Drehschwindel und Nystagmus zur gesunden Seite hin und eine Fallneigung zur kranken Seite hin auf.

fellintakt ist und keine Öffnungen aufweist, denn wenn die nach Kontakt mit dem Gehörgang nicht mehr sterile Flüssigkeit in das Mittelohr gelangen würde, könnte dies schwere Entzündungen hervorrufen. Der horizontale Bogengang ist anatomisch gesehen dem Gehörgang am nächsten gelegen und wird auch am ehesten von einer Temperaturveränderung erreicht. Damit die Endolymphe aufsteigen bzw. absinken kann, muss der horizontale Bogengang in eine vertikale Lage gebracht werden. Dies erreicht man durch Rückenlage (Kopf in den Nacken legen) oder Bauchlage (Kinn auf die Brust) . Spült man den Gehörgang mit 37 ac warmem Wasser, so wird kein Nystagmus ausgelöst, da dies ungefähr der physiologischen Temperatur der Endolymphe entspricht.

organeaus und deutet einen Seitenunterschied als Bewegung. Neigt man z. B. den Körper nach rechts, so steigt die Aktionspotentialfrequenz des rechten Vestibularorgans, die des linken sinkt. Eine einseitige Schädigung ist damit für den Betroffenen sehr viel störender und symptomreicher als eine beidseitige.

Morbus Meniere

Der M. Meniere ist durch die typische Trias Drehschwindel, Schwerhörigkeit und Tinnitus gekennzeichnet. Die Ursache liegt in einer Volumenzunahme der Endolymphe und einem Aufreißen der Reissner-Membran. Ursache kann eine übersteigerte Produktion in der Stria vascularis oder eine gestörten Resorption sein. Der M. Meniere selbst ist nicht heilbar, nur die Symptome können gelindert werden.

Labyrinthausfall

Fällt ein Labyrinth z. B. durch Trauma, eine Durchblutungsstörung oder durch toxische Noxen akut aus, dann treten starke Symptome wie Erbrechen und Übelkeit auf. Zusätzlich kommt es zu Drehschwindel und Spontannystagmen, die beide zur gesunden Seite hin zeigen, da das ZNS den Wegfall der einen Seite als Bewegung zum noch intakten Labyrinth wertet. Der Patient selbst hat das Gefühl, er falle zur gesunden Seite hin (obwohl er ganz gerade steht), und versucht diesen "Fall" auszugleichen, indem er sich zur kranken Seite lehnt. Lässt der Arzt den Patienten

Benigner paroxysmaler Lagerungsschwindel

Irrfolge eines Traumas, aber auch spontan bedingt können die Otolithenkristalle der Makulaorgane abgelöst werden, was Schwindel verursacht. Durch spezielle Lagerungsmanöver lassen sich die Kristalle wieder in ihre ursprüngliche Lage oder in eine nicht mehr irritierende Position verschieben.

Zusammenfassung

Ein normales Ergebnis besteht bei seitengleicher Anzahl und Amplitude der Nystagmen. Unter- oder Übererregbarkeit einer Seite ist Hinweis auf eine periphere Funktionsstörung bzw. einen LabyrinthausfalL

X Ein Nystagmus setzt sich aus einer langsamen Blickfolgebewegung und einer schnellen Rückstellbewegung zusammen. Die schnelle RücksteUbewegung gibt die Richt~ng des Nystagmus an. X Optokinetische Nystagmen werden vom visoellen, vestibuläre Nystagmen vom vestibulären System ausgelöst. X Rotatorische und kalorische Prüfungen dienen der Beurteilung des Gleich-

Erkrankungen des vestibu lären Systems

Das Gehirn wertet die Aktionspotentlaifrequenzen der beiden Gleichgewichts-

\

gewichtsergans und der Erfassung von Störungen. X Ein einseitiger Labyrirnthausfall führt zu einer schweren Symptomatik mit Drehschwindel, Nystagmen und Fallneigung.

Organisation der Großhirnrinde {Kortex) Funktionelle Einteilung

Die Großhirnrinde ist etwa I ,5 - 4,5 mm dick und hat durch ihre Windungen eine Oberfläch e von etwa 2500 cm 2• Histologisch besteht sie aus sechs Schichten. Makroskopisch unterteilt man den Kortex in vier Bereiche: t Frontallappen t Parietallappen t Temporallappen t Okzipitallappen.

I

Areal

Funktion

tionen , die dann von dort du rch das "Tor zum Bewusstsein " gelei tet werden.

1, 2, 3

Sensori scher Kort ex

4

Primärer Motorkortex

6

Sekundärer Motork ortex

Kortikale Felder

17

Primärer visueller Kortex

18, 19

Sekundärer vi sueller Kortex

22

Wernick e-Area l (Sprachvers tä ndn is)

41

Primärer auditarisch er Kortex

44, 45

Broca-Area l (motorisch e Sprachbildung)

t Motorische Felder t Sensorische Felder t Assoziationsfelder.

Tab. 1: Funktionen von einzelnen Brod m ann-

Arealen.

Mikroskopisch unterscheidet man:

fa sern als auch dem Eingang von Fasern aus and eren Kortexarealen. Aufgabe ist t Neokortex: 90% der Oberfläche, die Informatio nsübertragung zwischen sechs histologische Schichten. Phyloden einzelnen Kortexfeldern. genetisch jünger. t IV (innere Körnerschicht) : Hier t AJiokortex: I 0 %der Oberfläche, drei enden die spezifischen Ei ngänge, die histologische Schichten. Phylogenetisch zum Großteil aus dem Thalamus stamälter und nur im Inneren des Temporal· men und sensorische Informationen Iappens loka lisiert enthalten. t V (innere Pyramidenschicht): Sie Korbinian Brodmann teil te 1909 den besteht aus großen Pyramidenzellen, Kortex in 52 nach ihm benannte Areale die ihre Dendriten vertikal durch alle ein, denen man zum Teil spezifisc he Kortexschichten hindurch aussenden. Funktionen zuordnen kann (I Tab. l). Andere Dendriten werden in die Schicht IV ausgesendet, wo sie mit zahl· reichen hemmenden Synapsen (KorbDie histologischen Schichten zellen) verschaltet sind. Diese sollen des Neokortex gewährleisten, dass Informationen in Innerhalb des Kortex unterscheidet man ihren Bahnen bleiben. zwisc hen Schichten (Laminae, I Tab. 2) t Vl (Spindelzellschicht): In der inund sog. Säulen (Kolumnen), die vernersten Schicht verlassen kortiko thalatikal im Kortex angeordnet sind und mische Bahnen den Kortex und übergewährleisten, dass viele Informati onen mitteln somit dem Thalamus lnformagleichzeitig verarbeitet werden können. Korbzellen verhindern dabei über hemKortexschicht mende Transmitter, dass Impulse von einer Säule auf eine andere übersprin· I (Molekularsch icht) gen. II (äußere Körnerschicht) 11 1 (äußere Pyram iden schicht)

t I (Molekularschicht): Äußerste Schicht, die hauptsächlich aus den Dendriten der Pyramidenzellen und den Axonen der Sternzellen besteht (I Tab. 3). t II (äußere Körnerschicht}: Hier liegen dicht gepackte Körnerzell en und Pyram idenzellen. Aufgabe ist di e Informationsübertragung zwischen den einzelnen Kortexfeldern. t 111 (äußere Pyramidenschicht}: Mittelgroße Pyramidenzellen dienen sowoh l dem Ausgang von Kom missuren-

Funktionell lassen sich die Kortexareale unterteilen in

Die Assoziationsfelder konnten hierbei weder den motorischen noch den sensorischen Feldern zugeordnet werden und haben zur Aufgabe, Informationen aus den and eren Kortexarealen zu empfangen, diese zu analysieren und zu interpretieren (I Abb. 1). Assoziationsfelder enthalten keine primären Sinnesinformationen.

Hemisphären sind über Kommissurenfasern verbunden, Assoziationsfelder über Assoziationsfasern und subkortikale Strukturen über Projektionsfasem.

Limbischer Assoziationskortex

Dieses Arealliegt im vorderen Pol des Temporallappens, im vorderen Teil des Frontallappens sowie im Gyrus cinguli. Von hier aus werden andere Kortexareale aktiviert. Eine Verletzung in diesem Areal führt zur Antriebsminderung.

Funktion Aktivitä tsniveau, Bewuss tsein, Lernverhalten Interkortik al e Informationsvermittl ung Interkortik ale Informationsverm ittlung

IV (innere Körnerschicht)

Sensorische Afferenzen

V (innere Pyram 1denschicht)

Motori sche Elferenzen

VI Spindelzell sch icht

Elferenzen zum Th alamu s

I Tab. 2: Funkt ionen d es Neok o rt ex .

Schicht

Verbindungen

Transmitter

Pyramidenzellen

III , IV, V

Einzige Au sgangszellen des Kon ex!!

Exzit atorisch über Glutamat

Stern zellen

II, lV

Ze lltyp

Korbzellen

I

IV

Tab. 3 : Kortik ale Zelltypen .

Eingangszellen des Kortex, Eingä nge

lnhibitoriscl1 über GABA, wenige

v. a. aus dem Thal amus

exzit atorisch über Neurop eptide

Kortik ale Netzwerkstell e

lnhibitori scl1 über GABA

lntegrative Leistungen des ZNS

L

~~------------------------------------~~~~~~~~~~~ primärer somatoprämotorischer sensorischer Kortex (81) / Kortex primärer motorischer / posteriorer frontales Kortex (M1) / parietaler Augenfeld _.,- -~~'~ ,/ Kortex

primärer visueller Kortex (V1)

präfrontaler Assoziationskortex .. limbischer Assoziationshohere kortex auditarische Kortizes (A2)

parieto-temporookzipitaler Assoziationskortex

I Abb. 1: Hirnrinde mit motorischen, sensorischen und assoziativen Arealen. (nach [31])

106

I

107

Eingänge und Ausgänge des Kortex

Die kortikalen Afferenzen erhält die Hirnrinde aus dem Thalamus. Man fasst dabei die Interaktion zwischen Hirnrinde und Thalamus als thalamokortikales System zusammen. Bei den kortikalen Efferenzen werden drei Typen unterschieden: t Projektionsfasern: Sie ziehen zu subkortikalen Kerngebieten. t Assoziationsfasern: Sie projizieren in kortikale Areale der gleichen Hemisphäre. t Kommissurenfasem: Ihre Fasern ziehen über den Corpus callosum zu kortikalen Arealen der kontralateralen Hemisphäre. Beim sog. Split brain kommt es durch eine Durchtrennung der Kommissurenfasern zu einer getrennten Informationsverarbeitung und fehlender Interaktion zwischen beiden Hemisphären. Präsentiert man etwa einen Apfel im rechten Gesichtsfeld des Patienten, so kann dieser Gegenstand benannt und auch mit der rechten Hand ausgewählt werden, nicht jedoch mit der linken. Präsentiert man den Apfel im linken Gesichtsfeld, so wird er mit der linken Hand richtig ausgewählt, kann aber nicht benannt werden.

Präfrontaler Assoziationskortex

Verletzungen oder Infarkte in diesem Areal führen zu schweren Veränderungen der Persönlichkeit bis hin zur Ausbildung von Aggressionen, den Betroffenen fällt die Einhaltung von sozialen Normen schwer. Vom präfrontalen Kortex ziehen Verbindungen zum sensorischen und motorischen Kortex sowie zum temporalen und limbisehen Assoziationskortex. Weiterhin ist im präfrontalen Assoziationskortex das BrocaSprachzentrum lokalisiert [motorisches Sprachzentrum, s. S. 101 ).

Zusammenfassung

ac

dene Areale eingeteilt.

ac

Der Neokortex besteht aus sechs histologischen

ac

Der limbisehe Assoziationskortex ist für Motivation

Parieto-temporal-okzipitaler Assoziationskortex

Visuelle, motorische und sensorische Informationen werden in diesem Areal vereint, so dass die Stellung des Körpers im Raum analysiert werden kann. Mit diesen Informationen können Bewegungsabläufe kontrolliert werden. Zusätzlich spielt in diesem Rindenareal die Asymmetrie des Kortex eine große Rolle: Unabhängig von der Händigkeit ist meistens die linke die dominante Hirnhälfte. Mit der nicht dominanten Hemisphäre werden emotional besetzte Inhalte verarbeitet, wie zum Beispiel die Mimik unseres Gegenübers, aber auch räumliche Orientierung, musikalisches und künstlerisches Verständnis sowie subjektive Emotionen werden hier erzeugt.

Nach Brodmann wird der Neokortex in 52 verschie-

Schichten.

und Gedächtnis zuständig.

ac

Der präfrontale Assoziationskortex hat Sozialverhalten, Selbstkontrolle l!lnd motorische Sprachkontrolle zur Aufgabe.

ac

Im parieto-temporal-okzipitalen Assoziationskortex liegen in der dominanten Hemisphäre u. a. logisches Denken, sensorisches Sprachverständnis, Lesen, Schreiben und Rechnen. ln der nicht dominanten Hemisphäre hingegen liegen u. a. räumliche Orientie-

Bei einem Infarkt im Stromgebiet der A. cerebri media kann es zu einem sog. Neglect kommen. Fordert man die Patienten auf, beide Arme zu heben, so wird nur ein Arm bewegt. Eine Uhr wird nur zur Hälfte aufgemalt oder Patienten beginnen, nur eine Körperhälfte zu waschen oder gar anzukleiden. Diese Vernachlässigung der kontralateralen Körperhälfte fällt den Betroffenen gar nicht auf.

rung, Erkennen von Gesichtern, Interpretieren von Musik und Emotionen.

ac

Die Hauptafferanzen bezieht der Kortex über das thalamokortikale System .

Das Elektroenzephalogramm Das Elekroenzephalogramm (EEG) ist eine wichtige Methode zur Feststellung des Hirntods, zur Bestimmung der Anästhesietiefe oder zur Diagnostik von Anfallsleiden (Epilepsie). Tumoren, Durchblutungsstörungen und Medikamente können das EEG verändern. Mit Hilfe von auf der Kopfhaut platzierten Elektroden lässt sich die elektrische Aktivität des Kortex ableiten. Dabei werden postsynaptische Potentiale (EPSPs, IPSPs) gemessen. EPSPs und lPSPs führen durch Ionenstrom zu extrazellulären Spannungsänderungen (Feldpotentiale), die durch die Elektroden abgeleitet werden. Mit einem EEG können extrazelluläre Potentialschwankungen mit Frequenzen bis zu ca. 80Hz und Amplituden bis ca. 100 tJV dargestellt werden.

Ein positiver Ausschlag in der Aufzeichnung des EEG entspricht einem negativen extrazellulären Potential und damit einem positiven intrazellulären Potential (EPSP). Ein negativer Ausschlag lässt hingegen auf ein IPSP der Postsynapse schließen. Es gibt zwei verschiedene Methoden für die Ableitung:

a 8-13Hz

p 13-30Hz

G 4-7Hz

o0,5- 3 Hz

I Abb. 1: Verschiedene Wellenformen im EEG.

Das pathologische EEG Das Haupteinsatzgebiet des EEG ist die Epilepsiediagnos-

t Unipolare Ableitung zwischen einer differenten Elektrode

tik. Dabei werden durch eine erhöhte Erregbarkeit der kor-

auf der Kopfhaut und einer indifferenten Elektrode am Ohrläppchen. t Bipolare Ableitung zwischen zwei differenten Elektroden, die sich auf der Kopfhaut befinden. Als Erdung dient hier eine Ohrläppchenelektrode.

tikalen Neurone schnell unkoordinierte Entladungen erzeugt die zu einem epileptischen Anfall führen. Die Anfälle lassen ' sich grob einteilen in:

Die im EEG erscheinenden Wellenformen werden in fünf Gruppen eingeteilt (I Abb. I):

t a-Wellen: Dieser Grundrhythmus (8-13Hz) trittin körperlicher und geistiger Ruhe beim wachen Patienten mit geschlossenen Augen auf. Der Thalamus dient als Rhythmus· generator ("innere Uhr"), d. h. die auftretenden Wellen sind mit dem inneren Rhythmus synchronisiert. t ß-Wellen: Sinnesreize (Musik hören, Augen öffnen) und gerichtete Aufmerksamkeit (Rechnen) desynchronisieren die Wellen. Die Frequenz beträgt 13-30Hz, die Amplitude nimmt im Vergleich zu den a-Wellen ab. t 9-Wellen: Theta-Wellen sind synchronisiert und treten in der Einschlafphase sowei bei Kleinkindern im Wachzustand auf. Die Frequenz beträgt 4-7Hz. t 8-Wellen: Delta-Wellen haben den langsamsten Rhythmus (0,5-3 Hz) sowie die höchsten Amplituden und werden im Tiefschlaf erreicht. t y-Wellen: Gamma-Wellen zeigen eine Frequenz zwischen 30 und80Hz und treten bei hoher Konzentration auf (z. B. Lernen). Je gröBer die Aufmerksamkelt (Konzentration), desto höher die Frequenz und umso kleiner die Amplitude Im EEG.

t Generalisierter Anfall (Grand-mal-Epilepsie): Der Patient wird bewusstlos, hat anfangs eine tonische Zuckung, die anschließend in eine klonische Zuckung mit rhythmischen Zuckungen aller Extremitäten übergeht. Es kommt zu ßewusstseinsverlust, Zungenbiss, Einnässen und evtl. Stuhlabgang. Nach dem Anfall, der ca. drei Minuten dauert, sind die Patienten erschöpft und können sich nicht an den Vorfall erinnern (Amnesie) . t Fokaler Anfa11: Diese Form zeichnet sich durch eine umschriebene Aktivierung eines Neuronenverbandes aus, die auf einen Teil einer Hemisphäre beschränkt ist. Ist z. B. der motorische Kortex betroffen, so kann der Anfall zu unkontrollierten Zuckungen einer Extremität führen. Ein Bewusstseinsverlust tritt dabei nicht auf.

Charakteristische Potentiale bei epileptischen Anfällen zeigen Spikes[< 80 ms) und Sharp waves (> 80 ms), die getrennt aber auch als Komplexe auftreten können (I Abb. 2). Anh;nd der Frequenz und der Potentialmuster lässt sich dann der Epilepsietyp diagnostizieren.

Ein Epilepsiekranker hat nur Im Anfall ein pathologisches EEG, ein physiologisches EEG schließt daher eine Epllepaleerkrankun nicht aus. Ein Anfallliest sich medikamentös, durch AlkoholeiJ wlrkung, Ober Photoatlmulatlon, Hyperventilation und Schlafent.. zug provozieren.

lntegrative Leistungen des ZNS

Ein sog. Herdbefund entsteht im EEG über krankhaft veränderter Hirnsubstanz (z. B. Tumor, Infarktareal). Das EEG zeigt in diesen Arealen eine verlangsamte Frequenz und niedrige Amplituden. Für die Hirntodbestimmung gilt eine über 30 Minuten andauernde isoelektrische Kurve (sichtbar als gerader Strich) im EEG als sicheres Todeszeichen.

I

108

109

Die Erkrankung multiple Sklerose (MS, Encephalitis disseminata) führt autoimmun zum Abbau der Myelinscheiden und damit zur Vertangsamung der Nervenleitungsgeschwindigkeiten. Die Messung des evozierten Potentials kann dies durch verzögerte Latenzzeiten schon recht früh aufdecken (I Abb. 3). Überdies werden evozierte Potentiale für Sinnesprüfungen an Neugeborenen, Bewusstlosen und narkotisierten Patienten angewandt.

Evozierte Potentiale

Setzt man während einer HG-Ableitung sensible, visuelle oder akustische Reize, dann lassen sich nach einer Latenzzeit Spannungsänderungen darstellen, die den Umschaltstationen der afferenten Bahnen (Hörbahn, Sehbahn, sensible Bahn) entsprechen. Das entstehende evozierte Potential (EP) weist nur eine Amplitude von etwa 8 1N auf, die des EEG beträgt hingegen ca. 50 1..!V. Daher muss das EP mit Hilfe eines Mittelungsverfahrens (Averaging) sichtbar gemacht werden. Dazu werden mehrere hundert Messungen nacheinander erstellt und die Einzelmessungen durch einen Computer zu einer Kurve summiert. Werden positive Wellen summiert, so erhöht sich ihre Amplitude, positive und negative Wellen hingegen löschen sich gegenseitig aus. Die EEG-Kurven werden sich nach diesem Prinzip gegenseitig auslöschen. Das evozierte Potential ist nach einem angebotenen Reiz jedoch immer nach der gleichen Latenzzeit positiv oder negativ, so dass sich diese Kurven aufsummieren. Anhand eines EP kann man die Länge der Latenzzeit sowie die Übertragung der Signale bis hin zum Kortex verfolgen. Entsprechend den angebotenen Reizen unterscheidet man:

gesunder Proband

MS mit Retrobulbärneuritis links

-- ~- .riA {\ A · \J y ."_-

Stirn re . Auge

~

~

Stirn

-Ii. Auge

100

100

200

200

MS zwischen akuten Schüben

+~ ~ ir~uge Stirn -Ii. Auge

I

Abb. 3: Visue ll evozierte Potentiale beim Gesunden und bei einem Patienten mit multipler Sk lerose. [nach 1)

~~.,.-"---.--.....--,

100

rns

200

t Visuell evoziertes Potential (VEP) t Akustisch evoziertes Potential (AEP) t Somatasensibel evoziertes Potential (SSEP).

Zusammenfassung ac Mit Hilfe des EEG lässt sich die kortikale Aktivität in Form von Feldpotentialen ableiten.

ac Die Grundrhythmen des EEG sind a-, ß-, &-, 0- und y-Wellen.

ac Pathologische EEG-Ableitungen können während eines epileptischen Anfalls auftreten, aber auch bei so ms

I

,'"'

Abb. 2: a) Epilepsietypische Potentiale im EEG. b) Spike-wave-Komplexe. c) Poly-spike-wave-Komplexe. [32 )

Tumoren, zerebralen Durchblutungsstörungen und Hirntod.

ac Evozierte Potentiale zeigen die kortikalen Antworten auf sensible Reize. Um sie sichtbar zu machen, muss die Methode des Averagings angewandt werden.

ac Bei den evozierten Potentialen unterscheidet man visuell (VEP), akustisch (AEP) und somatasensibel evozierte Potentiale (SSEP).

lntegrative Leistungen des ZNS Schlafs sinken die Konzentrationen der t Assoziatives Lernen: Klassische aminergen Transmitter sehr weit ab, die Konditionierung wird im Versuch nach der cholinergen Transmitter steigt hin· Wach-Schlaf-Rhythmus, HormonsekrePawlow deutlich: Nachdem ein Hunct gegen bis auf das Niveau der Wachheit tion, Temperaturregulation und Darmimmer beim Fressen einen Glockenan, was zur Desynchronisation des EEG peristaltik unterliegen einer täglichen klang härte, zeigte er später eine gesteiin den REM-Schlaf-Phasen führt. Die Regelmäßigkeit, dem sog. zirkadianen gerte Speichelsekretion beim alleinigen regelmäßigen Zyklen der Schlafphasen Klang einer Glocke. Operante KondiRhythmus. Er wird durch endogene zerebrale Oszillatoren ("innere Uhr"] (I Tab. 1) laufen etwa5 - 7-mal pro tionierung fördert Lernvorgänge durch Nacht ab. Zum Morgen hin werden die vermirtelt, deren Neurone ihre MemBelohnung (positive Verstärkung) oder REM-Phasen länger (max. 30 - 50 Minu- durch den Wegfall von negativen Konbranleitfähigkeit in Abhängigkeit von ten) und der Deltaschlafwird nicht mehr sequenzen (negative Verstärkung). z. B. Tageslicht ändern. Der tägliche erreicht Spontanes Erwachen folgt meist t Nichtassoziatives Lernen: HabituaWechsel von Hell und Dunkel wird aus der REM-Phase, obwohl die Weckdurch ein Photopigment der retinalen tion bedeutet Gewöhnung an einen Rei Ganglienzellen (Melanopsin] registriert schwelle in dieser Phase recht hoch ist. (di_e K_irchenglocken stören nach einigerz und über den Tractus retinohypothalaZeit Dicht mehr beim Schlafen). Bei der micus an den Nd. suprachiasmaticus Bewusstsein Sensibilisierung führt ein plötzliches im Hypothalamus geleitet. Dieser wird Schreckereignis zur Umkehrung der Hazusätzlich durch Melatonin aus der Epi- Selbsterkenntnis, gerichtete Aufmerkbituation, zuvor nicht mehr wahrgeno:rnphyse moduliert, das bei Dunkelheit samkeit, Analyse von Erfahrungen, Ermene Reize werden wieder bewusst. stellen von Plänen sowie Verbalisierung t Kognitives Lernen: Fakten und vermehrt ausgeschüttet wird und den Hypothalamus inhibiert. Fehlt der regel- sind alles Charakteristika des BewusstEreignisse werden gelernt und im Wismäßige Wechsel von Hell und Dunkel, seins. Für seine Entwicklung muss sosensgedächtnis abgespeichert. läuft die innere Uhr in einem endogewohl ein mittleres Aktivierungsniveau nen Biorhythmus von etwa 25-32 vorhanden sein als auch die Zusammen- Assoziatives und nicht-assoziatives LerStunden weiter (ca. 1 Tag= zirkadian]. arbeit von kortikalen und subkortikalen nen werden im prozeduralen, impliStrukturen einwandfrei funktionieren. ziten Gedächtnis zusammengefasst. Die Aktivität wird über das ARAS Hierzu gehören alle Lerninhalte, die Wachen und Schlafen gesteuert. Zu niedrige Aktivität (Schlaf, sich ohne Beteiligung des Bewusstseins Während der Wachphase ist das sog. Narkose, Koma], aber auch übersteiger- einprägen (z. B. Fahrradfahren). Vor aufsteigende retikuläre Aktivierungssys- te neuronale Aktivität verhindern das allem subkortikale Strukturen sind Bewusstsein. tem (ARAS) aktiv und hält das dafür daran beteiligt [z. B. Basalganglien). Als notwendige Aktivierungsniveau aufdeklaratives, explizites Gedächtnis recht, indem die Thalamusneurene über Gedächtnis und Lernen wird das Gedächtnis für kognitive LernHirnstammafferenzen aktiviert werden. vorgänge bezeichnet, es umfasst das Bei den Lernformen unterscheidet man So wird die Übertragung von Sinnessemantische ("Paris ist die Hauptstadt signalen zum zerebralen Kortex ermög- grundsätzlich von Frankreich") und das episodische licht. Bei Müdigkeit nimmt die Aktivität des ARAS ab, die Thalamusneurone hyperpolarisieren und beginnen mit einem Eigenschaften Im EEG Schlafphase Dauer Besonderheiten Spontanrhythmus (Oszillationen]. Das Übergang o.-Well en zu I (Einschlafphase) < 5 Minuten Langsame, rollende AuARAS fasst mehrere Transmittersys9-Wellen (4- 7 Hz) genbewegungen, sehr teme zusammen: niedrige Weckschwelle Zirkadianer Rhythmus

t Acetylcholin aus Ne!. parabrachialis und Ne!. tegmentalis t Seroton in aus den Raphekernen t Noradrenalin aus dem Locus coeruleus t Histamin aus dem Ne!. tuberomamillaris.

II (Leichter Schlaf)

• 9-Wellen (4 - 7 Hz) • Schl afspinde ln • K-Kompl exe

111 (Tiefschlaf)

20 - 40 Minuten

• li-Wellen (0.5 - 3 Hz) • hohe Amplitud e • Sehr regelmäßige

IV (Deltaschlaf) (ortho-

Höchste Weckschwell; - -

li-Well en

doxer Schlaf, Non-REMSch laf) REM-Schlaf (paradoxer Schlaf)

Im Wachzustand sind sowohl aminerge (Noradrenalin, Serotonin) als auch cholinerge Neurone aktiv, im sog. NonREM-Schlaf sind beide Transmittersysteme gehemmt. Während des REM-

5 - 15 Minuten

10 - 30 Minuten

• P-Wellen • Desyn chronisation

• Rapid eye movement t Miosls

t Weckschwelle hoch • Muskeln atonisch • Erektionen

t Träume

I Tab. 1: Sch lafphasen in der Re ih enfolge ihre s Auftretens.

lntegrative Leistungen des ZNS

Gedächtnis (" Im Urlaub habe ich was erlebt ..."). Hierfür ist der Hippocampus die entscheidende Hirnstruktur. Unser Gedächtnis lässt sich nicht nur nach der Art der gelernten Information, sondern auch nach der Speicherdauer einteilen:

• Sensorisches Gedächtnis: Alle ankommenden Sinnesreize werden max. eine Sekunde gespeichert und durch Überschreibung mit neuen Sinneseindrücken gelöscht. • Kurzzeitgedächtnis: Die uns interessierenden Sinnesreize werden verbalisiert und damit für kurze Zeit abgespeichert (wenige Minuten). • Arbeitsgedächtnis: Gehört zum Kurzzeitgedächtnis. Durch Wiederholung werden Fakten bis zu drei Tage gespeichert. Weitere Wiederholung fördert die Übertragung ins Langzeitgedächtnis. t Langzeitgedächtnis: Das sekundäre Gedächtnis besitzt eine hohe Speicherkapazität über Jahre. Im sog. tertiären Gedächtnis werden wichtigste lnforma· tionen (z. B. der eigene Name) gespei· chert. Eine Gedächtnisstörung wird als Amnesie bezeichnet. Bei einer anterograden Amnesie ist die Übertragung vom Kurzins Langzeitgedächtnis gestört. Bei einer retrograden Amnesie kann man sich an die vor einer Hirnschädigung abgespeicherten Gedächtnisinhalte nicht mehr erinnern.

durch einen Einstrom von Na+und Ca2+ eine Vordepolarisation (EPSP) der Postsynapse. Eine AP-Serie führt zu einer stärkeren Depolarisation und damit zu einer Verdrängung der positiv geladenen Mg2 +-lonen nach extrazellulär. Durch die Öffnung des NMDA-Rezeptors kommt es zum Ca 2 +-Einstrom. Die Fol· gen sind:

110

I

111

Glutamat

• Die Synthese von NO stimuliert die präsynaptische Ausschüttung von Glutamat. t Eine Aktivierung der cAMP-Kaskade führt zur Induktion von Transkriptionsfaktoren (CREB =cAMP response-bin· ding protein). t Im Zellkern wird die Synthese von weiteren Rezeptoren gefördert. t Es werden Substanzen ausgeschüttet, welche die De-novo-Synthese von neuen Synapsen fördern.

Langzeitdepression führt zum Verlust von Informationen. Dabei lösen hohe Glutamatkonzentrationen eine 1P 3-Kaskade aus, die eine langfristige Desensitivierung der AMPA-Rezeptoren zur Fol· ge hat. Triebverhalten, Motivation und Emotion

Der Hypothalamus dient der Regulation von lebenserhaltenden Trieben. Die Befriedigung dieser Triebe (z. B. Durst, Hunger) soll die Abweichungen von Sollwerten ausgleichen.

I

Abb. 1: Molekulare Mechan ismen der Langzeit-

potenzierung.

I11

Das limbisehe System hingegen ist wichtig für Emotionen, Motivation und Lernfähigkeit Bei einer Läsion des Frontalhirns kommt es häufig zu einer Persönlichkeitsveränderung (oft Aggression) mit einer Antriebsminderung.

La ngzeitpotenzieru ng

Neuronewerden durch Langzeitpotenzierung leichter erregbar. Dafür wirkt der Transmitter Glutamat postsynaptisch an zwei Rezeptoren (I Abb. 1): Der ionotrope NMDA-Rezeptor wird durch Glutamat zwar aktiviert, bleibt jedoch geschlossen, da sein Kanal durch Mg2+·Jonen undurchlässig ist. Der iono· trope AMPA-Rezeptor lässt sich durch Glutamat direkt öffnen und bewirkt

Zusammenfassung • Ncl. suprachiasmaticus und Epiphyse sind an der Regulation des zirkadianen Rhythmus beteiligt. • Während des Schlafs ist die Aktivität des aufsteigenden retikulären Aktivierungssystems reduziert. • Die einzelnen Schlafphasen lasselil sich anhand ihres EEG-Musters unterscheiden. • Für das Fertigen von Gedächtnisinhalten ist Langzeitpotenzierung notwendig. • Der Hypothalamus reguliert lebenserhaltende Triebe, das limbisehe System Emotion, Motivation und Lernen.

-~

Fallbeispiele

114 116 118 120

Fall 1: Fall 2: Fall3: Fall4:

Kardiologie Augenheilkunde Endokrinologie Pulmologie

Fall 1: Kardiologie In Ihrer Arz[praxis stell t sich ein normalgewich tiger, 58 Jahre alter männlicher Patient vor. Er berichtet, bei Ar· beiten im Garten nicht mehr so leistungsfähig wie vor einigen Mona ten zu sein. Ihm werde dabei häufiger schwindelig. Seine Frau mache sich schon seit langem Sorgen und habe ihn daher zum Arzt geschickt. Der Blutdruck des Patienten liegt bei 160/ 85 mmHg, der Puls ist arrhythmisch und beträgt 88 Schläge pro Mi· nute. Zusätzlich fällt Ihnen auf, dass der Patient schnell au ßer Atem ist. Frage I: Welche diagnostischen Maßna hmen würden Sie als Näc hstes durc hführen? Antwort I : Auskultation und damit Bestimmung von Herzklappenfehlern, EK G zur Aufdeckung von Erregungsleitungsstöru ngen und Herzrhythmusstörungen, Röntgenaufnahme des Thorax , Ultraschall untersuch ung des Herzens.

Szenario 1 Bei der Auskultation des Patienten fällt Ihnen ein Strömungsgeräusch kurz vor dem I. Herzton auf, das ein Crescendo aufweist. Zusätzlich hören Sie einen Mitralöffnungston. Das Punctum maxi· mum des Strömungsgeräuschs liegt über dem 5. Interkostalraum links parasternal (I Abb. I). Prä systolikum 1. HT

l. HT MÖT Diasto likum

Szenario 2

Szenario 3

Sie leiten folgendes EKG (Ableitung nach Einthoven) ab (I Abb. 2):

Im transthorakalen Herzultraschall zeigt sich eine stark in ihrer Bewegung eingeschränkte Mitralklappe. Der linke Vorhof ist dilatiert, die Wände sind verdickt. Im Röntgen-Thorax sehen Sie folge ndes Bild (I Abb. 3):

A

II

II I

~

~-~~ V'

I

bJhV"

Al

A

~=r

!

N V' r- ~ ~q J

1

11

='-'

/'

~ ~1

'

1 Abb. 2[ 16]

I Abb. 1: Ihr Ausku ltationsbefund. Je höher die Amp litude, desto lauter das Geräusch. HT =Herzten, MÖT = Mitralöffnungston. (nach [5])

Frage 2: Welche Diagnose können Sie anhand des Untersuchungsbefundes stel· Jen? Frage 3: Wieso kommt es zu einem Mitralöffn ungston? Frage 4: Welche Klappenfehler sind Ihnen noch bekannt? Frage 5: Wann treten pathologische Herztöne auf?

Frage 6: Erklären Sie die Ableittechnik bei der Ableitung nach Einthoven. Ken· nen Sie noch andere Ableittechniken? Frage 7: Um welchen Lagetyp handelt es sich beim vorliegenden EKG? Frage 8: Wie würden die Ausschläge der ORS·Komplexe erwartungsgemäß in der Ableitung nach Goldberger ausfallen? Frage 9: Was fällt Ihnen sonst noch im EKG auf?

Frage 10: Wie kommt es pathophyslolo· gisch zur Vergrößerung des linken Vor· hofs? Welches physikalische Gesetz bringen Sie damit in Verbindung? Frage 11 : Weshalb kommt es zur Belastungsdyspnoe des Patienten? Frage 12: Ihr Patient fragt nach, ob bei ihm auch die Gefahr bestehe, "dicke Beine" zu bekommen. Sein Bruder sei herzkrank und habe diese unschönen Erscheinungen oft. Was antworten Sie?

b

I Abb . 3: Röntgen-Thorax bei höhergradiger Mitralklappenstenose. a) p. a. Aufnahme. [33] b) Schematische Darstellung. Ao - Aorta, PA • Pulmonalarterie, LAA • linkes Herzohr. [5]

Fall 1: Kardio log ie

114 1 115

Szenario 1

Szenario 2

Szenario 3

Anwort 2: Mitralklappenstenose. Antwort 3: Der Mitralöffnungston ent· steht durch den plötzlichen Stopp der Mitralklappenbewegung während der Öffnu ng (verursacht durch Verkalkung der Klappe) . Bei stärkster Verkalkung kann der Mitralöffnungston fehlen. Antwort 4: Es gibt grundsätzlich zwei Klappenfehler: Stenose und Insuffizienz. Bei der Stenose ist die Öffnung der Klappe beeinträchtigt, bei einer Insuffizienz kein vollständiges Schließen mehr möglich. Beide Klappenfehler können bei allen vier Herzklappen auftreten. Der häufigste Klappenfehler bei Erwachsenen ist die Aortenstenose. An zweiter Stelle steht die Mitralstenose. Ursachen der erworbenen Klappenfehler sind häufig eine Endokarditis (oft 10 -30 Jahre zurückliegend). Drogenabhängige zeigen hingegen häufig Trikuspidalklappenveränderungen, da bei i. v.-Drogenabusus neben der Drogensubstanz auch Erreger über das venöse System in die rechte Herzhälfte gelangen. Antwort 5: Pathologische Herztöne sind Zeichen einer Herzinsuffizienz. Der dritte Herzton tritt kurz nach dem 2. Herzton auf und entsteht durch die Füllung der Kammern. Der vierte Herzton liegt zeit· lieh gesehen kurz vor dem I. Herzton und entsteht durch die Vorhofkontraktion.

Antwort 6: Die Einthoven-Ableitung ist eine bipolare Ableitung, bei der die Elektroden oberhalb beider Handgelenke und oberhalb des linken Fußgelenks angebracht werden. In Ableitung I werden rechter Arm und linker Arm gegeneinander abgeleitet, in Ableitung II rechter Arm und linkes Bein und in Ableitung III linker Arm und linkes Bein. Die Ableitung nach Goldherger ist eine unipolare Extremitätenableitung. In der Ableitung aVF werden beide Armelektroden zusammengeschaltet und gegen die Beinelektrode abgeleitet. In der Ableitung aVR werden linker Arm und linkes Bein gegen rechten Arm und in aVL rechter Arm und linkes Bein gegen linken Arm abgeleitet. Die unipolare Thoraxableitung nach Wilson ermöglicht eine gute Beurteilung der Hinterwand des Herzens (horizontale Achse). Dabei werden die Elektroden an der Thoraxwand befestigt. Antwort 7: Steiltyp. Antwort 8: aVR: mittel bis groß, negativ; aVL: am kleinsten, negativ; aVF: am größten, positiv. Antwort 9: Im EKG fallt ein unregel· mäßiger Rhythmus auf. Es handelt sich um eine supraventrikuläre Extrasystole (SVES), die durch eine vorzeitig einfallende Vorhoferregung, gefolgt von einem schmalen ORS-Komplex, entsteht. Nach der Extrasystole wird der Takt des Sinusrhythmus verschoben [Phasenvorschub).

Antwort 10: Der Rückstau des Blutes vor der Mittalklappe führt zum Druckanstieg im linken Vorhof. Um dies zu kompensieren, hypertrophiert der linke Vorhof konzentrisch. Das gesuchte physikalische Gesetz ist das Laplace·Gesetz. T = Pun x (

~ } ~ Pun = T x ( ~ }

Wird das Myokard als Hohlmuskel mit dem Radius r und der Wanddicke d durch ein Volumen gefüllt, so baut sich ein Füllungsdruck Pun auf. Die Laplace-Beziehung besagt, dass der Druck Pun und die Wandspannung T proportional zueinander sind. Antwort 11 : Bei einer Druckbelastung des linken Herzens kann sich das Blut bis in den kleinen Kreislauf und somit in die Lunge zurückstauen. Typische klinische Zeichen einer Linksherzinsuffizienz sind dabei Lungenödeme und Dyspnoe (erschwerte Atmung). Antwort 12: Unterschenkelödeme sind ein Symptom der Rechtsherzinsuffizienz, bei der es zu einem Rückstau des Bluts in den großen Kreislauf kommt. Bei ihrem Patienten liegt jedoch eine Linksherzbelastung vor. Bei insuffizienter Kompensation durch Herzhypertrophie kann sich das Blut im kleinen Kreislauf stauen, die Folgen sind ein gesteigerter Lungengefäßwiderstand und pulmonale Hypertonie. Durch die Druckbelastung kann dann auch eine Hypertrophie des rechten Ventrikels entstehen. Wäre ihr Patient zu einem späteren Zeitpunkt in die Praxis gekommen, so hätten sich evtl. bereits Zeichen der Rechtsherzbelastung gezeigt: ~ Venenstauung im großen Kreislauf ~ Stauungsleber ~ Aszites (Flüssigkeitsansammlung in der freien Bauchhöhle) • Unterschenkelödeme.

Fall 2: Augenheilkunde Eine 48-jährige Patientin stellt sich in ihrer Augenarztpraxis vor, da sie unter Sehstörungen leide. Frage 1: Welche Ursachen kommen in Betracht? Antwort 1: Myopie, Hyperopie, Presbyopie, Glau kom, Gesichtsfeldausfall mit ne urologischem Hi ntergrund.

Szenario 1 Die Patientin berichtet, dass sie schon seit ihrer Jugend eine Brille für die Ferne trage. Diese hat sie jedoch schon länger nicht mehr nachkontrollieren lassen. Für den Alltag habe die Brillenstärke ausgereicht und einen Führerschein besitze sie nicht. In der Freizeit stricke sie gerne und habe dabei festgestellt, dass die Augen nachgelassen hätten. Sie machen mit der Patientln einen Sehtest. Dabei ergibt sich, dass der Nahpunkt bei I m und der Fernpunkt bei 2 m zum Uegen kommt. Frage 2: Wie groß ist die Akkommoda-

tionsbreite der Patientin, wie groß der Akkommodationsbereich? Frage 3: Welche Diagnose stellen Sie? Frage 4: Was für eine Brille benötigt die Patientin? Frage 5: Welche Brillenstärke verschrei· benSie der Patientin?

Szenario 2

Szenario 3

Die Patientin berichtet, abends beim Autofahren farbige Ringe um Lichter zu sehen. Tagsüber würde sie auf dem rechten Auge verschwommen sehen. Bei der Palpation der Augäpfel fallt Ihnen auf, dass der rechte Augapfel verhärtet ist. Bei der Messung des Augeninnendrucks ergibt sich linksseitig ein Druck von 19 mmHg und rechtsseitig von 78 mmHg. Bei der Spaltlampenuntersuchung erkennen Sie, dass der Kammerwinkel verlegt ist und die vordere Augenkammer sehr flach erscheint. Die perlmetrische Untersuchung ergibt ein ringförmiges Skotom des rech· ten Auges.

Im Anamnesegespräch erfahren Sie, dass die Patientin schon längere Zeit an Kopfschmerzen leidet. Außerdem habe sie das Gefühl, Scheuklappen zu tragen. Da Ihnen auffällt, dass die Patientin markante Gesichtszüge hat, haken Sie weiter nach. Sie erzählt, dass all ihre Ringe nicht mehr passen und ihre Schuhe auch drücken würden. Bei der körperlichen Untersuchung fallt Ihnen eine vergrö· ßerte Zunge auf.

Frage 6: Für welche Erkrankung spre-

chen die Befunde? Frage 7: Wie erklären Sie den Befund der Perimeter-Untersuchung pathophysio· logisch? Frage 8: Welche Therapie würden Sie vorschlagen?

Frage 9: Auf welche Diagnose weisen die Symptome hin? Frage 10: Wie erklärt sich der .Scheu· klappenblick"? Frage I I: Welche weiteren Gesichtsaus· fälle kennen Sie und wo sind die zugehörigen Läsionen der Sehbahn lokalisiert? Frage 12: Wie erklären Sie pathophysio· logisch die Symptome der Patientin bezüglich ihrer äußerlichen Veränderungen?

~--------------------------------------------~ Fa~I~I~2~:~A~u~ ge~n~h~e~i~ lk~u~n~ de

1161117

Szenario 1

Szenario 2

Szenario 3

Antwort 2: Akkommodationsbereich = Fernpunkt - Nahpunkt = 2 m - I m = 1m. Akkommodationsbreite = I/ Nahpunkt UFernpunkt = 1/ I - 1/2 = 0,5 dpt. Antwort 3: Die aus der Jugend bekannte Myopie der Patientin begründet den ins Endliche verschobenen Fernpunkt. Eine neu aufgetretene Presbyopie ist verantwortlich für den weiter in die Ferne gerückten Nahpunkt sowie für die Einschränkung der Akkommodationsbreite. Die Patientin hat somit eine Myopie in Kombi nation mit einer Presbyopie. Antwort 4: Da die Patientin sowohl eine Mypopie als auch eine Presbyopie hat, braucht sie für jeden Sehfehler eine eigene Brille. Heutzutage würde man ein Gleitsichtglas verschreiben, bei dem das Minusglas für die Myopie oben und das Plusglas für die Presbyopie unten in der Brille eingeschliffen ist. Antwort 5: Die Brillenstärke zur Korrektur der Myopie berechnet sich wie folgt: Der Fernpunkt der Patientin liegt bei zwei Metern. Dieser verschobene Fernpunkt wird mit der Brennweite f gleichgesetzt. Daraus ergibt sich: D = 1/ f = lh = 0,5 dpt. D ist hierbei der Dioptriewert, der dem myopen Auge "weggenommen" werden muss, da die Brechkraft des Auges in Relation zum langen Bulbus zu stark ist. Die Patientin benötigt also ein Minusglas mit - 0,5 dpt. Für die Berechnung der Brillenstärke zur Korrektur der Hyperopie werden folgende Überlegungen angestellt: Die Patientin hat ihren Nahpunkt bei einem Meter und eine Akkommodationsbreite von 0,5 dpt. Ihrer Linse fehlen l 0 dpt - 0,5 dpt = 9,5 dpt Brechkraft, um normalsichtig zu sein. Um dies auszugleichen, erhält die Patientirr ein Plusglas mit + 9,5 dpt. Übrigens: Wenn ein Presbyoper eine Lesebrille trägt, dann kann er damit nicht in die Ferne sehen. Sein neuer Akkom· modationsbereich errechnet sich aus dem altem Nahpunkt minus dem neuem Nahpunkt mit Brille.

Antwort 6: Engwinkelglaukom. Antwort 7: Durch Behinderung des Kammerwasserabflusses entsteht eine Steigerung des Augeninnendrucks, der die Netzhaut komprimiert und dadurch Schäden an der Papille (blinder Fleck) hervorruft. Es kommt zu einem Schwund der Optikusfasern, d. h. von Axonen der retinalen Ganglienzellen, von denen die meisten in einem Bogen auf die Papille zulaufen. Nur die Fasern zwischen Fovea centralis und Papille verlaufen geradlinig. Typischerweise werden die Nervenfasern mit bogenförmigem Verlauf als Erstes geschädigt, wodurch sich der ringförmige Gesichtsfeldausfall um die Fovea centralis herum erklärt. Antwort 8: Als Erstmaßnahme bietet sich die Engstellung der Pupille durch Parasympathomimetika an. Diese Acetylcholin-Agonisten wirken direkt auf die postsynaptischen cholinergen Rezeptoren und steigern den Tonus des Ziliarmuskels, so dass die Pupille verengt wird . Die Kontraktion des Muskels spreizt das Trabekelwerk und fördert damit den Abfluss des Kammerwassers in den Schlemm-Kanal. Als weitere Therapieoptionen kommen in Form von Augentropfen verabreichte Betablocker,
Antwort 9: Hypophysentumor mit endokriner Produktion von Somatotropin. Antwort 10: Wächst die Hypophyse durch einen Tumor (Adenom) über ein bestimmtes Maß hinaus, so übt sie Druck auf das Chiasma opticum deFSehbahn aus. Dies verursacht eine heteronyme, bitemporale Hemianopsie. Die medialen Fasern der Sehbahn werden irritiert, was das temporale Gesichtsfeld der Patientin beeinträchtigt. Antwort 11: t Läsion des N. opticus: Blindheit [Amaurosis) auf der gleichen Seite. t Läsion im Chiasma opticum: bitempo· rale Hemianopsie. t Läsion des Tractus opticus: homonyme Hemianopsie. t Läsion der Radiatio optica oder der primären Sehrinde: Quadrantenausfälle bis hin zur vollständigen homonymen Hemianopsie zur Gegenseite. Antwort 12: Der Hypophysentumor der Patientin produziert somatotropes Hormon (STH). Somatotropin fördert in ge· wöhnlichen Dosen das Längenwachstum, den Proteinstoffwechsel (Wachstum von Weichteilen), den Fettstoffwechsel, den Kohlenhydratstoffwechsel und das Im· munsystem. Bei einem Überschuss an Somatotropin resultiert eine Akromegalie mit Vergrößerung von Händen, Füßen, Nase, Kinn, usw. (I Abb. 1). Außerdem nimmt die Knochendicke zu und es kommt durch Weichteilwachstum zur Vergrößerung der inneren Organe (Splanchnomegalie). Bluthochdruck, Hy· perkalzurie sowie eine diabelogene Stoff· wechsellage sind weitere Symptome.

I Abb. 1: Charakteristische Vergrößerung der Hände bei einem Patienten mit Akromegalie im Vergleich zu einem Gesunden mit gleicher Körpergröße. (nach [28])

Fall 3: Endokrinologie In Ihrer Praxis stellt sich eine 23-jährige Jurastudentin vor. Sie berichtet, sich in letzter Zeit immerz u müde zu fü hlen_Oft werde es ihr schwarz vor Augen_ Im letzten Jahr habe sie Gewic ht verloren_ Was sie außerdem als sehr lästig empfinde, sei ein immerwährender Durst, der seit mehreren Wochen bestehe. Frage 1: Welche weiteren Fragen würden sie stellen? Frage 2: Welche Differentialdiagnosen kommen in Betracht? Frage 3: Welche Untersuchungen erachten Sie als sinnvoll? Antwort I: Wie lange bestehen die Symptome? Wie vielml Urin werden pro Tag etwa ausgesc hieden? Si nd in der Familie Erkra nkungen bekann t? Werden Medikamente eingenommen (v. a. Diuretika)? Antwort 2: Diabetes mellitus, Diabetes insipidus, Überfunk tion der Nebenschilddrüsen (Hyperparathyreoidisrnus) und psychogen bedingte Polydipsie. Antwort 3: Bestimmung von Kalzium, Kalium, Natri um, Glukose, pH-Wert und Osmolalität im Blut. Im Uri n sollten Glukosekonzentration, pH-Wert, Osmolalität und Ketonkörper untersucht werden.

Szenario 1 Die Patientirr berichtet, sie müsse tagsüber ca. alle 2-3 Stunden Wasser lassen und auch in der Nacht etwa 3- 4-mal aufstehen. Der Durst sei so quälend, dass sie etwa 8 Liter Flüssigkeit pro Tag trinke. Die Symptome bestünden seit 3 Monaten. Der Ernährungszustand der Patientirr ist unauffällig. Die Patientirr bejaht die Frage nach Kopfschmerzen. ln der Laboruntersuchung des Blutes fällt Ihnen eine erhöhte Plasmaosmolalität (340 mosmol/kg) auf. Die Urinosmolalität ist hingegen erniedrigt (225 mosmoV kg). Frage 4: Auf welche Erkrankung weisen die Symptome hin? Frage 5: Welche Auslöser gibt es für die Erkrankung? Frage 6: Wie erklärt sich physiologisch die große Urinmenge? Frage 7: Welche Störung des Wasserund Elektrolythaushalts liegt bei der Patientin vor? Frage 8: Welche Störungen des Wasserund Elektrolythaushalts sind Ihnen noch bekannt? Nennen Sie Beispiele.

Szenario 2

Szenario 3

Ihre Praxis ist sehr gut besucht, so dass die Patientin geraume Zeit warten muss, ehe Sie die Untersuchungsergebnisse mit Ihr besprechen können. Plötzlich kommt Ihre Sprechstundenhilfe ins Behandlungszimmer und berichtet Ihnen aufgeregt, die Patientirr sei im Wartezimmer kollabiert. Sie gehen sofort zu ihr. Die Herzfrequenz beträgt 11 0/ Minute, der Blutdruck 95/ 65 mmHg_Die Patientirr atmet schnell und stoßweise. Sie registrieren bei der Patientirr einen süßlichen und nach Nagellackentferner riechenden Mundgeruch, trockene Haut und einen sehr schlanken Ernährungszustand. Ihre Sprechstundenhilfe teilt Ihnen die zuvor routinemäßig bestimmten Parameter im Blut und im Urin mit: Blutglukose 380 mg/dl, pH 7,12, Uringlukose positiv, Ketonkörper im Urin positiv.

Die Patientirr berichtet, häufig stärkste, kolikartige Bauchschmerzen zu haben, die vor allem im Rücken und an den Ranken lokalisiert seien. Sie könne aufgrund von Übelkeit schon längere Zeit nicht mehr viel essen und habe daher im letzten Jahr 7 kg Gewicht verloren. Da sie jedoch im Examensstress sei, habe sie diese Beschwerden ignoriert Im Ultraschall fällt Ihnen ein gestautes Nierenbecken auf. Sie sehen einen Nierenstein im Bereich des Harnleiterabgangs, der wahrscheinlich ka!ziumhaltig ist. Im Labor sind die Serumspiegel für Kalzium Phosphat und Parathormon deutlich er- ' höht

Frage 9: Welche Verdachtsdiagnose erheben Sie? Frage I 0: Welche Akutbehandlung kommt zum Einsatz? Frage II: Zählen Sie die wichtigsten Aufgaben des Insulins auf. Welche Einflüsse fördern, welche hemmen die lnsulinsekretion? Was hat das Körpergewicht der Patientirr damit zu tun? Frage 12: Wie sind die Hyperventilation sowie der Mundgeruch der Patienti rr physiologisch zu erklären?

Frage 13: Welche Erkrankung vermuten Sie? Frage 14: In welcher Form liegt Kalzium im Körper vor? Frage t 5: Welche Hormone wirken auf den Kalziumhaushalt ein und welche Funktionen haben sie? Frage t 6: Wie erklären Sie sich pathophysiologisch die Nierensteine? Frage 17: Welche Therapie schlagen Sie der Patientirr vor? Über welche Risiken müssen Sie aufklären?

- I

L Fall 3: Endokrinologie ~~------------------------------------------~~~~~~~

1181119

Szenario 1

Szenario 2

Szenario 3

Antwort 4: Diabetes insipidus. Antwort 5: Beim zentralen Diabetes insipidus liegt eine Schädigung des Hypo· thalamus, der Hypophyse oder des Hypo· physenstiels vor, so dass zu wenig ADH produziert oder ausgeschüttet wird . Ursa· chen für die Schädigung können Entzün· dungen (Enzephalitis), Tumoren (Hypophysenadenom) oder Traumen (Schädelbasis· fraktur) sein. Beim renalen Diabetes insipidus sind die ADH·Rezeptoren am Sammelrohr ver· ändert, so dass ADH erst gar nicht wirken kann. Entweder ist diese Störung angebo· ren oder durch eine entzündliche Nieren· erkrankung verursacht. Antwort 6: Diabetes insipidus umschreibt die Unfahigkeit, Urin zu konzentrieren. Durch einen Mangel an ADH oder durch funktionsuntüchtige ADH·Rezeptoren kön· nen im Sammelrohr keine Aquaporine 2 eingebaut werden, Wasser wird nicht in ausreichender Menge rückresorbiert, es kommt zu Polyurie und Polydipsie, also zu starker Wasserausscheidung und Durst. Antwort 7: Die Patientin leidet an einer hypertonen Dehydratation. Da sie durch die starke Diurese viel hypotone Flüssigkeit ausscheidet, zeigt das Plasma eine hohe Osmolalität. Als Zeichen der De· hydratation würde man bei der Patientirr neben den angegebenen Kopfschmerzen zusätzlich trockene Haut sowie einen schnellen Puls erwarten. Antwort8: t Hypotone Dehydratation: Verlust von hypertoner Flüssigkeit, z. B. bei Durch· fallen. t Isotone Dehydratation: Verlust von isoto· ner Flüssigkeit, z. B. durch Blutung. t Hypertone Hyperhydratation: Durch Auf· nahme von stark hypertoner Flüssigkeit [z. B. Trinken von Meerwasser) kommt es zum Überschuss von Elektrolyten im Plasma. t Isotone Hyperhydratation: Aufnahme von isotoner Flüssigkeit, z. B. bei Infu· sion von Isotoner Kochsalzlösung. t Hypotone Hyperhydratation: Durch Auf· nahme von hypotoner Flüssigkeit [z. B. Trinken von destilliertem Wasser) kommt es zum Absinken der Plasma· osmolalität.

Antwort 9: Ketoazidose bei Diabetes mellitus Typ I, ausgelöst durch einen Insu· linmangel und damit verbundenen stark erhöhten Blutzucker (Hyperglykämie). Antwort 10: Als Erstmaßnahmen erfolgen eine Insulingabe sowie eine Flüssigkeits· und Elektrolytsubstitution. Eine manifeste Ketoazidose sollte intensivmedizinisch betreut werden, so dass die notfallmäßige Einweisung in ein Krankenhaus erfolgen muss. Eine Korrektur der Azidose durch Bikarbonat ist ab einem pH·Wert von klei· ner als 7, 1 anzustreben. Antwort 11: Durch Insulin wird vor allem der Blutglukosespiegel gesenkt, indem die Glukoseaufnahme in Leber·, Muskel· und Fettzellen (über GLUT 4) gefördert wird. Zusätzlich werden die Glukogensynthese, die Speicherung von energiereichen Substraten, die Liponeogenese, die Proteinbio· synthesesowie die Na··K· ·Pumpe stimu· liert, Glykoneogenese und Glykogenabbau dagegen gehemmt. Da die Patientirr im Rahmen ihres Diabetes mellitus Typ 1 an lnsulinmangelleidet, ist der Körper trotz ausreichender Nahrungszufuhr im "Hun· gerzustand". Der Stoffwechsel wird kata· bol, d. h. Fett und Glykogen werden abge· baut und die Patientirr verliert Gewicht. Die Insulinsekretion wird durch hohe Blut· zuckerwerte, gastrointestinale Hormone [GlP, Gastrin, Cholezystokinin, Sekretin) sowie durch Aktivierung des Parasympathikus gefördert. Eine Hemmung der Insulinsekretion erfolgt über Adrenalin, Noradrenalin und Somatostatin. Übrigens: Fettleibigkeit ist eher typisch für den Diabetes mellitus Typ 2. Durch Ernäh· rungsfehler wird bei dieser Erkrankung so viellnsulin ausgeschüttet, dass peripher als Down·Regulation die Insulin· Rezeptoren abgebaut werden und es zur lnsulinresis· tenz kommt. Antwort 12: Bei Insulinmangel überwiegt der katabole Stoffwechsel. Dabei werden Fette abgebaut, die über Acetyl·CoA in Ketonkörper umgewandelt werden. Diese sauren Ketonkörper führen zu einer meta· baUschen Azidose, die durch eine Hyperventilation respiratorisch ausgeglichen wird. Durch die sog. Kussmaul·Atrnung werden Atemtiefe und Atemfrequenz gesteigert, wodurch C02 abgeatrnet werden kann. Bei der Ketonkörperbildung fällt Aceton an, das den typischen Geruch des Atems verursacht.

Antwort 13: Hyperparathyreoidismus, d. h. eine Überfunktion der Nebenschilddrüsen. Antwort 14: Über 99% des Kalziums lie· gen in unseren Knochen als Hydroxylapatit gebunden vor. Damit ist weniger als 1 % im Plasma enthalten, wovon die Hälfte in frei· er Form vorliegt, der Rest ist an Plasmapro· teine gebunden oder in lösliche Komplexe mit anorganischen Anionen eingebunden. Antwort 1S: Parathonmon, Kalzitonin sowie Vitamin D (Kalzitriol). Kalzitrial hat die Aufgabe, Kalzium und Phosphat vermehrt aus dem Darm aufzunehmen und in den Knochen einzubauen. Die Kalziumausscheidung in der Niere wird hingegen reduziert. In der Summe wird der Kalziumspiegel im Serum erniedrigt. Kalzitonln fördert für Kalzium und Phos· phat die Resorption aus dem Darm sowie den Einbau in den Knochen. Zusätzlich wird die Ausscheidung der beiden Stoffe über die Niere gesteigert, der Serumkalziumspiegel sinkt. Parathormon aktiviert die Ostecklasten und mobilisiert damit Kalzium aus dem Knochen. In der Niere wird die Kalziumresorption gefördert, die Phosphatresorption dafür gehemmt. Der Serumkalzium· spiegel steigt an. Antwort 16: Da Parathormon den Kai· zlumspiegel im Serum erhöht, wird vermehrt Ca2• über die Niere filtriert. Außerdem fördert Parathormon die Phesphat· ausscheidung, so dass filtriertes caz+ und Phosphat 1m Harn aufueten, was das Lös· Iiehkeltsprodukt erhöht. Kalziumphosphat fällt aus und die Bildung von Nierensteinen wird gefördert. Antwort 17: Eine konservative Therapie besteht in einer ausreichenden Aüssigkeitszufuhr, körperlicher Aktivität (fördert Ca2•· Einbau in den Knochen) sowie einer be· grenzten Kalziumaufnahme. Da die Patlen· t1n noch jung ist, rät man ihr eine operative Therapie mit Entfernung der Nebenschlld· drüsen. Diese sollten jedoch niemals rest· los reserzlert werden, da es sonst neben den allgemeinen Operations· und Narkose· risiken zu einem Parathormonmangel kommen könnte. Das dadurch stark erniedrigte Serumkalzium steigert die neuromuskuläre Erregbarkeit, was sich durch Parästhesien (Kribbeln) und Tetanie mit Verkrampfung der Extremitäten (Pfötchenstellung) zeigt. Es können sogar generalisierte epileptische An1älle auftreten. Klinisch testet man die neuromuskuläre Übererregbarkeit durch Auslösen des sog. Chvostek·Zeichens. Bei Beklopfen des N. faclalls vor dem äuße· ren GeMrgang lassen sich Muskelzuckun· gen aus!Gsen.

Fall 4: Pulmologie Sie haben Nachtdienst in der Notaufnahme einer Klinik. Ein 16-jähriger Junge wird am späten Abend von seinem Vater in die Klinik gebracht. DerJugendliche habe mi t seinen Freunden im Garten gezeltet, als plötzlich eine starke Atemnot auftrat. Frage I: Welche weiteren Fragen zur Anamnese würden Sie stellen? Frage 2: Welche Verdachtsdiagnosen können Sie in Betracht ziehen? Antwort I: Gab es einen kon kreten Auslöser für die Beschwerden? Traten die Beschwerden bislang schon einmal auf? Wie lange dauerte n die Beschwerden an? Traten zusätzlich zur Luftnot weitere Symptome auf? Welche Vorerkrankungen sind bekannt? Si nd Allergien bekannt? Ist der Patient Raucher? Wurden Medika mente, Drogen etc. eingenommen? Sind andere Personen im näheren Umfeld von de n gleichen Symptomen betroffen? Antwort 2: Akuter Asthmaanfall, Verlegung der Atemwege durch Fremdkörper, Hyperventilationssyndrom, Pneumothorax, Lungenembolie, allergische Reaktion, Vergiftung durch Rauchgase.

Szenario 1 Bei der Anamneseerhebung erfahren Sie, dass keine wesentlichen Vorerkrankungen bestehen und der Junge keine Medikamente einnimmt. Nur eine allergische Rhinitis ist bekannt. Vor etwa I 0 Tagen sei schon einmal ein ähnliches Ereignis aufgetreten, nur nicht so heftig und lang anhaltend wie heute. Sie untersuchen den Jungen und stellen beim Auskultieren eine verlängerte Exspiration mit Giemen und Brummen fest. Zusätzlich fällt Ihnen eine Tachykardie mit 120 Schlägen-pro Minute auf. Alle weiteren Befunde sind unauffällig. Frage 3: Welche Diagnose stellen Sie anhand der Befunde? Frage 4: Welche weiteren Untersuchungen sind durchzuführen? Frage 5: Nennen Sie dynamische Atemgrößen und ihre Normwerte. Frage 6: Was sind die Charakteristika einer obstruktiven Ventilationsstörung?

Szenario 2

Szenario 3

Im Anamnesegespräch erfahren Sie, dass die Jugendlichen vor dem Zelt gegrillt ha· ben. Sie hätten berichtet, dass alle beim Essen waren, als ein Witz erzählt wurde. Alle fingen kräftig an zu lachen, nur seinem Sohn sei das Lachen wortwörtlich im Halse stecken geblieben. Die Atemnot sei direkt danach aufgetreten. Auch jetzt hustet der Patient noch immer. Beim Auskultieren fällt ihnen auf, dass ein Lungen· abschnitt nicht belüftet ist.

Vom Vater erfahren Sie, dass die Atemnot ganz plötzlich eingetreten war, nachdem sein Sohn aufgrund eines kurzen, hefti. gen Schmerzes in der linken Brusthälfte aufschreien musste. Auch jetzt bestünden die Schmerzen und würden vor allem beim Einatmen In die Lungenspitze zie· hen. Ihnen fällt auf, dass der Junge leicht bläuliche Uppen hat und er vom Körpe!' bau eher hager und hochgewachsen Ist Bei der Auskultation können Sie links kein Atemgeräusch hören. Außerdem sehen Sie asymmetrische Atembewegungen, d.h. der Brustkorb dehnt sich nicht gleichmäßig aus. Sie lassen zur Sicherheit noch ein Röntgenbild von der Lunge anfertigen {I Abb. 1).

Frage 7: Für welche Diagnose sprechen die Befunde? Frage 8: Was sind die Charakteristika einer restriktiven Ventilationsstörung? Frage 9: Erläutern Sie die Begriffe Compliance, Elastance und Resistance.

I Abb. 1: Röntgenaufnehme des jungen Patienten. 133)

Frage I 0: Welche Diagnose stellen Sie anband des RöntgenbildeS? Frage II: Kennen Sie die Drilcke in Lunge und Pieuraspalt? Frage 12: Erklären Sie die Pathophyslo· Iogte des Befundes. Frage 13: Welche Therapie schlagen Sie vor?

l

Fall 4: Pulmologie ~~--------------------------------------------~~~~~~

120

I

121

Szenario 1

Szenario 2

Szenario 3

Antwort 3: Akuter AsthmaanfalL Antwort 4: Lungenfunktionsdiagnostik (z. B. Tiffeneau-Test), Röntgen Thorax, Labor, Blutgasanalyse, EKG. Antwort 5: Zu den dynamischen Atemgrößen gehören: t Atemzeitvolumen (7 - 8 llmin in Ruhe) t Atemgrenzwert (120- 170 1/ min): das maximal willkürlich erreichte Atemzeitvolumen t Peak-flow (10 1/s): maximale Atemstromstärke bei fo rcierter Exspiration t Einsekundenkapazität (FEV1 > 70 % der Vitalkapazität): Volumen, das innerhalb einer Sekunde maximal ausgeatmet werden kann. Antwort 6: Die Haupteigenschaft der obstruktiven Ventilationsstörung ist die erhöhte Resistance während der Exspiration. Die Vitalkapazität bleibt zwar unverändert, auf Dauer sorgt der erhöhte Atemwegswiderstand jedoch für ein erhöhtes Residualvolumen. Der Atemgrenzwert ist durch die verlängerte Exspiration erniedrigt und im Tiffeneau-Test zeigt sich eine verminderte Einsekundenkapazität

Antwort 7: Verlegung der Atemwege durch Fremdkörper, restriktive Ventilationsstörung. Antwort 8: Bei einer restriktiven Ventilationsstörung kommt es zu einer Verkleinerung der Vitalkapazität, des Residualvolumens und damit auch der Totalkapazität Wie in unserem Fall kann dies durch die Verlegung eines Lungenabschnitts bedingt sein. Der Atemgrenzwert ist ebenfalls erniedrigt, wohingegen die Resistance und die relative Einsekundenkapazität unverändert bleiben. Antwort 9: Unter Compliance (C) versteht man die Fähigkeit eines Körpers, sich zu verformen. Die Lunge hat nach normaler Exspiration die maximale Compliance, nach maximaler Inspiration und nach maximaler Exspiration ist die Compliance der Lunge null.

Antwort 10: Spontaner Pneumothorax auf der linken Seite. Im Röntgenbild ist erkennbar, dass der linke Lungenflügel kollabiert ist. Um ihn herum liegt der Pleuraspalt, der mit Luft gefüllt ist und damit schwarz erscheint. Antwort 11: Der Druck der Lunge, d. h. der intrapulmonale Druck, hängt direkt vom umgebenden Luftdruck ab und entspricht in Ruhelage daher dem atmosphärischen Druck (auf Meereshöhe 1013 mbar). Der intrapleurale Druck ist ein Unterdruck und liegt damit unter dem atmosphärischen Druck (I Abb. 2). Antwort 12: Ein Pneumothorax ist durch den Eintritt von Luft in den Pleuraspalt gekennzeichnet, wodurch der Unterdruck im Pleuraspalt in einen Überdruck umgewandelt wird. Der Pleuraspalt nimmt immer weiter an Größe zu und verdrängt damit den betreffenden Lungenflügel, der schließlieh kollabiert. Grundsätzlich unterscheidet man den offenen Pneumothorax vom geschlossenen Pneumothorax. Beim offenen Pneumothonax tritt die Luft durch eine äußere Verletzung in den Pleuraspalt ein (z. B. Messerstiehl und es strömt so lange Luft ein, bis im Pleuraspalt der atmosphärische Druck erreicht ist. Beim geschlossenen Pneumothorax liegt die Verletzung im inneren Blatt des Pleuraspalts. Bei jeder Inspiration gelangt wie durch ein Ernwegsventil Luft in den Pleuraspalt, die während der Exspiration nicht entweichen kann. Steigt der Druck im Pleuraspalt über das Druckniveau des atmosphärischen Dmcks an, dann spricht man von einem Spannungspneumothorax, der die Herzfunktion drastisch einschränken kann. Antwort 13: Ein kleiner Pneumothorax benötigt keine Therapie, da sich das Loch in der Pleura von selbst verschließt und der Körper die t.uft anschließend resorbiert. Bei einem größer.en Pneumothorax ist die Therapie der Wahl eine Thoraxdrainage. Dabei wird durch einen Schlauch die eingedrungene Luft wieder abgesaugt. Die Einbrlngung der Drainage erfolgt medioklavikulär im 2.-3. Interkostalraum. Handelt es sich um einen traumatisch bedingten Pneumothorax, so legt man eine Buelau-Drainage (hintere Axillarlinie, 4.-5. Interkostalraum). Mit ihr kann auch Wundflüssigkeit abgeleitet werden.

C = D.V = Volumenänderung t.P Druckänderung Die Elastance (E) ist der Kehrwert der Compliance und drückt die "Rückstellbarkeit" aus. Nach maximaler Inspiration und nach maximaler Exspiration ist damit die Elastance maximal, nach normaler Exspiration ist die Elastance null. E = D.P = Druckänderung D.V Volumenänderung Mit dem Begriff Resistance (R) ist der Atemwegswiderstand gemeint, der sich aus dem viskösen und dem elastischen Widerstand zusammensetzt. R = D.P = Druckänderung l Volumenstromstärke

Intrapulmonaler Druck [cmH 20]

~

+:4 -1

0

2

3

4

5 Zelt [s]

j "'CLD""': 0

2

3

4

5 Zelt[s]

Intrapleuraler DNCk [cmt-120]

::j~ -8

. 0

2

I Abb. 2: Veränderungen der Parameter Atemzugvolum~n,

intrapulmonaler Druck und Druck während Inspiration und Exspiration. [B] intrapleurale~

3

4

5 Z.lt [s]

Anhang Intra - und extraze ll uläre Ionen konzentrati onen am Beisp iel einer Ske lettm uskelzelle Int razelluläre Konzentrat ion

Ext razell uläre Konzentration

(mmoljl)

(mmol / 1)

Na ' K'

12

Parameter

Normwert

Tot alkapaz ität

6- 7 1

Vitalkapazität

51

Atemzugvolumen

0,5 I

Inspiratorisches ReseiVevolumen

31

Exspiratorisches Reservevolumen

1,5 I

14 5

155 10 · 5 - 10 ·•

Ca'' Cl·

2,5

4

Mg' '

120 Residua lvolumen

1,5 I

Totraumvolumen

150 ml

funkti onelle Residualkapazil ät

31

15

HCO,· Große Anionen

Normwerte zu Atmu ng und Gast ra nspo rt

27 155

1neg. geladen)

Gleichgewichtspotentiale ausges uchter Ionen

Atemfrequenz

16/min

Atem grenzwert (bei 30 Atemzügen)

Ca. 110 I

Respiratorischer Quotient

0.7 - I

0 1-Partialdruck

Lufl

147mmHg

Alveo lär

100 mmHg

Ion

Gleichgewich tspotential

Ch iarid

-80 mV

Arteriell

90 mmHg

Venös

40 mm Hg

Kal ium

-90 mV

Natrium

+60 mV

Ruhemembranpotential der Zelle

Ca. - 60 bis - 80 mV

CO,-Partiald ruck

Luft

Normwert e des Blutes Parameter

Männer

Blutvo lumen

4500 ml

3600 ml

0,4 - 0,54

0,37 - 0,47

Erythrozytenzah l

4,6 - 6

X

1 0 6 /~1

Hämoglobin

14 - 17,5g/ dl

MCV (mittleres Erythrozyten-

80 - I OO fl

4,2 - 5,4 x

39 mmHg

Arteriell

40 mm Hg

Venös

46 mm Hg

Normwerte zur Ni ere

Frauen

Hä matokri t

0,23 mmHg

Alveo lär

Parameter

Normwert

Glomerul äre Filtrations rate (G FR)

120 ml/min

Renaler Pla smaflu ss (RPF)

600 rnl/min

10 6 /~ 1

12,3-15,3g/dl

- - -- - - - - - - --

--------Filtrationstra kti on

0,2

volumen)

Primärharnbi ldung

180 1/ d

MCH (mittlere Hämoglobin-

Urinausscheidung

1- 21 / d

Urin-pH -Wert

4,5 - 8,2

27-32pg

menge im Erythrozyten) MCHC (mittlere Hämoglobin-

320-360 g/1

konzentration des Erythrozyten)

Ner venl eitgesc hw indigkeiten

Retikulozyten

0,4 - 2% Antei l an Erythrozyten

Leukozyten

4 - 10 x 109/ l

Thrombozyten

150 -400

BSG (Biutsenkungs-

< I cm/h

X

1 0 3 / ~1

< 2 cm/h

Nervenfaser

Durchmesser

Nervenleltgeschwindigkelt

Ar.

Ca . 13 pm

Ca . 90 m/s

Aß

Ca. 8 ~m

Ca. 60 m/s

ÄÖ

Ca. 4

~m

Ca . 30 m/s

c

Ca.

geschwindigkeit) Quick-Wert

70 - 125 %

INR

0,9 - 1, 15

PTT (partielle Throm bo-

25 - 28 Sek.

plastinzeit)

l~m

Ca.

1.5 m;s

Parameter zu Ernährun g und Stoffwech sel Parameter

Normwert

Grundum sa tz

t W/kg KG

Freizeitumsa tz

Männer

Ca. 9500 kJ/d

Frauen

Ca. 8500 kJ / d

Arbeitsumsatz (I ich te Arbeit)

Freizeltumsatz; 2000 kJ/ d

Arbeitsumsatz (schwere Arbeit)

Freizeitumsatz • 10000 kJ/ d

Kalorisches Äquivalen t

Mischkos t

20 kJ/ 1o,

Koh lenhydrate

20,9 kJ/ 1o,

Iw lß

Fott o

18,7 kJ /1

o,

19,6 kJ/1

o,

Anhang

Parameter zu Herz und Kreis lauf Normwert

Organ

Herzzeitvolumen

5 - 61/min

Herz

Sinusrhythmus

60 - 75/ min

Gehirn

13

AV-Kno ten-Rhy thmus

40 - 55/min

Nieren

20

Kammerrhythmus

25 - 40/min

Gas troi ntesti n al tra kt

16

Arterie ller Blutdruck (systolisch/

120/80 mmHg

Leber

diastolisch) Zen tral venöse r Druck

3 - 6mmHg

Pulswel lengeschwindigkeit

Aorta

3 -5 m/s

Arterien

5-10m/s

Strömungsgeschwindigkeit (Strompuls)

I

125

Verteilung des Herzzei tvolum ens auf die Orga ne in Ruh e

Param eter

(Druckpuls)

124

Venen

I - 2 m/s

Ao rta

0,18 m/s

V. cava

0,06 m/ s

Durchblutung in %vom Herzzeitvolumen

Skelettmuskel

21

Haut

18

Ouellenverzeich nis 11 1 Fahlke, Ch./ Linke, W./Raßler, B./Wiesner, R.: Taschenatlas Physiologie. Elsevier Urban & Fischer, I. Auflage 2008. 121 Hick, Ch. (Hrsg.)/Hick, A. (Hrsg.)/Hartmann, J.!Jockenhövel, F./Merker, R.: Intensivkurs Physiologie. Elsevier Urban & Fischer, 5. Auflage 2006. 131 Kreutzig, T.: Kurzlehrbuch Biochemie. Elsevier Urban & Fischer, 12. Auflage 2006. 141 Schmidt, R. F./Lang, F./ Thews, G.: Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie. Springer, 29. Auflage 2005. 151 Renz·Polster, H. (Hrsg.)/ Krautzig, S./Braun, ].: Basislehrbuch Innere Medizin. Elsevier Urban & Fischer, 4. Auflage 2008. 161 Auern ham mer, C.J ./Engelhardt, 0 ./Göke, B.: Praxisbuch Endokrinologie und Stoffwechsel. Elsevier Urban & Fischer, I. Auf· Iage 2004. 171 Emminger, H. A.: Exaplan. Elsevier Urban & Fischer, 4. Auflage 2003. 181 Speckmann, E.·J. (Hrsg.)/ Hescheler, ]. (Hrsg.)/Köhling, R. (Hrsg.): Physiologie. Elsevier Urban & Fiscl1e1; 5. Auflage 2008. 191 Male, D.: Immunologie auf einen Blick. Elsevier Urban & Fischer, I. Auflage 2005. 1101 Gay, R. (Hrsg.)/ Rothenburger, A. (Hrsg.), Klinke, R. (Hrsg.)/Silber·

nagl, S. (Hrsg.): Lehrbuch der Physiologie. Thieme, 5. Auflage 2005. 1111 Hoffbrand A.V./Pettit,J.E./Moss, P./Hoelzer, D.: Grundkurs Hämatologie. Thieme, 2. Auflage 2003. 1121 Lederhuber, H. C.: BASICS Kard iologie. Elsevier Urban & Fischer, 1. Auflage 2005. 113) Golenhofen, K.: Basislehrbuch Physiologie. Elsevier Urban & Fischer, 4. Auflage 2006. [141 Roche Lexikon Medizin. Elsevier Urban & Fischer, 5. Auflage 2003. 115) Speckmann, E.-J. (Hrsg.)/ Hescheler, J. (Hrsg.)/ Köhling, R. [Hrsg.): Repetitorium Physiologie. Elsevier Urban & Fischer, 2. Auflage 2008. 1161 Desiree·Y. Hamsch. 1171 Braun, Th./ Röhler, A./Weber, F.: Kurzlehrbuch Physiologie. I . Auflage 2006. 1181 Wol te reck, R.: Ontologie des Lebendigen, 2. Band . Enke 1940.

I_ _

1191 Burke, R. E. et al.: Physiological Types of Histochemical Profiles in Motor Units of the Cat Gastrocnemiis. J Physiol 1973; 234: 723-48. 120) Trepel, M.: Neuroanatom ie. Elsevier Urba n & Fischer, 4. Auflage 2008. 12 11 Bühling, K.J. (Hrsg.)/Friedmann, W. (Hrsg.): Intensivkurs Gynäkologie und Geburtshilfe. Urban & Fischer, 2. Auflage 2009. 122) Aktories, K.[Hrsg.) / Förstermann, U. [Hrsg.)/Hofmann, F. B.

(Hrsg.) / Starke, K. (Hrsg. ): Allgemeine und Spezielle Pharmakolo· gie und Toxikologie. Elsevier Urban & Fischer, 9. Auflage 2006. [231 Kandel, E. R./Schwartz, ]. H./Jessel, T. M.: Principles of Neural Science. McGraw-Hill, 4'h ed. 2000. [24) Pongratz, D. E. : Klinische Neurologie. Urban & Schwarzenberg 1992. [25) Böcker, W. (Hrsg.)/ Denk, H. (Hrsg. )/ Heitz, P. U. (Hrsg.)/ Moch, H. [Hrsg.): Pathologie. Elsevier Urban & Fischer, 4. Auflage 2008. [26) Batterbury, M./Bowling, B.: ICT Ophthalmology. Churchill Livingstone, 1. Auf!. 1999. 127) Masuhr, K. F./ Neumann, M.: Duale Reihe Neurologie . Hippo· krates, 4. Auflage 1998. 1281 Classen, M. [Hrsg.)/Diehl, V. (Hrsg.)/Kochsiek, K. (Hrsg.)/Ber-

del, W. E. [Hrsg.)/Böhm, M. (Hrsg.)/Schmiegel, W. (Hrsg.): In· nere Medizin. Elsevier Urban & Fischer, 5. Auflage 2003. [291 Franzen, A.: Kurzlehrbuch Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde. Elsevier Urban & Fischer, 3. Auflage 2007. [301 Flock, A.: Transducing mechanisms in the lateral line canal organ receptors. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol 1965 ; 30: 133 - 45. 131 I Martin J. H.: Neuroanatomy: Text an Atlas. 2nd ed. Stamford, C. T.: Appleton & Lange, 1996. 1321 Stuckrad-Barre, S. v./Ruprecht, K.: Neurologie in Frage und Ant· wart. Elsevier Urban & Fischer, 3. Auflage 2006. 1331 Kauffmann, G.W. (Hrsg.)/ Moser, E. (Hrsg.)/Sauer, R. [Hrsg.): Radiologie. Elsevier Urban & Fischer, 3. Auflage 2006. 1341 Burgis, E.: Intensivkurs Allgemeine und Spezielle Pharmakologie. Elsevier Urban & Fischer, 4. Auflage 2008. 135) Renz-Polster, H. (Hrsg.)/ Krautzig, S./Braun, ).: Basislehrbuch Innere Medizin . Elsevier Urban & Fische r, 3. Auflage 2004.

Register A ABO-Sys tem 23 - H·Substanz 23 Abbildungsfehler 86 - 87 ABC-Familie 20 Ableitung, bi-/unipolare, EEG I 08 Abwehr - humorale, ß-Lymphozyten 20 - 2 1 - zell uläre, T-Lymphozyten 20 ACE (Angimensin convening enzyme ) 37, 58 Acetylcholi n (ACh) 12, I I 0 - Basalga nglien 45 - lnotropie 27 - motorische Endplatte 10 - 11 - nikotinerge 39 - Rezeptoren I I - - o:2·Rezeptoren 13 - - choli nerge/ muskarinerge bzw. metatrope 12 - - ni kotinerge 12, 39 - Transm itter 8 - Vasekonstriktion 37 Acerylsalicylsäure [ASS) 80 Achillessehnenreflex 46 ACTH [adrenokortikotropes Hormon) 74 Ac tivin 76 Adams-Stokes-Anfall 31 Adaptation, Tastsinn 78 additive Farbmischung 90 Adenosin

- Transmitter 8 - Vasedilatation 37 Adenosindiphosphat s. AD P Adenosintriphosphats. ATP Adenylatzyklase 3 ADH [antidiuretisches Hormon, Adiuretin bzw. Vasopressin) 37, 58, 74 - Harn konzentrlerung 63 - Vasekonstriktion 37 - Volumenmangel 37 ADH-Mangel, H20·Rückresorption, verminderte 58 Adiuretins. AD H ADP (Adenosindiphosphat) - Blutgerinnung 18 - Muskelstoffwechsel 54 Adrenalin 12- 13, 72 - Transmitter 8 - Vasedilatation 37 - Vasekonstriktion 37 adrenerge Rezeptoren/Adrenozeptoren 13 - o:-adrenerge Rezeptoren, Temperaturregulation 57 - ß·adrenerge Rezeptoren, Fettgewebe, braunes 57 - pharmakologische, Vorkommen 13 adrenokortikotropes Hormon s. ACTH A8-Fasern 80 Afferenzen, kortikale I 07 Afterload [Nachlast) 25 Aggression I I I Agonisten - indirekte 8 - Transmitter 8 Akklimatisation, Höhenaufentha lt 53 Akkommodation[sbereich/-breite) 84 - Hyperopie 86 - Myopie 86 - Presbyopie 87 Akromegalie 117 Aktin, Deblockade 38 - Musku latu r, glatte 40 Aktinfi lament, Skelettmuskulatur 37 Aktionspotential 6 - Herzmuskel [Myokard) 26 - Nervenfasern, marklose 7 - Sinusknoten 27 - Weiterleitung 7 akustisch evoziertes Potential [AE P) 109 Albumin 17 - Proteinat-Puffer 64 Aldosteron 37, 72, 75 - Natriumhaushalt 59 Alkalose 59, 65 - Höhenkrankheit 53 - Kaliumhaushalt 59 - metabolische 65 - - Erbrechen, chron isches 65 - respiratorische 53, 65 - - liyperventilation, psychogene 65

- - - - -- - - - -

--

126 allergische Reaktion 120 - 121 Alles-oder-Nichts-Prinzip 26 Allekortex I 06 all-trans·Retinal, Phototransduktion 88 Altern 77 - freie Radikale 77 alternativer Weg, Komplementsystem, Aktivierung 22 Altersschwerhörigkeit [Presbyakusis) 94 Altersweitsichtigkeit [Presbyopie) 87, 116 - 117 Amaurosis [Blindheit) 92, 11 7 - einseitige 92 Amboss [lncus) 96 Amine, Hormone 72 Ami nopeptidasen, Pankreas 69 Ami nosäuren, Transmiuer 8 Aminosäureresorption, Nieren 62 - 63 AM PA-Rezeptoren 80, 89, !II u ·Amylase - Kohlenhydratresorption 70 - Pankreas 69 - Speichel 68 Anämie 16- 17 - BSG-Erhöhung 16 - hämolytische 17 - infekdös-toxische 17 - mikrozytäre, hypochrome 71 - normochrome 17 - normozytäre 16 anaerobe Glykolyse, Arbeit unterha lb der Dauerleistungsgrenze 54 Androgene 72, 75, 77 Aneursmen 33 Anfall, foka ler/generalisierter, EEG 108 - 109 Angiotensin I 37 Angiotensin II 37 - Transmitter 8 - Vasokonstriktion 37 Angiotensin con vening enzyme s. ACE Angiotensinogen 37 ANP [atriales natriuretisches Peptid) 37 - Natriumhaushalt 59 - Vasodilatation 37 Anpassungsreaktionen, körperliche Arbeit 54 Anschlagszuckung 42 Anspannungsphase, Herztätigkeit 24 Antagonisten, Transmitter 8 Antagonistenhemmung, Muskeleigenreflexe

46 antid iuretisches Hormons. ADH Antigen D, Rhesus-System 23 Antigene 20 Antigenkontakl, Antikörper 21 Antigen-Präsentation , MH C- 1/ 11-Weg 20 Antikörper 21- 22 - Antigenkontakt 2 t - H-IL-Ketten 22 - variabler Teil 22 Antithrombin , Blutgerinnung, Inhibitoren 18 Antriebsmin derung I I I Aortenbogen, Presserezeptoren 58 Aortenstenose II 5 Aphasie, globale, motorische bzw. sensorische I 0 I Apnoe 52 Aquaporine 4, 37 ARAS [aufsteigendes retiku läres Aktivierungssystem) 11 0 - Aktivität, Bewusstsein I I 0 - Transmittersysteme I I 0 Arbeit - Dauerleistungsgrenze 54- 55 - - Herzfrequenz 55 - dynamische/s tatische 54 Arbeitsd iagramm, Herz 25 Arbeitsgedächtnis I I ! Arbeitsphysiologie 54 - 55 Arbeitsumsatz 56 - Norm werte 124 Area - prepiriformis 83 - striata 92 Arrhythmie, respiratorische 52 Arteria·cerebri·media-Verschluss, Neglect 107 Arterien, Gegenstromprinzip 57 Artikulation, Konsonanten/Vokale bzw. Resonanzraum 100 ASIC- Kanäle, saurer Geschmack 82 Aspanal 8

Assoziati onsfasern I 06 - 107 Assoziationsfelder I 06 Assoziationskortex 44 - limbischer I 06 - parieto-temporal·okzipitaler 107 - präfrontaler I 07 assoziatives Lernen I I 0 Asthmaanfall 120 - 121 Astigmatismus [Stabsichtigkeit) 86 Asystolie, Hyperkaliämie 59 Aszites, Rechtsherzbelastung 11 4- 11 5 Ataxie 45 Atemantrieb 52 Atemfrequenz, Normwerte 124 Atemgrenzwert 121 - Normwerte 124 Atemminutenvolumen 48 Atemrefl exe 52 Atemwege, Verlegung durch Fremdkörper 120 - 121 Atem wegswiderstand 121 - elastischer/ visköser 48 Atemzentrum 52 Atemzugvolumen 48 - Normwerte 124 Atmung 48- 53 - Normwerte 124 Atmungsregulation 52 ATP !Adenosintriphosphat) - Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze 54 - Muskelstoffwechsel 54 - Transmitter 8 - Vasekonstriktion 37 - Verbrauch, Transport, primär aktiver 5 AlPase - Myosin 41 - Transport, primär aktiver atriales natriuretisches Peptid s. AN P atrioventrikulärer Blocks. AV·Block Atropin 12 auditarischer Kortex, primärer I 06 - 107 auditarisches System 94 - 97 - Schallverarbeitung 96 - 97 aufsteigendes retikuläres Aktivierungs· system s. ARAS Auge - Brechkraft 84 - Brechungsindex 84 Augenhintergrund 84 Augeninnendruck 85 - erhöhter 85 Augenkammer, hintere/ vordere 85 Auskultation, Herz 32 Auskultationsstellen, Herz 32 Austreibungsphase, Herztätigkeit 24 auxotone Kontraktion 42 AV-Block - I. Grades 31 - 2. Grades Typ Mobitz 1/2/Typ Wenckebach 31 - 3. Grades 31 - EKG 3 1 Averaging, evozierte Potentiale I 09 AV- Knoten 26 AV- Knoten-Rhyth mus 125 Avogadro-Zahl 2 a- Welle, Venenpuls 35 A-Zellen [Pankreas), Glukagon 75 Azidose 59, 64 - metabolische 52, 65 - - Insulin 65 - respiratorische 65 - - COPD 65 Azinuszellen [Pankreas) 69 B Bakteriemoxine, präsynaptische Wirkungen 10 ßarorezeploren 36 Barerezeptorreflex 36 - Vasodilatation!Vasokonstriktion 37 Barotrauma, Taucherkrankheit 53 Basalganglien - Motorik 45 - Transmitter 45 Basalmembran, Glomerulusfilter 60 Basilarm embran 96- 97 Bayliss-E ffekl 60 - Vasodilatation/ Vasokonstriktion 37 BE (Base excess/ Basenüberschuss), SäureBasen- Haushalt 64 Befruchtung 77

I 127

Belegzellen [Magen) 68- 69 - Carboanhyd rase 69 - Salzsäureproduktion 68-69 Berü hrungen, hoch auflösende 81 Bewegungserkennung 93 Bewegungsparallaxe, Sehen, räumliches 91 Bewusstsein I I 0 B·Gedächtniszellen 21 Bikarbonat - aktuelles, Säure-Basen-Haushalt 64 - Pankreas 69 - Rückresorption, Nieren 62 ßikarbonat-Puffer 64 - Carboanhydrase-Reaktion 64 Bilirubin 70 binokulares Sehen 91 biologischer Brennwert 56 Biot·Atrnung 52 2,3-Biphosphogiycerat-Konzenrration 50 Bipolarzellen, Retina 88 bitter [Geschmack) 82 Bizepssehnenreflex 46 Blaublindheit [Tritanopie) 90 Blauschwäche (Tritanomalie) 90 blinder Fleck 84, I 17 Blindheit 11 7 Blobs, Colliculi Superiores 93 Blut 16- 17 - desoxygeniertes, Kohlendioxidbindungskurve 51 - Gesamtpufferbasen 64 - Kohlendioxid, Transport 50 - korpuskulärer Anteil 16 - Normwerte 124 Blutdruck - diastolischer 36 - hydrostatische Indifferenzebene 36 - Korotkow-Geräusche 36 - mittlerer arterieller [MAD) 36 - rhythmische Veränderungen, Druckpuls 35 - statischer 35 - systolischer 36 Blutdruckamplitude 36 Blutdruckmessung, indirekte nach Riva· Rocci 36 Blutdruckregulation 36 - kurzfristige 36 Blutdruckschwankung(en), 1.·111. Ordnung 36 Blutfluss, renaler [RBF) 58, 61 Blutgerinnung 18- 19 - extrinsisches System 19 Inhibitoren 18 - Laborwerte 19 - Mediatoren 18 Bl utgerinnungsfaktoren 18- 19 - Vitamin-K-abhängige, Hemmung durch Cumarine 18 Blutgruppen 23 Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit [BSG) 16 - Normwerte 124 Blutplättchen 18 Blutplasma 16- 17 Blutströmung, Verlauf, zeitlicher, Strompuls 34 Blurungsanämien 17 Blutvolumen, Normwerte 124 B·Lymphozyten/-Zellen 21 - Abwehr, humorale 20 - 21 - Zytokine 22 Bogengang/-gänge 102 - Haarzellen I 02 - horizontaler I 02 - K.inozilium/ Stereozilien I 02 - sagittaler I 02 - vertikaler I 02, I 04 Bane remodeling 75 Botulinumtoxin I 0 - Clostridium botulinum I 0 Bowman-Kapsel 60 Bradykardie, Hyperkaliämie 59 Bradykinin - Entzündung 80 - Vasodilatation 37 Brechkra ft, Auge/ Linse 84 Brechungsindex 84 Brenn wert, biologischer/ physikalischer 56 Broca-Aphasie I 0 I Broca-Areal 10 1, 106 - 107 Brodmann-Areal I 06 Brownsche Molekularbewegung 4 Brown-sequard-Syndrom 81

Register Brustwandableitung nach Wilson (E KG J 28 BSG (Biutkörperchensenkungs· geschwindigkeit! 16 - Normwerte 124 Bülau·Drainage 12 1 a·ßungarotoxin II B·Zellen (Pankreas!. Insulin 75 B·Zell·Rezeptoren 21

c C3b 22 C5a 22 Cabrera·Kreis, EKG 29 Calcium 19, 59 - saurer Geschmack 82 Calctum·Fretsetzung, Muskulatur, glatte 41 Calcium·Haushalt 74-75 Calcium· Kanäle, Vestibularorgan, Signaltransduktion 102 - 103 Calcium· Phosphat·HaushaI t - Kalzitonin 59 - Kalzitrio I (Vit. D11 59 - Parathormon 59 Calcium(rückjresorption - NaLrium 7 1

- Nieren 62 Caldesmon 40 Calmodulin 40 Calor (ÜberwärmungJ, Entzündung 80 Calponin 40 cAtvlP, süße Stoffe 83 cAMP· Kaskade - Geruch 83 - Langzeitpotenzierung III Cannon-Böhm-Punkt 12 Capsaic in , scharfer Geschmack 83 Capsaicin·Rezeptor (TRP·VI J 79 - 80 Carbachol 12 Carbaminohämoglobin 50 Carboanhydrase 51 - Belegzellen 68-69 Carboanhydrase·Reaktion . Bikarbonat-Puffer

64 Carboxypeptidasen , Pankreas 69 Carrier - Tran sport, passiver 4 - Uniport 4 CD4 2 1 CD8 21 CD40 21 CD40·Ligand 2 1 C-Fasern 80 - Histamin-empfindliche 80 cGMP, Phototransduktion 88 CGRP (Calcitonin·gene·related Protein I 80 chemische Sinne 82 - 83 chemische Synapse 8 Chemorezeptoren, periphere/ zentrale 52 Chemotaxis 22 Chenodesoxycholsäure 70 Cheyne·Stokes·Atmung 52 Chiasma opticum 02 cholere tische Wirkung, Gallensäu re 70 Cholesterin 71 Cholesterinester 71 CholesterineSierase 7 1 - Pankreas 69 Cholezystokinin 66, 69 - 70 choli nerge Rezeptoren, Acetylcholin 12 Cholinesterase, Inhibitor, Myasthenia gravis II n·Cholino· Rezeptor I 0, 12 n·Cholino·Rezeptor·abhänglger Kationen· ka11al 4 Cholsäure 70 Chorea Huntington 45 Christmas·Faktor 19 Chronaxie 7 Chronotropie - ßeeinnussung 27 - Kalium ·Kanäle, muskarinerge, Öffnung 27 - Parasympathikus 27 Chvostek·Zeichen 119 Chylomikronen 70 Chymotrypsln, Pankreas 69 Chymus 67 Clearan ce, Inulin, Kreatinin bzw. Paraaminohippursäure (PAHJ 6 1 CLIP (class-2-assoziiertes Invariante-Kette· Peptid! 20

C!osrridium bowlinuml tetani I 0 - Botu linum·/Tetanustoxin I 0

CNG·Kanal. Geruch 83 cochleäre Schallempfindungsstörung 98 Cochleai mplantate, Innenohrschwerhörigkeit 99 Colliculi - inferiores 95 - Superiores 92 - 93 Compliance - Gefäßsystem 34 - Lunge 49 , 121 Connexine, Synapsen, elektrische Connexon , Synapsen . elektrische 8 COPD (chronic pulmonary diseaseJ, Azidose, respiratorische 65

Core- Komplex I 0 Corpus - geniculatum laterale 92 - 93 - - med iale 95

- luteum (Gelbkörper! 76 Corti·Organ 96 - Haarzellen, äußere/ innere 96 Cotransmitter, Basalganglien 45 CREB jcAl\111' response bind ing proteinJ. Langzeitpotenzierung III Cumarine - Gerinnungsfaktoren, Vitamin·K· abhängige, Hemmung 18 - Ouick·Wen 19 Cupula, Zilien I 02 c· Welle , Venenpuls 35 Cyclooxygenase (COXJ 80 Cytochromoxidase 3

Dopam in 13, 72 - Basalganglien 45 - Transmitter 8 - Wirkung 9 Dopamin·Mangel, Parkinson-Syndrom 9 Dopamin·Rezeptoren 13 Drehschwindel I 05 - Meni~re·Syndrom 105 Dromouopie 27 Druck - hydrostatischer, Primärharn, Glomeruluskapillaren 60 - kolloidosmotischer 2 - onkotischer 2 - osmotischer 2, 58 - - Plasma 17 Druckpuls 35, 125 Druckpulskurve, Inzisur/ Welle, dikrote 35 Druckpunkte, Haut 79 Druck.Volumen·Diagramm, Ventrikel 24 D·Sensoren 78 Dunkeladaptation 88 dynamische Arbeit 54 Dynein, Mikrotubuli 5 Dysdiadocltokinese 45 Dysmetrie 45 Dyspnoe 52 O-Zellen, Somatostatin 75

E

EC L[ Enterochromaffin·like·J·Zellen, Magen 68 Edinger-Westphai·Kern 85 EEG s. Elektroenzephalogramm effektiver Filtrationsdruck 60 0 Efferenzen, kortikale I 07 Dämmerungssehen 88 EGF (epidermal growth factorJ 73 DAG [DiacylglycerinJ 9 Eicosanoide 72 Darm. Dauerkontraklion , tonische 66 Einsekundenkapazität (FEVJ 53, 12 1 Darm lipase 71 - absolute/ rela tive 53 Darmperistaltik, zirkad ianer Rhythmus II 0 Einthoven·Ableitung (EKG J 28. 115 - bipolare 28 Dauerdepolarisation, Depolarisationsblock II Einzelzuckung 43 Dauerkontraktion. tonische Eisen - Darm 66 - Hämo·/ Myoglobin 71 - Magen·Darm·Trakt 67 - Resorption 71 Dauerleistungsgrenze, Muskelarbeit 54 - 55 Eisenmangelanämie I 7 Ejakulation 77 dß (Dezibel I 94 Deblockade, Akti n/ Myosin 38 Ejektionsfraktion 24 Dehnungsrezeptoren. kardiepu lmonale 37 EK G s. Elektrokardiogramm ektope Zentren, Extrasystolen 30 Dehyd ratation 58 - hyper·, hypo· bzw. Isotone 58. 11 9 Elastance (Rückstellkraftl . Lunge 49. 121 Deiters·Kern, Vestibulariskern, lateraler I 03 Elastase, Pankreas 69 Dekompressionssyndrom 53 elektrische Eigenschaften/ Phänomene dense areas 40 - Nerven 7 dense bodies 40 - Zellen o Depolarisation 58 elektrische Erregungsleilung, Herz 28 - Natrium-Einstrom 6 elektrische Synapse 8 - Natrium-Kanäle 7 elektrochemischer Gradient 6 Depolarisationsbloc k Elek troenzephalogramm (EEGJ I 08 - I 09 - Dauerdepolarisation I I - Ableitung, bi-/unipolare 108 - Hyperkaliämie 59 - Herdbefund I 09 - Neostigmin/ Physostigrnin II - Hirntodbestimmung I 09 depo~ ari s ierende Muskel relaxanzien I I - pathologisches I 08 Dermatom 80 - Wellen 108 Desmin 40 Elektrokardiogramm (EKG J 28 - 3 1 - Ableitungen, Indifferenztyp 29 desoxygeniertes Blut 51 Desoxyribonuklease. Pankreas 69 - AV Block 3 1 - Brustwandableitung nach Wilson 28 Desquamationsphase, endametrischer Zyklus 77 - Cabrera·Kreis 29 - Extrasystolen 30 Deutcranomalie (GrünschwächeJ 90 - - (supraJventrikul2re 3 1 Deuteranopie [Grünblindheit ! 90 Ext remi tätenableitung nach Einthoven Dezibel (dB) 94 DHP·Rezeptor s. Dlhydropyridin·Rezepwr 28 - Goldberger·Ableitung 28, 115 Diabetes insipidus 11 9 Herzlagetyp, Bestimmung 29 Diabetes mellitus - Herzrhythmusstörungen, tachyka rde 30 Glukose-Konzentration 62 Kammerflauern /· fllmmern 30 - Ketonkörperbildun g 11 9 - metabolische Veränderungen 30 - Typ I 11 9 - pathologisches 30 - 31 - - Ketoazidose I 19 - PO·Intervalii-Strecke 28 - Typ II 119 P-Welle 28 Diastolikum, Herzgeräusche 33 RS·Komplex 28 - 29 Differentiai·Detektor 78 - ST·Strecke 28 Diffusion 4, 48 - TWelle 28 20 - erleic lnene 4 - U·Welle 28 - 29 Digitalis, Natrium·Kallum·Pumpe 39 Vorhofflauern/· flirnrn rn 30 Dihydropyrid ln·Rezeptor (DHI'I 38 - 39 Wellen /Zacken 28 5a ·Dihydrotestosteron 77 Elektrolyte 59 Dioptriezahl 84 - llesorptlon 71 negative , Myop! 86 Elektrolythaushalt SB - 59 DMT I (Diva! nt meta I ion transportj 71 elektromechanische Kopplung Dolor (Schmerz!. Entzündung 80 Herzmuskel 38 30 Dominanzsäulen. okuläre 92

- Muskulatur, glatte 40 - Skelettmuskulatur 38 Elektromyogramm (EMG J 47 - H·Welle 47 elektrotonische Erregungsfortleitung 7 Embolien, Taucherkrankheit 53 EMG s. Elektromyogramm Emotion, Hypothalamus I II Emphysem 52 ENaC (Epithelial Natrium ChanneiJ 37 Encephalitis disseminata 109 endokrine Organe, Hormone 72 Endolymphe 96 - 07 - Elektrolytverschiebungen, Schleifendiuretika (FurosemidJ 96 Endolymphpotential 9o - Hörvorga ng, Signaltransduktion 97 endometrialer Zyklus 77 - Desquamations·, Proliferations· bzw Sekretionsphase 77 · Endepeptidasen 70 endoplasmatisches Retikulum 3 Endorphi ne 81 - Transmitter 8 Endothelin, Vasekonstriktion 37 Endplanenpotential I 0 Energiehaushalt 56 Energiespeicher, Arbeit, Dauerleistungsgrenze 55 Energieumsatz, Ermittlung 56 Engwinkelglaukom I I 7 Enkephaline 81 - Transmitter 8 enterehepatischer Kreislauf 70 Emspannungsphase, Herztätigkeit 24 Entzündung 80 - BSG·Erhöhung 16 Entzugsblutung 76 Enzymkaskadc, Blutgerinnung 18 epidermal growth factor [EGFJ 73 ep1krilische Sensibilität 81 Epilepsie· Diagnostik, EEG I 08 - I 09 episodisches Gedächtnis II O- l l ! epitheliale Natriumkanäle (ENaCJ , salziger Geschmack 82 Epithelzellen, Zytokine 22 EPSP (exzitatorisches postsynaptisches Potential ! I 0 Erbrechen . chronisches, Alkalose metabolische 65 ' Erdanziehung. Makulaorgane I 02 Erektion 77 - NO 77 Er~~ungspulssumme . Dauerleistungsgrenze Ermüdungsanstieg, Dauerleistungsgrenze 55 Ernährung. Normwerte 124 Erregung, Herz 26 - 27 Erregungsfortleitung, elektrotonische/ saltatorische 7 Erregungsleitungssystem , Herz 26 Erythropoetin I o Erythrozyten 16 - ßildung, Erythropoetin 16 - Glykolyse, anaerobe 16 - kernl ose 16 - Normwerte 124 - osmotische Phänomene 16 - Stechapfelform 16 Erythrozytenindizes/·parameter 16 Euler·Liljestrand·Mechanismus 49 Eupnoe 52 Eustacll lsche Uöhre 96 Evaporation, Wärmeabgabe 57 evozierte Potentiale 109 nkustische/visuelle (AEP/ VEI'J 109 - Averaging I 09 - somat senslbl (SSE I' J 109 Exopeplldasen 70 explizites deklaratlves Gedäch tnis 11o Exspiration 48 - l'arasyma pathlkus 52 Exspiratlonsd,-uck, Pilenation 100 exspiratorischer 11eservevolumen 48 Ex tensorenrenex. gekreuzter 47 Extrasystolen EK; 30 3 1 ektopc Zentren 30 Intrapani ne I sup,-av rllr'lku l ~,-e (SVESJ 3 1, 11 4- 115 vcntl"lkuiXr (VE ExtrazclluiHrraum

Register

Extremitätenableitung (EKG) - nach Einthoven 28, 115 - uni-/bipolare I I 5 extrinsisches System, Blutgerinnung 19 extrinsisch-vegetatives Nervensystem, Magen·Darm·Motorik 66

F Fähreus·Lindqulst·Effekt 34 F·Aktin 40 Faktor V, aktivierter 19 Faktor Xa, Blutgerinnung, Inhibitoren 18 Fa raday·Konstante 6 Farben, Sehen, räumliches 91 Farbenblindheil 90 Farbensehen 90 - 9 1 Farberkennung 93 Farbmischung, additive/ subtraktive 90 Farbschwäche VO Fasciculus - arcuatus I 0 I - oplicus 92 Fazialisparese, Hyperakusis 96 Feedback, Magenmotorik 67 Fernakkommodation 84 Fernbrille 84 Fernpunkt, Myopie 86 Ferritin 71 Fette, emulgierte 70 Fettgewebe , braunes, Wärmebildung 57 Fettsäuren 71 - freie 71 Fibrin, Blutgerinnung 18 Fibri nogen 19 - Blutgerinnung 18 Fibrinolyse I 9 fibrinstabilisierender Faktor 19 Ficksches Diffusionsgese tz 4, 48 - Sauerstoffverbrauch, Herz 24 Filamin 40 Filtrationsdruck, effektiver öO Filtrationsfraktion (FF), Nieren 61 Fixationsachse 91 Fleischgeschmack, Glutamat 83 Flexorreflex 47 Fluchtpunkt, Sehen, räumliches 91 Flüstern/Fiüstersprache I 00 Fullikelpliäse - Menstruationszyklus 76 - Östrogene 76 follikelstimulierendes Hormon (FSH) 74 Formanten I 00 Formatio relicularis 45 - Nervensystem, vegetatives! Steuerung 12 Fovea central is 84 fraktioneile Ausscheidung (FA), Nieren 6 1 Frank·Starling·Mechanismus 25 freie Radikales. Radikale, freie Freizeitumsatz 56 - Normwerte 124 Fremdreflex(e) 46 - Habituation, Irradiation 47 - Summation 46 Frenzel·ßrille 104 Frequenz(en) - Hauptsprachbereich 94 - Schallwelle 94 Frequenz·Unterschiedsschwelle, Hörschwelle 95 Fronta llappen I 06 FSH (follikelstimulierendes Hormon) 74 Füllungsphase , Herztätigkeit 24 l'üllungsvolumen, enddiastolisches 24 Funclio laesa, Entzündung 80 Funiculus posterior (Hinterseitenstrang) 81

G GA BA (y·Am i nob u tter~äure) 9, 80 - Basalganglien 45 - Golgi·Zellen 44 - Korb-/Sternzellen 44 - synaplische Übertragung 9 - Transmitter 8 GABAA, GABAß bzw. GABAc, Wi rkung 9 G·Aktine 40 Gallenfarbstoff 70 Gallensäuren 70 - cholerelische Wirkung 70 - Li pidresorption 70 Gallensaftbildung 70

Ganglienzellen - Retina 88, 92 - - Impulsraten 89 Ganglion - spirale 95 - vestibuli I 03 Gap iunctions 4 - Herzmuskel 26 - Synapsen, elektrische 8 Gaskonstante ö gastrale Phase, Magensaftsekretion 68 Gastranspon, Normwerte 124 gastric inhibitory polypeptide s. GIP Gastrin 66 gastrointestinale Motilität 66 Gastrointeslinaltrakt, Hormone/ Transmitter 66 Gate·ControJ.Theorie, Schmerzen 81 Gauer·Henry·Heflex 37, 58 GDP (Guanosindiphosphat) 8 Gedächmis I I 0 - episodisches II 0- 111 - explizites, deklaratives I I 0 - implizites, prozedurales II 0 - Langzeitdepression/-potenzierung I I I - semantisches II 0 - sensorisches I I I Geraßsystem - Compliance 34 - funkt'onelle Abschnitte 34 Gegenfarbenneurene 90 Gegenfarbentheorie von Hering 90 Gegenstrommechanismus/ ·pri nzi p - Arterien/ Venen 57 - Harnkonzentrierung 63 - Henle-Schleife 63 - Sammelrohr 63 Gehörknöchelchenkelle 96 Gelbkörper (Corpus luteum) 76 genotyp'sches Geschlecht 76 Genregulationstheorie 77 Gerinnung s. Blutgerinnung Gerinnungsfaktoren s. ßlutgerinnungsfaktoren Geruch 83 - Wahrnehmungsschwelle 82 Gesamtbrechkraft, Auge 84 Gesamtpufferbasen im Blut 64 Geschlecht, geno-/phänotypisches 76 Gesch lechtsmerkmale, männliche 77 geschlossenes System, Kalorimetrie 56 Geschmack 82 - 83 - Wahrnehmungsschwelle 82 Geschmacksbahn, zentrale 82 Geschmacksrichtungen, Sinneszellen, sekundäre 82 Gesichtsfeld 92 Gesichtsfeldausfall 92, 11 6- 11 7 Gestagene 76 Gestalterkennung 93 Gewebefaktor 19 GH (growth hormone/ Wachstumshormon, Somatotropin) 74 G;-Proteine 8 GI P (gastric inhibitory polypeptide) 66 glandotrope Hormone 72 - 73 Glanzstreifen, Herzmuskel 26 glattes endoplasmatisches Retikulum Glaukom 85, I 16- 117 Gleichgewichtspotential 6 - Kalium 6 Gleichgewichtspotentiale, Ionen 124 Gieitfi lamenttheorie, Skelellmuskulatur 38 globale Aphasie I 0 I Globuli n AlB, anlihämoph iles 19 y·Giobuline 22 Globus pallidus 45 glomeruläre Filtration 60 glomeruläre Fil trationsrate (GFR) 61 - Normwerte 124 - Sch ilddrüsenhormone 74 Glomeruli 60 Glottis 100 Giukagon 72, 75 - A-Zellen 75 Glukokortikoide 75 Glukoneogenese - Glukagon/ lnsu lln bzw. Glukokortikolde 75 - Insulin 75, 11 9 Glukose-Konzentration, Diabetes mellitus 62 Glukose·llückresorption, Nieren 62 a·l ,6·Giukosidase, Kohlenhyd ratresorption 70 ß·Giukuronidase 3

GLUT (Giukosetranspor ter) 4 GLUT I 4 GLUT 2 4, 62 - Kohlenhydratresorption 70 GLUT 4 4, 75 GLUT 5, Kohlenhydratresorption 70 Glutamat 80 - Basalganglien 45 - Fleischgeschmack 83 - Geschmacksbahn 82 - Hörnerv, Erregung 97 - Körnerzellen 44 - Rezeptoren 80 - Transmitter 8 - Vestibularorgan , Signaltransduktion 102 - 103 - Wirkung 9 Glutamat·abhängiger Kanal (NMDA, AMPA) 4 Glutamatdehydrogenase Glycerin 71 Glycin 80 - Transmitter 8 - Wirkung 9 Glykogenolyse - Glukagon 75 - Schilddrüsenhormone 74 Glykogensymhese, Insulin 75 Glykolyse - anaerobe, Arbei t unterhalb der Dauerleistungsgrenze 54 - - Dauerleistungsgrenze 54 - - Erythrozyten 16 - - Muskelstoffwechsel 54 - Glu kagon 75 - Insulin 75 - Schildd rüsenhormone 74 Glykoproteine - Hormone 72 - Thrombozyten 18 S' ~ GM P, Phototransduktion 88 GnRH (gonadotropin releasing hormone) 77

Goldberger·Ableitung (EKG) 28, 115 - unipolare 28 Golgi·Apparat 3 Golgi ~Sehne n organc 46, 79 - Hemmung, autogene 46 Golgi·Zellen - GABA 44 - Kleinhirn 44 GP·Ib·Rezeptor 18 G- Proteine 8 - süßer Geschmack 82 G·Protein·gekoppelter Rezeptor 73 Graaf· Follikel 76 Grand·mal·Epilepsie, EEG 108- 109 Granulosazellen 76 Großhirnrinde (Kortex), Organisation 106 - 107 GRP (Gastrin releasing peptide) 66 Grünblindheit (Deuteranopie) 90 Grünschwäche (Deuteranomalie) 90 Grundumsatz 56, 74 - Normwerte 124 - Organe 56 GTP (Guanosintriphosphat) 8 Guanosindiphosphat s. GDP Guanosintriphosphat s. GTP Guanylatzyklase 3 Gustducin, bitterer Geschmack 82 Gyrus angularis I 0 I G·Zellen (Magen) 68

H Haarfollikel 78 Haarzellen - äußere, Corli·Organ 96 - - Hörvorgang, Signaltransduktion 97 - - Längenänderungen , oszillierende 97 - Bogengänge I 02 - innere, Corti·Organ 96 - - Stereovilli 97 - Signaltransduktion 97 Habituation, Fremdreflexe 47 Hämatokrit 16 - Normwerte 124 Hämiglobin 50 Hämedynamik 34 Hämoglobin I 6, SO - desoxygeniertes 51, 64 - Eisen 71

128

I

129

- fetales SO - Konzentration. mittlere, korpuskuläre [MC HC) 16 - mittleres, korpuskuläres (MCH) 16 - oxygeniertes 50 - SI - Proteinat-PutTer 64 - Sauerstoffaffin ität 50 - Typen 50 Hämolyse - Anämie 17 - osmotische 16 Hämophilie·AIB·Faktor 19 Hämosiderin 71 Hageman·Faktor 19 Hagen·Poiseuille·Gesetz 34 Haltereflex 45, 103 Hamburger Shift 51 Hammer (Malleus) 96 Harnkonzentrierung 63 Harnstoff 63 Hauptsprachbereich, Frequenzen/ Lautstärken 94 Hauptzellen (Magen) 68 Haut, Mechanosensoren 78 Hautoberfläche, Warm·, Kalt·, Druck· und Schmerzpunkte 79 HbA 1/ HbA2 50 HbF 50 HCG (humanes ChoriongonadotropinJ, Lurealphase 76 HCI-Sekretion, Belegzellen 69 HCN- Kanäle, Öffnung, direkte 27 HC03, chemische Umsetzung 51 Head·Zonen 80 - 81 Helicotrema 96 Helladaptation 88 Heii·Dunkei·Adaptation, Sehen 88 Hemianopsie, bitemporale/ homonyme 92, 11 7 Hemisphäre, nicht sprachdominante 100 - 101 Hemmung - autogene, Golgi-Sehnenorgane 46 - laterale, Simultankomrast, Retina 90 - rekurrente, Reflexe 47 - reziproke, Muskeleigenreflexe 46 Henderson·Hasselbolch·Gieichung 64 Henle·Schleife 60 - Gegenstrommechanismus 63 Henry·Gauer·Reflex 58 Herdbefund, EEG I 09 Hering·Breue eReflex 52 Herz - Arbeitsdiagramm 25 - Auskultation(sstellen) 32 - elektrische Erregungsleitung 28 - Erregung 26 - 27 - Erregungsleitungssystem 26 - Mechanik 24 - 25 - Schrittmacher 26 Herzaktionen 25 Herzfreq uenz - Abnahme, Altern 77 - Anpassung 55 - Dauerleistungsgrenze 55 - ß1·Rezeptoren 55 Herzgeräusche 34 - Diastolikum/ Systolikum 33 - Herzinsuffizienz 33 - Klappenfehlfunktion 33 - Laplace·Gesetz 33 Herzglykoside, Natrium·Kalium·Pumpe 39 Herzhypertrophie, exzentrische/ konzentrische, Herzgeräusche 33 Herzinsuffizienz 39 - Herzgeräusche 33 - Hemüne 32, 114- 115 Herz·Kreislauf·Parameter 125 Herzlagetyp, Bestimmung, EKG 29 Herzmuskel - Aktionspotential 26 - elektromechanische Kopplung 38- 39 - Gap iunclions 26 - Glanzstreifen 26 - Ionenströme 26 - Nervensystem, vegetatives 27 - Sympathikus 27 - Tetanisierbarkeil 26 Herzrhythmusstörungen, tachykarde, EKG 30 Herztätigkeit, Anspannu ngs·, Austreibungs·, Entspannungs· bzw. Füllungsphase 24 Herztöne 32 - 33 - Phonokard iographie 32

Register Herzzeitvolumen (HZV) 24 - Schilddrüsenhormone 74 - Yeneilung auf die Organe in Ruhe 125 hctcronyme binasale/ bitemporale Hemianopsie 92 Hexamethonium 12 Hill'sche Kraft·Geschwindigkeitsrelation 42 - 43 Hinterseitenstrang 8 1 Hippocampus III Hirnödem, Höhenkrankheit 53 Hirnstamm. Mmorik 45 Hirnstammaudiometrie 99 Hirnstammreflexe 45 Hirn todbestimmung, EEG I 09 His·Bündel 26 Histamin II 0 - Transmitter 8 - Yasodilatation 37 Histamin·empfindliche C·Fasern 80 H·Ketten, Antikörper 22 HLA [human leukocyte antigens) 20 Hochdrucksystem 34 - 35, 58 - Strompuls 34 Höhenkrankheit 53 Hörbahn 95 Hörbereich 94 Hörfläche 94 Hörgeräte, Innenohrschwerhörigkeit 99 Hörkurve 94 Hörminderung, Schleifendiuretika (Furosemid) 96 Hörnerv - Erregung, Glutamat 97 - Stimulation 99 Hörprüfungen 98 - objektive/subjektive Methoden 98 Hörrinde 95 Hörschwelle, Frequenz-/Intensitäts· Unterschiedsschwelle 95 Hörschwellenkurve 94 Hörverlust 98 homoiotherm 56 homonyme Hemianopsie 92 Homunculus, motorischer 44

Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) 74 Hypopllysenmiuellappen 74 Hypophysentumor 117 Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse) 74 hypothalamisch·hypophysäre Achse 73 Hypothalamus - Emotion/ Motivation I II - Horm one 74 - Nervensystem, vegetatives, Steuerung 12 - Osmorezeptoren 58 - Triebverh alten III hypoton 2 hypotone Störungen, Wasserhaushalt 58 Hypotonie, Vasodrlatatron 37 Hypoventilation 52 - Säure·ßasen·Haushalt 64 hypox isehe Yasokonstriktion 49

IFN·a (Interferon a) 23 lgA 22 - Speichel 68 lgD 22 lgE 22 lgG 22 lgM 22 IL· I , IL-2, IL-4, IL-5, IL-10 23 Immunglobulinklasse 22 immunogen 20 Immunsystem 20 - 23 - endogene/ exogene Stoffe 20 - Hemmung, Glukokortikoide 75 - Zellen 20 - 21 Impedanzanpassung 96 im plizi tes prozedurales Gedächtnis II 0 lncus (Amboss) 96 Indifferenztemperatur 79 lndifferenztyp, EKG·Ableitung 29 lndikatorverdünnungsmethode 58 lnhibin 72, 76 Innenohr 96 Hormone Innenohrschwerhörigkeit - aktivierende 74 - Cochleaimplantate/ Hörgerä te 99 - endokrine Organe 72 - Kommu nikationsfahigkeit 99 - Gastrointestinaltrakt 66 innere Uhr II 0 - glandotrope 72 - 73 lnotropie, Beeinflussung - hydrophile, Rezeptoren, extrazelluläre 72 - Acetylcholin/ Noradrenalin 27 - Hypophyse/ Hypothalamus 74 - Parasympathikus 27 - inhibierende 74 INR (International normalized ratio) 19 - lipophile, Rezeptoren, intrazelluläre 72 - Normwerte 124 - Nebennierenrinde 75 Inspiration 48 - nicht·glandotrope 72-73 Sympathikus 52 - Schilddrüse 74 inspi ratorischer Reservevolumen 48 - Sekretion, auto·, endo· bzw. parakrine Insulin 72, 75 72 - Azidose, metabolische 65 - - zirkadianer Rhythmus I I 0 - B·Zellen 75 - Über-/ Unterfunktion 73 - Glukoneogenese I 19 - Wirkungen 74 - 75 - Kaliumhaushalt 59 - Liponeogenese I 19 hormonelle Regelkreise 73 lnsulinmangel, kataboler Stoffwechsel I 19 Hormonrezeptoren 72 integrative Leistungen, ZNS II 0- II I Horopterkreis 9 1 lntensitätsdifferen z, Richtungshören 95 H·Substanz, ABO-System 23 Intensi tä ts· Unterschiedsschwelle, H·Welle, Elektromyographie (EMG) 47 Hörschwelle 95 Hydrolasen 3 Intentionstremor 45 hyd rostatische lndifferenzebene, Blutd ruck interdigestive Phase, Magensaftsekretion 36 68 Hyperakusis, Fazia lisparese 96 Interneurane 47 Hyperhydratation 58 Internodien 7 - hypertone 58 intestina le Phase, Magensa ftsekretion 68 - hypotone 58, 119 intrafusale Fasern , Muskelspindeln 46 - isotone 58, I 19 Intrazellulärraum 58 Hyperkaliämie 59 Inulin, Clearance 61 - Depolarisationsblock 59 Inzisur, Druckpulskurve 35 - EKG·Yeränderung 30 lodisation 74 Hyperkalz iämie, EKG·Yeränderung 30 Ionen, Gleichgewichtspotentiale 124 Hyperkapnie 52 lonenkonzentration, intra-/extrazelluläre, Hyperkolumne 93 Skelettmuskelzelle 6, 124 Hyperopie (Weitsichtigkeit) 86, I 16- 11 7 Ionenströme Hyperparathyreoid ismus I 19 - Herzmuskelzellen 26 hyperton 2 - Schrittma cherzellen 26 hypertone Störun gen, Wasserhaushalt 58 ionotrope Rezeptoren 12 Hypervemilation( ssyndrom) 52, 120- 12 1 ionotrope Transmittetwirkung 8 - Alkalose , respiratorische 59,65 11'3 ( lnositoltriphosphat) 9 - Höhenkrankheit 53 IP3·Kaskade. bittere r Geschmack 82 - psychogene 65 IPSI' (inhibitorisches postsynaptlsches - Säure-Basen-Haushalt 64 Potential) I 0 Hypokaliärnie, EK 30 Irradiation, Fremd reflexe 47 Hypokalziämle, EK 30 isobare Maxlma, Kurv 24 Hypokapnie 52 Isodynam ie 66 Hypophyse, Hormone 74

Isohämagglu tinine 23 isometrische Kontraktion 42 isometrische Maxima. Ruhedehnungskurve 42 Isophone 94 isoton 2 isotone Störungen, Wasserhausha lt 58 isotonische Kontraktion 42 isotonische Maxima 42 - Ruhedehnungskurve 42 isovolumetrische Maxima, Ventrikel 24 Istwert , Temperatur 57

januski nasen (JAK) 22, 73 Jendrassik·Handgrill 46

K Kälteempfindung, paradoxe 79 Kältegefühl, TIWM8-Kanal 79 K~lterezep toren 79 Kalium 59 - Gleichgewichtspotential 6 - Resorption 71 - Resorption/ Sekretion, Nieren 62 Kalium-H+·ATPase 69 - Belegzellen 69 Kaliu m· Kanäle - mechanosensitive, Vcstibularorgan, Signaltransduktion 102 - 103 muskarinerge, Öffnung, Chronotropie 27 - saurer Geschmack 82 - süße Stoffe 83 Kalorimetrie - direkte/ indirekte 56 - geschlossenes/ offenes System 56 kalorische Prüfung, Nystagmus I 04 - I 05 kalorisches Äquivalent 56 - Normwerte 124 Kaltpunkte, Haut 79 Kalzitonin 72, I 19 - Kal zium-Phospha t-Haushalt 59 Kalzi trial (Yit. D 11 11 9 - Kalzium·Phosphat· Haushalt 59 Kal ziums. Calcium Kammcrnauern/-flimmcrn, EKG 30 Kam mermyokard/ ·Schenke I, Leitungsgeschwindigkeiten 26 Kammerrhythmus 125 Kammetwasser 85 - Abflussbehinderung II 7 Kanäle, Tra nsport, passiver 4 Kapillarendothel, Glomeru lusfi lter 60 Karotissinus, Presserezeptoren 58 katabole Wirkung/kataboler Stoffwechsel - Glukokortikoide 75 - Insulinmangel 11 9 Ka techo tamine 13 Kationenkanäle - ionenselektive 4

- mechanosensitivc, Hörvorgang, Signaltransduktion 97 Kehlkopf (Larynx) I 00 kephale Phase . Magensaftsekretion 68 Kernkettenfasern, Muskelspindeln 46 Kernkomplex I 0 Kernsackfasern, Muskelspindeln 46 Ketoazidose - Diabetes mellitus Typ I 11 9 - metabolische 65 Ketonkörperbi ldung, Diabetes mellitus 11 9 Kinesin, Mi kro tubuli 5 Kinozilium, ßogengangs-/Makulaorga ne 102 Klärrate (Ciearance C), Nierenfunktion 61 Klang 100 Klappenfehler 115 - erworbener I 15 Klappeninsufflzlenz, Herzgeräusc he 33 Klappenstenose . Herzgeräusche 33 klassischer Weg, Komplementsystem, Akt ivierung 22 Kleinhirn (Zerebellu m) 44 - Golgl·, Korb· bzw. Stern zellen 44 - Kletter·/Moosfasern 44 - Motorik 44 Kleinhirnkerne 44 Kleinh lrn rlnde, Purkln)c·Zellen 44 Kletterfasern, Kleinhirn 44 Klimakterium 77 Knall trauma Qo Knochcnabbau, Altern 77

Knochenleitung 98 - Tonschwellenaudiometrie 98 Körnerschich t, äußere/ innere, Neokortex 106 Körnerzellen, Glutamat 44 Körper, Stellung im Raum I 07 Körperkern, Temperaturgeralle 56 Körperkern temperatur 56 - Konstanthaltu ng 57 körperliche Arbeit, Anpassungsreaktionen s 4 Körperschale, Temperaturgeralle 56 kognitives Lern en 11 0 Kohabitation 77 Kohlend ioxid . Transpo rt, Blut 50 Kohlendioxid·ßindungskurve 51 - Blut, desoxygeniertes 5 1 Kohlendioxid-Partialdruck 48 - arterieller, Säure-Basen-Hausha lt 64 - Normwerte 124 Kohlenhydrate, Resorption 70 Kohlrausch-Knick 88 kolloidosmotischer Druck 2 Koma, diabetisches 52 Kommissurenfasern 100, 106 - 107 Kompanimentieru ng, funktionelle 3 kompensatorische Pause, Extrasystole n ventrikuläre 3 1 ' Komplemen tärfarben (Gegenfarben) 90 Komplementsystem 22 - Aktivierung, alternativer/ klassischer Weg 22 Konduktion, Wärmeabgabe 57 konsensuelle Pupillenreaktion 85 Konsonanten , Artikulation I 00 Kontaktlinse, Astigmatismus, irregulärer 86 Kontraklion

- isometrische/ Isotonische 42 - Muskulatur, glaue 40 - Skelettmuskulatur 38, 42 - tetanische 43 Kontraktionskraft, Regulation 43 Kontrastsehen 90 Kontrastverstärkung, Simultankontrast Retina 90 ' Konturerkennung 93 Konvektion, Wärmeabgabe 57 Konzentration 2 - molale 2 Konzentrationsgradienten 6 Korbzellen - GAßA 44 - Klein hirn 44 Korotkow· eräusche, Blutdruck 36 Kortex

- Aus-/ Eingänge I 07 - motorischer 44 - prämotorischer 44 - sensemotorischer 44 - sensorischer I 06 - 107 kortikale Felder I 06 Kortikosteron 75 Konisol 72, 75 Kortison 75 Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm, Muskelkraft 42 Kreatinin, Clearance 6 1 Kreatinphosphat - Dauerleistungsgren ze 54 - Muskelstoffwechsel 54 Kreislauf, enteroh epatischcr 70 Kreislaufsystem 34 - 37 - Regulation 36 Kroghscher Diffusionskoeffizient 48 Kugelzellanämie 16 Ku rzsichtigkeit (Myopie) 86, 11 6- 11 7 Kurzzeitgedächtn is III Ku ssma ui·Atmung 52, I 19 L Labyrinthausfall I 05 - einseiti ger I 05 1-'lbyrinthreflex, tonischer 103 Labyrinth·Stcllrcflex I 03 Lähmung, schlaffe/ spastische 44 Längcnändcrungen, oszillierende, Haarzcllen, äuflere 97 L<~ngswldcrstand, Nerven 7 La~~Sngsschwl nd cl , paroxysmaler, ben igner Laktase, Kohl nhyclrwesorptlon 70 Laktatazldose 05 l<1ndolt·Ring, Vlsusbcsilmmung 87 Lang rhans·lnseln, I ankreas 75

Register

Langzeitdepression, Gedächtnis III Magensaftsekretion 68 Langzeitgedächtnis III Magnesium 59 Langzeitpotenzierun g magnozell uläres Ke rngebiet 74 - Gedächtn is I I I MaJor histocompatibili ty complex (MHC- molekulare Mecl1anismen I II Antigene) 20 Laplace-Gesetz 11 5 Makrophagen, Zytokine 22 - Herzgeräusche 33 Makulaorgane I 02 Laufrichtung, physiologische, - Erdanziehung I02 Elektromyographi e (EMG) 47 - Kinozilium/ Stereozilien I02 Laufzeitdifferenz, Richtungshören 95 Malabsorption 70 Lautstärke(n) Maldigestion 70 - Hauptsprachbereich 94 Malleus (Hammer) 96 - subjektive, Sone-Skala 94 Maltase 1~11tstärkepe ge l 94 - Koh lenhydratresorption 70 Leistungsphysiologie 54 - 55 - Pankreas 69 Leitungsaphasie I01 Massenkonzentration 2 Leptin, Vasoko nsrriktion 37 Max ima Lernen I I0 - isobare, Ventrikel 24 - kognitives 11 0 - isovolumetrische 24 - [nicht)assozialives II 0 MCH [mittleres korpuskuläres Hämoglobin) Lesebrille 84 16 Leukotriene, Vasokonslriktion 37 MCI-I C (mittlere korpuskuläre HämoglobinLewis- Reaktion 57 konzentration) 16 LH (lutein isierendes Hormon) 74 - Normwerte 124 LH-Peak, Ovulation 76 m-C holino-Rezeptor 12 Libidoverlust 77 MCV (mittleres korpuskuläres Volumen ) limbischer Assoziationskortex I06 16 limbisches System 44 , I II - Normwerte 124 - Nervensystem, vegetatives, Steuerung 12 Mechanorezeploren 78 Linksverschiebung mec hanosensiti ver Kation enkanal, - Höhenkrankheit 53 Vestibularorgan, Signaltransduktion - Sauerstoffbindungskurve SO 102 - 103 Linse Mechanosensoren, Haut/Subkutis 78 - Brechkraft D 84 Megakaryozyten , Thro mbozytenbildung - ko nvex-zylindrische, Astigmatism us, 18 regulärer 86 Meißner-Körperehen 78 Linsensysteme 84 Melanozyten, Verlust, Altern 77 Lipasen, Lipidresorption 70 Membranangriffskomplex 22 Lipiddoppelschicht, Membranen 4 Membranen Lipide, Resorption 70 - Lipiddoppelsc hicht 4 Lipolyse - Stofftra nsport 4 - Glukokortikoide 75 - Transport, aktiver/ passiver 4 - Schilddrüsenhormone 74 Membranlängskonstante 7 Liponeogenese, Insulin 11 9 Meniere-Syndrom I 05 L-Ketten, Antikörper 22 Menstruation(szyklus) 76 - 77 Lobus - Follikei-/ Lutealphase 76 - flocculonodu laris I 03 - Östradioi/ Progesteron 76 - prepiriformis 83 Merkei-Taslscheiben 78 Lokalanästhetika 80 Merkcl-Zellen 78 Luftleitung 98 mesopisches Sehen 88 - Tonschwellenaudiometrie 98 metabolische Fa kto ren, EKG, Veränderungen Lunge 30 - Compliance 49, 121 metabolische Störung 65 - Elastance [Rückstellkraft) 49, 121 metabolisches System, Säure-Basen-Haushalt - Retraktionskräfte 48 64 - Sauerstorrpa rtialdruck 50 Metabotrans mitter 8 Lungenembolie 120 - 12 1 Metarhodopsin II , Lungenfunktionsdiagnostik 12 1 Phototransduktionsprozess 88 Lungenödem, Höhenkrankheit 53 Methämoglobin 50 Lungenruptur, Taucherkrankheit 53 Meyer-Schleife 92 Lurealphase MHC-Anligene [Major histocompat.ibility - HCG (humanes Choriongonadotropin) 76 complex) 20 - Menstruationszyklus 76 MH C-1/11-Antigene 20 - Progesteron 76 MHC-11 11-Weg, Antigen-Präsentation 20 luteinisierendes Hormo n (LH) 74 MHC-1/ 11-Präsentierung, Zellen 20 Lysophospholipide 7 1 Michaelis-Menten-Kine ti k 4 Lysosomen 3 Mikrotubuli Lysozym, Speichel 68 - Dynein/ Kinesin 5 - Transport 5 Milchlipase 71 M Mimik 107 MAD (mittlerer arterieller Blutdruck) 36 Mineralokortikoide 75 Magen Minusglas 117 - Belegzellen 68 Miosis 85 - ECL-Zellen [ECL = enterochromaffin-like) Mitochondrien 3 68 Mitralklappenstenose 114 - I 15 - G-Zellen 68 Mitraizelien 83 - Hauptzellen 68 Mittelohr 96 Mizellen, Lipidresorption 70 - Motorik 67 MLKK (Myosin-leichte-Ketten-Kinase) 40 - Nebenzellen 68 MLKP [Myosin-leichte-Ketten-Phosphatase) Magen-Darm-Motorik 66- 67 - Dauerkontraktion, tonische 67 41 - Parasympathikus/Sympathikus 66 mal 2 molale Konzen tration 2 - Regu lation 66 - Sc hri ttmache~ D epolarisa ti onen 66 Molalität 2 - Schrittmacherzellen 66 Molaritäl 2 - Slow waves 66 Molekularschicht, Neokortex I06 Monoamine, Transmitter 8 Magen-Dann-Trakt Monoglyceride 71 - Resorption 70 - 7 1 Monosaccharide 70 - Sekretion 68 - 69 monosynaptische Aklivierung, a Magengesc hwüre 69 Motoneurone 46 - Protonenpumpeninllibiloren 69 Moosfasern, Kleinhirn 44 Magenmotori k 67 Motivation, Hypothalamus III - Feedback 67

Molone urene - a -Motoneurone , Elektromyographie (EMG) 47 - - Läsion 44 - - monosynaptische Aktivierung 46 - y-Motoneurone 45 - - Muskelspindeln 46 Motorik - Basalganglien 45 - Hirnstamm 45 - Kleinhirn (Zerebellum) 44 - Magen-Darm-Trakt 66 - 67 - Nervensystem, peripheres 46 - 47 - Pyramidenbahn (Tractus corlicospinalis) 44 - Rückenmark 46 - 47 - ZNS 44 - 45 motorisc he Aphasie 101 motorische Einheiten, Rekru tierung, Summation, räumliche 43 motoriscl1e Endplatte I0, 38 - Acetylcholin [ACh) 10 - 11 - pharmakologische Beeinflussung I 0- II - Transmitterfreisetzu ng 10 - 11 motorische Felder I06 motorischer Korlex 44 - primärer I 06 - I07 - sekundärer 44 , I 06 - 107 - somalotope Gliederung 44 motorisches Sprachzentrum I 0 I MSI-1 (melanozytenstimulierendes Hormon) 74 Mukoviszidose 69 Multiple Sklerose [MS) I 09 Mul ti- Unit-Typ, Muskulatur, glatte 40 Mundspeichel 68 Musculus - cricoaryrenoideus posterior I 00 - cricothyroideus I00 Muskarin 12 muskarinerge Rezeptoren 12 Muskelarbeit 54 - Dauerleistungsgrenze 54 - 55 - Sauerstoffaufnahme, Anpassung 54 - 55 - Wirkungsgrad 54 Muskeleigenreflexe 46 - Antagonistenhemmung 46 - Hemmung, reziproke 46 Muskelfasern, rote/ weiße 54 Muskelkontraktion s_Kontraktion Muskelkrämpfe, Hyperventilation 59 Muskelkraft, Kraft-GeschwindigkeitsDiagramm 42 Muskelmasse, Abbau, Altern 77 Muskelmechanik 42 - 43 Muskelrelaxanzien, (nlcht)depolarisierende II Muskelspindeln 46, 79 Muskelstoffwechsel 54 Muskelzittern, unwillkürliches, Wärmebildung 57 Muskulatur - glatte 40 - - Aktin 40 - - Multi-/ Single-Unit-Typ 40 - - Myosin 40 - - Natrium-Calcium-Antiport 41 - - Querbrückenzyklus 41 - quergestreifte s. Skelettmuskulatur Myasthenia gravis II - Cholinesterase, Inhibitor I I Mydriasis 85 Myelinscheiden, Nervenfasern, markhaltige 7 Myoglobin - Eisen 7 1 - Muskelfasern, rote 54 - Sauerstoffaffinität 50 - Sauerstoffbindungskurve 50 Myokard, Aktionspotential 26 Myopie (Kurzsichtigkeit) 86, 116- 117 Myosin - ATPase-Eigenschaft 41 - Deblockade 38 - - Muskulatur, glatte 40 Myosin-AlPase-Aktivität 39 Myosinfilamente, Skelettmuskulatur 37 Myosin-leichte-Ketlen-Kinase (MLKK) 40 Myosin-leichte-Ke tten-Phosphatase (MLKP) 41 M-Zellen [a-Zellen), Retina 92

130

I

131

N Na 2 .•• s. Natrium ... Nachbild 90 Nachlast (Afterload) 25 NAD+· Phosphorylase 3 Nahakkommodation 84 - Presbyopie 87 Nahpunkt - Hyperopie 86 - Presbyopie 87 Natrium

- Resorption 71 - - Nieren 62 - saurer Geschmack 82 Natrium-Aminosäure-Symport 62 Natrium-Calcium-Antiport, Muskulatur, glatte 4 1 Natrium-Calcium-Dunkelstrom, Phototransduktionsprozess 88 Natrium-Einstrom - Depolarisation 6- 7 - Repolarisation 7 Natrium-Giukose-Symport 62 Natrium-H+Antiport 62 Natrium-Kalium-2CI-Kotransporter 62 - Speichel 68 Natrium-Kalium-AlPase 3, 62 - Ruhemembranpotential 6 Natrium-Kalium-Pumpe - Digitalis 39 - Herzglykoside 39 Natriumkanäle, epitheliale [ENaC), salziger Geschmack 82 Natrium-Phosphat-Symport 62 Natrium-Symporter 74 n-Cholino-Rezeptor 10, 12 n-Cholino- Rezeptor-abhängiger Kationenkanal 4 Nebennierenrinde, Hormone 75 Nebenzellen, Magen 68 Neglect, A. cerebri media, Verschluss I07 Neokortex I06 - insulärer, Geschmacksbahn 82 - Körnerschicht, äußere/ innere I06 - Molekularschicht I 06 - Pyramidenschicht, äußere/ innere 106 - Spindelzellschicht I 06 Neostigmin 12 - Depolarisationsblock I I Nephrone 60 Nernst-Gieichung 6 Nerven - elektrische Eigenschaften 7 - Längs-/ Querwiderstand 7 Nervenfa:sern

- markhaltige, Myelinscheiden 7 - marklose, Aktionspotential 7 Nervenleitgeschwindigkeit, Normwerte 124 Nervensystem - Motorik 46 - 47 - peripheres 47 - vegetatives 12 - 13 - - Herzmuskel 27 Nervus - olfactorius, Geruch 83 - opticus 92 - trigeminus 82 - vagus 100 - vestibulocochlearis I03 Netzhautstellen, korrespondierende 91 neuronale Verarbeitungsprozesse, Retina/ Seilvorgang 89 Neuron(e) - motorisches, Atmungsregulation 52 - postganglionäre 12 - präganglionäre 12 - prärnotorisches, Atmungsregulation 52 nicht-assoziatives Lernen II 0 nicht-depolarisierende Muskelrelaxanzien II nicht-glandotrope Hormone 72 - 73 nicht-sprachdominante Hemisphäre 100- 101 Niederdrucksystem 34-35 Nieren 60 - 63 - Aminosäureresorption 62 - 63 - Bikarbonat-Rückresorption 62 - Calcium-Rückresorption 62 - Filtrationsfraktion (FF) 61 - fraktioneile Ausscheidung (FA) 61 - Glukose-Rückresorption 62 - Kalium-Resorption/ -Sezernierung 62 - Natrium-Resorption 62 - Normwerte 6 1, 124

Register - Peptidresorption 62-63 - Phosphat-Resorption 62 Stofftransport 62 - Vas afferens/ efferens 60 Nierenbecken 60 Nierendurchblutung 60 Nierenfunktion - Größen, Beurteilung 61 - Klärrate {Clearance C) 6 1 Nikotin 12 nikotinerge Rezeptoren 12 Nitrostigmin {E605) 12 NMDA-Rezep toren 80, I I I N-Methyi-D-Aspartat-Agonisten 80 NO (Stickstoffmonoxid) 66 - Erektion 77 - Langzeitpotenzierung III - Transmitter 8 - Vasedilatation 37 Nonius-Sehschärfe, Visusbestimmung 87 Non-REM-Schlaf I I 0 Noradrenalin 12- 13,72, 110 - lnotropie, Beeinflussung 27 - Transmitter 8 Normalhörende 98 Normoblasten 16 Nozizeption 81 - spinale Übertragung 80 Nozizeptoren 80 - schlafende 80 Nucleus - cochlearis 95 - dentatus 44 - Edinger-Westphal 85, 92 - emboliformis 44 - fastiguus 44 - globosus 44 - olivaris superior 95

osmotischer Druck 2 Osteoidsynthese, Glukokortikuide 75 Oszi llatoren I I 0 otoakustische Emissionen - evozierte 99 - spontane 99 - transiwrisch evoziiene 99 Otolithen I 02 Otolithenmembran I 02 Overshoot 6 Ovulation 7ö - LH -Peak 76 oxygeniertes Blut 51 oxygeniertes Hämoglobin 50 Oxytocin 72, 7~

Physostigmin 12 - Depolarisationsblock I I Pigmentepithel, Retina 88 Pilocarpin 12 Pilomotorik, Temperaturregulation 57

PH (partielle Thromboplastinzeit ) 19 - Normwerte 124 Pufferbasen 04 Puffer{systemel 64 - offene, ßikarbonat-Puffer 64 Pulswellengeschwindigkei t {PWG) 35, 125 Pupillenmotorik 92 Pupillenreaktion 85 - direkte/ konsensuelle 85 Pupillenreflex 92 Purkinje-Fasern 26 l'urkinje-Zellen, Kleinhirnrinde 44 P-Welle {EKG) 28 - ExtrasySJolen, venJrikuläre 3 1 Pylorus , Motorik 67 Pyramidenbahn {Tractus corticospinalis) 44 - Muwrik 44 - Schädigung 44

PIP? {Phosphatidylinositold iphosphat) 8 pK-I>vert 64 Plättchenadhäsion, Blutgerinnung 18 Plättchenaggregation/-degran ulation, Blutgerinnung 18 Plasma 17 - Druck, osmotischer 17 Plasmanuss, renaler {RPF) 61 Normwerte 124 - Schilddrüsenhormone 74 Plasmaproteine 17 p - Serumeleklrnrhnrese I 7 Plasma-Thromboplastin-Antecedent {PTA) Punkrcils 19 - a-Amylase 69 Plasmavolumen, Messung 58 - Azinuszellen 69 Plasmazellen 2 I Pyramidenschichl äußere/ innere - Bikarbonat 69 Plexus Neokortex I 06 ' - endokrines 75 - myentericus (Auerbac ll) 60 Pyruva tdehydrogenase 3 Zymogene 69 - submucosus (Meißner) 66 !'-Zellen. Retina 92 Pankreaslipase 69,71 Pneumothorax 120- 121 Pankreassekretion 69 - geschlossener, offener bzw_ spontaner 12 1 Q pankreatisches Polypeptid 75 Podozyten öO - PP-Zellen 75 poikilotherm 56 ORS-Komplex Paraaminohippursäure {PAH ), Clearwc e 61 Polydipsie, Diabetes mellitus 62 - EKG 28 - 29 Parasympathikus 12 Pontozerebellum 44 - Extrasystolen, ventrikuläre 3 1 - Chronotropie 27 Poren, Transport , passiver 4 - normaler, Extrasystolen, supraventrikuläre - Exspiration 52 positiv bathmotrop 27 31 - lnotropie , Beeinnussung 27 positiv chronotrop 27 Quadrantenanopsie 92 - Magen-Darm-Motorik 66 positiv dromolrop 27 Quadrantenausfalle 11 7 - zentrale Steuerung 12 positiv inotrop 27 Querbrückenzyklus Parathormon {PTH ) 119 positiv lusitrop 27 - Muskulatur, glatte 41 - Calcium- Phosphat-Haushalt 59 postrotatorischer Nystagmus I 04 - Skelettmuskulatur 38 - 39 - Calcium-Rückresorption 62 Postsynapse B Querdisparation 9 1 - paraventricularis 74 parazel lulärer Shunt 62 - Vorgänge I 0 Ouerwiderstand , Nerven - subthalamicus 45 Parese, schlaffe 44 - Wirkungsort I I Quick-Wen 19 - supraopticus 74 Parietallappen I 06 postsynaptisches Potential - Cumarine 19 - tractus solitarii, Geschmacksbahn 82 Parkinson-Syndrom 45 - exzitatorisches {EPSP) I 0 - Normwerte 124 - vemralis posterior I 03 - Dopamin -Mangel 9 - inhibitorisches (IPSP) I 0 Nystagmus I 04 parvozelluläres Kerngebiet 74 PP-Zellen, pankreatisches Polypeptid 75 R - kalorische Prüfung I 04 - I 05 Patellarsehnenrenex 46 PQ-Intervall/ -Strecke, EKG 28 - optokinetisc her I 04 PD-Rezeptoren/-Sensoren 36, 46, 78 präganglionäre Neurone 12 Rad iation. Wärmeabgabe 57 - postrotatorischer I 04 - Temperaturrezeptoren 79 prämotorischer Kortex 44 Rad ikale, freie, Altern 77 - rotatorisehe Prüfung I 04 l'eak-now 121 Präsynapse 8 räumlicher Eindruck 93 - vestibuläre Prüfungen I 04 Pentosephosphat weg, Insulin 75 - aktil'e Zone 10 räumli ches Sehen 90 - 91 - vestibulärer I 04 Peptide/ Peptidhormone 72 - inaktive Zone I 0 RANKL 75 - Transmitter 8 - Wirkungsort I 0 RAN K-System {lleceptor activator of nuclear Peptidresorption, Nieren 62 - 63 0 präsynaptische Kontrolle, factor kappa-ß) 75 Perfusion 48 - 49 Transmitterfreisetzung 13 Ranvier-Schnürringe 7 Oberflächenamigene 20 Perllym phe 96-97 Preload (Vorl ast) 25 RA-Rezeptoren {rapidly adapting) 78 - 79 Oberflächenrezcptoren, Thrombozyten 18 Perimeter 85 Presbyakusis (Aiterssclnverhörigkelt[ 94 Rauchgase, Vergiftung 120 - 121 Oberflächenschmerz 80 Periodizitätsanalyse 97 Presbyopie (Aitersweitsichtigkeit) 87, raues endoplasmatisches Retikulum 3 Objek tgröße, Sehen, räumliches 9 1 Peristaltik 11 6- 117 Recessus costophrenicus 49 obstruktive Ventilationsstörungen 52 - nicht-propulsive 67 Pressorezeptoren, Aortenbogen/ Karotissinus Rechtsherzbelastung Ödementstehung 2 - propulsive 67 58 - !\szites 114- 115 ösophageale Phase, Schluckakt 67 Peroxisomen 3 primärer Kortex 92 - Stauun gsleber 114- 11 5 Ösophagus-Sphinkter, oberer/ unterer 67 Persönlichkeit, Veränderungen 107 Primärfollikel 76 - Unterschenkelödeme 11 4- 11 5 Ösophagussprache I 00 Perspektive, Sehen, räumliches 91 Primärharn 62 - Venenstauung I 14- 11 5 Perspiratio sensibilis/insensibilis, Östradiol, Menstru ation 76 - Glomeruluskapillaren, Druck, Rechtsverseil iebung, Wärmeabgabe 57 Östrogene 72 , 76 hydrostatisc her 60 Sauerstoffbindungskurve 50 Pfötchens tellung der Hände, - Follikelphase 76 Primärharnbildun g, Normwerte 124 Recruitment 98 Ofi-ßipolarzellen/ -Neurone 89 Hyperventilation 59 Priming 10 Recruitment-Test 98 - 99 phänotypisches Geschlecht 76 offenes System, Kal orimetrie 56 Primordialfollikel 76 Reflex{e) 46 - 47 pharyngeale Phase, Schluckakt 67 Ohr, äußeres 96 Proaccelerin 19 - Hemmung, reku rrente 47 Phasen vorschub, Extra systolen, Ohrmuschel, Richtungshören 95 Progesteron 72, 76 - mono-/ polysynaptische 46 supraventrikuläre 31 okulare Dominanzsäu len 92 - Lutealphase, Menstruationszyklus 76 - statokine tischer 45, I 03 Phonation I 00 Projektionsfasern I 06 - 107 Okzipitallappen I 06 - vestibulärer, statischer I 03 Prokonvertin 19 Omeprazol, Salzsäureproduktion, Hemmung Phoneme 100 - vestibulookul~rcr I 04 Phonokardiographie, Herztön e 32 Prolaktin 72, 74 Reflexzeit 46 68 Phonzahl 94 Proliferationsphase. endametrischer Zyklus On-Bipolarzellen/ -Neurone BQ Refluxkrankheit 67 Phosphat 59 77 Refraktärzeit 6- 7 onkotischer Druck 2 Proportiona 1-Differential-(PD-)DetektorIPhosphatase, saure 3 Ophthalmoskopie, direkte/ indirekte 84 Reissner-Mernbran 96 PhosphatidylinositoldiphosphatiP IPz ) 8 Rezeptoren 36, 46, 78 REM-Schlaf I I 0 Opioidpeptide 80 Propriozeption 79 Phosphat- Puffer 64 renaler Blutfluss (llBF) 58,61 Opsonierung 22 Prostagtandin DI E, Vasedilatation 37 Phosphat-llesorption, Nieren 62 Renin-Angiotensin-Aldosteron-System optischer Apparat 84 Prostagtandin F/ 1, Vasodilatation 37 Phosphodiesterase (PDE), 8 optokinetischer Nystagmus I 04 Prostaglandine, Entzündung 80 Phototransduktionsprozess 88 Renin-Angiotensin-Sys tem 37, 58 orale Phae, Schluckakt 67 Ptotanomalie IRot>ehwäche) 90 - Volumenmangel 37 Phosphodiesterase 5 {PDE 5). Hemmung, Organe, Grundumsatz 56 Protanopie {Rotblindheit) 90 Renshaw-lnterneurone 47 Sildenant 77 Organismus, menschlicher, Puffersysteme 64 Protein CIS, Blutgerinnung. Inhibitoren Renshaw-Zellen 47 18 Phospholamban 4 1 Orientierungssäulen {Kolumnen ) 92 Proteinat-Puffer 64 - Synapsen, Inhibitorische 9 Phospholipase A, Pa nkreas 60 Orthostase-Reaktion 36 - 37 Proteine, Resorpti on 70 l~epolarisation 6 Phospholipase Az, Clukokortikoide 75 Ortsanalyse 97 - Nalrlum-Kanäle 7 Protelnkinase A. sOße Stoffe 83 Phospholipase , bitterer Geschmack 82 Ortstheorie 97 Prothrombin 19 Rescrvevolu men. ln -/exspiratorisches 48 Phospholipasen 71 Osmolal1tät 2 - Normwerte 124 Protonenpumpeninhibitoren, Phospholipide 71 Osmolarität 2 llesldualkapazität, Magengeschwüre Funk tion lle 48 69 photepisches Sehen 88 - Messung 58 Normwene 124 protopathische S nslbl lität 8 1 Phototransduktionsprozess BB Osmorezeptoren, Hypothalamus 58 Residualvolumen 48 !'-Sensoren 78 pH Wert 64 Osmose 2 Reslstance 121 PTA {Piasma-Til romboplastin-Ant ccdent ) physikalischer llrennwert 56 osmotische Hämolyse 16 Resonanzraum, Anlkulatlon I 00 19 physiologiscller Totraum 48 osmotische Phänomene, Erythrozyten 16 1

~----------------------------------------------------------~R~eg~i~s~te~r

132

I

133

SNA P-25 10 SNA RE-Komplex 10 Sollwert, Temperatur 57 Solvent drag 62 - Calcium-Rückresorption 62 s somatosensibel evoziertes Potenlial [SSEP) 109 Saccu lus I 02 Somatostatin 66 , 72 , 75 Säure-Basen-Haushalt 64 - 65 - D-Zellen 75 - Normwerte/ Parameter 64 soma!Otope Gliederung, motorischer Kortex Säu re-Basen-Störungen 65 44 - Therapie 65 Somatotropin [somawtropes Hormon, STH) saltatorische Erregungsfortleitung 7 74 salzig 82 Sone-Skala, Lautstärke, subjektive 94 Salzsäureproduktion tion 68 Speichelsekre - ~elegzellen 6H Speichereisen 71 - Hemmung, Omeprazol 68 Sphärozyt 16 restrik ti ve Ven tila tionsstörungen 53 Sammellinse 84 Spike-Salven 66 Retikulozyten 16 - Hyperopie 86 Übertragung, Nozizeption 80 spinale Retina - Presbyopie 87 Spindelzellschicht, Neokortex I 06 - Ganglienzellen 92 Sammetrohr 60 Spinozerebellom 44 - - Impulsraten 89 - Gegenstrommechanismus 63 Spirometer/-metrie 48 SA·Rezeptoren [slowly adapling) 78 - 79 - neuronale Verarbeitungsprozesse 89 Split brain I 07 - Signalverarbeitung 88 Sarkomer 37 Spontannystagmus I 05 - Zapfentypen 90 sarkoplasmatisches Retikulum 3 Sprachbild ung, motorische I 0 I , I 06 - I 07 all-trans-Retinal, PhoiOtransduktion 88 sauer 82 sprachdominante Hemisphäre I 00 - I 0 I 11-cis- Reti nal, Phototransdu ktionsprozess Sauerstoff, nachgeatmeter. Volumen 55 Sprache, skandierende 45 77 Sauerstoffaffinität 88 Sprachverarbeitung 100-101 Sekundärfollikel 76 Retraktionskräfte, Lunge 48 - Hämoglobin 50 Sprachverständnis [Wernicke·Areal) I 0 I , semantisches Gedächtnis II 0 retrocochleäre Schallempfind ungsstörung 98 - Myoglobin 50 106- 107 Sensibilität Reynolds-Zah l 34 Sauerstoffaufnahme Sprachzentrum, motorisches/ sensori sches - epikritische 81 rezeptive Felder 89 - 90 - Anpassung, Muskelarbeit 54 - 55 10 1 Rezeptoren - Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze - protopathische 81 Sprechstörungen I 0 I sensible Bahnen, ZNS 8 1 54 - a r Rezeptoren I 3 Astigmatismus 86 Stabsichtigkeit, 44 Kortex sensomowrischer 50 13 - a2-Rezeptoren Sauerstoffbindungskurve Stäbchen, Retina 88 sensorische Aphasie I 0 I - Links-/ Rechtsverschiebung 50 - - Acetylcholin-Ausschüttung 13 Standardbikarbonat, Säure-Basen-Haushalt sensorische Felder I 06 - - präsynaptisc he 13 - Myoglobin 50 64 sensorisches Gedächtnis !II - ß·Rezepwren . kardiale. Sauerstoffdefizit, Dauerleistungsgrenze Stapes [Steigbügel) 06 I 0 I Sprachzentrum sensorisches Schilddrüsenhormone 74 54 [Signal transducers and aclivators of TAT S Retikulum[sarkoendoplasmatisches SERCA 48 Sauerstoffpartialdruck 83 13, t·Rezepwren - ß transcription ) 22 - 23 CaH·ATPase) 4 1, 43 - - Herzfrequenz 55 - Lunge 50 statische Arbeit 54 Serinproteasen 18 - Normwerte 124 - Jlz-Rezeptoren 13 statokinetischer Reflex I 03 Serotonin I I 0 Sauerstofftransport 50 - - präsynaptische 13 Stauungsleber, Rechtsherzbelastung 18 Blutgerinnung - ß3·Rezeptoren 13 Sauerstoffverbrauch , Herz, Fick'sches Prinzip 114 - 115 - Transmitter 8 - - adrenerge 13 24 Steady state, Dauerleistungsgrenze 54 Serum 16 - cholinerge, Acetylcholin 12 Saugreflex 45 Stechapfelform, Erythrozyten 16 Scala media, tympani bzw. vestibuli 96- 97 Serumelektrophorese, Plasmaproteine - extrazel luläre, Hormone, hydrophile 72 Steigbügel [Stapes) 96 17 - G - Prore i n -~e kopp e ll e 13, 73, 80 Schallabschwächung 96 Stellreflexe 45, I 03 76 Sexualentwicklung 72 - intrazelluläre, Hormone, lipophile Schalldruck 94 Stereovilli 97 sexualhormonbi ndendes Globulin (SHBG) - - Wirkmechanismus 72 Schalldruckpegel 94 - Haarzellen, innere 97 76 - ionotrope 12, 73 Schallempfindung, retrocochleäre 98 Stereozilien, Bogengangs-/ Makulaorgane Sexualhormone Schallempfindungsstörung 98 - 99 - metabotrope, Acetylcholin 12 102 - männliche 77 - cochleäre/ einseilige 98 - muska ri nerge I 2 Sternzellen - weibl iche 76 - - Acetylcholin I 2 Schallgeschwindigkeit 94 - GABA 44 SGLT (Soda-Glukose-Transport) 62 - nikotinerge 12 Schallleitungsstörun g 98 - 99 - Kleinhirn 44 - Kohlenhydratresorption 70 - - Acetylcholin 12 - einseitige 98 Stereidhormone 72 - SGLT I / SGLT-2 n2 Schall trauma 00 - polymodale 83 STH (somatotropes Hormon, Samatropin I Globulin sexualhormonbindendes s. SHBG - scharfer Geschmack 83 Schallverarbeitung, audi tari sches System 74 Shunt, parazellulärer 62 96 - 97 - Schlagvolumen 55 Stickstoffmonoxid s. NO Signaltransduktion Schallverstärkung 96 - Typen 12 Stimmbildung I 00 - Haarzellen 07 Schallwelle, Frequenz 94 Rezeptorscheibchen, Retina 88 Stimmgabelverfahren 98 - Riechen 83 Rheobase 7 schari 83 Stimmlippen I 00 03 I 02 I Vestibulaorgan 91 liches räum Sehen, Schatten, Rhesus-System 23 - Respirationsstellung I 00 - Zellen 8- 9 Sch ilddrüse, Hormone 74 - Antigen D 23 Stimmlippenspanner I 00 Signalverarbeitung, Retina 88 Schlafapnoe·Syndrom (SAS), obstruktives/ Rhodopsin 88 Stimmritze I 00 Sildenafil [Viagra®), Phosphodiesterase 5 zentrales 53 Ribonuklea se , Pankreas 69 Stimmritzenerweiterer I 00 77 Hemmung 5), (PDE Schlafen/ Schlafphasen I I 0 Ribosomen 3 Stimmritzenschließer I 00 Simultankontrast 90 - 91 Schlaf-Wach-Rhythmus, zirkadia ner 11 0 Richtungshören 95 Stoffmenge 2 Single-Unit·Typ, Muskulatur, glat!e 40 Schlagvolumen 24 - Intensitäts-/ Laufzeitdifferenz 95 Stoffmengenkonzentration 2 Sinneszellen - ß 1·Rezeptoren 55 - Ohrmuschel 95 Stofftransport 4 - 5 - pri märe, Geruch 83 Schleifendiuretika [Furosemid) Riechbahn 83 intrazellulärer 5 82 Geschmack sekundäre, 96 - Endolymphe, Elektrolytverschiebungen Riechen, Signaltransduktion 83 - Membranen 4 Sinusknoten - Hörminderung 96 Rigor, Parkinson-Syndrom 45 - Nieren 62 - Aktionspotentia l 27 Schlemm-Kanal 85 Rinne negativ/ positiv 98 Swffwechsel, Normwerte 124 - Leitungsgeschwindigkeiten 26 Schlitzmembran 60 Rinne-Versuch 98 Stria vascularis 06-97 27 - Ruhemembranpotential Schluckakt 67 Rosenthai-Fakwr 19 Striatum 45 Sinusrhythmus 125 - ösophageale, orale bzw. pharyngeale rotatorisehe Prüfung, Nystagmus I 04 Strömungswiderstand, Regulation, Faktoren ska ndierende Sprache 45 Phase 67 rotatorischer Nystagmus I 04 37 Skelettmuskulatu r Schmerzempfindung 81 Ro!blindheit ll'rotanopie) 90 Strompuls 34-35, 125 - Aktinfi lament 37 Schmerzen 80 rme !la ngsame) Muskelfasern 54 Blutströmung, Verlauf, zeitlicher 34 37 Aufbau - Gate·Comrol-Theorie 81 Rotschwäche !Protanomalie) 90 - Hochdrucksystem 34 - Deblockade 39 - projizierte 80 Rouleaux-Phänomen 34 ST-Strecke, EKG 28 - elektromechanische Kopplung 38 - übertragene 80 Rubor (Rötung), Entzündung 80 Stuan-Prower-Faktor 19 - Gleitfilamenttheorie 38 Schmerzhemmung Rückenmark, Motorik 46 - 47 Stützmotorik 45 und intraon, lonenkonzentrati - deszendierende 81 Rückenmarksläslon, halbseilige 81 Subkutis, Mechanosensoren 78 124 6, extrazelluläre - endogene 8 1 Rückkopplungsmechanismus (Feedback· Substantia nigra 45 - Kontraktion 38 Mechanismus), Transmillerfreisetzung 13 Schmerzpunkte, Haut 79 Substanz P 66, 80 - Kontraktionsformen 42 Schmerzrezepwren 80 Ruffini-Körperchen 78 - scharfer Geschmack 83 - Myosinfilament 37 Schmerzverarbeitung 80 Ru hedehnungskurve 42 Transmitter 8 39 38 Querbrückenzyklus Schrittmacher, Herz 26 - isometrische/ isotonische Maxima 42 - Vasodilatation 37 - T-Tubuli [transversales System) 38 Schrittmacher-Depolarisationen, Magen· - Yen tri kel 24 subtraktive Farbmischung 90 - Vordehnung 43 Darm-Molorik 66 Ruhe-EKG, normales 28 Succinatdehydrogena,;e 3 Skotom 85 Schrittmacherzellen Ruhemembra npotential 6 Succinylcholin, Suxamethonium I I skotopisches Sehen 88 - Ionenströme 26 - Natrium-Kalium-ATPase 6 66 Magen-Darm-Motorik waves, Slow Sucrase, Kohlenhydratresorption 70 - Magen·Dann·Moturik 66 - Sinusknoten 27 Resorption - Eisen 71 - Elektrolyte 71 - Kalium 71 - Kohlenhyd rate 70 - Lipide 70 - Magen-Da rm-Trakt 70- 71 - Natrium 71 - Proteine 70 - Wasser 71 Respirationsstellu ng, Stimmlippen I 00 respiratorisch e Arrhythmie 52 rcspiraiOrischer Quotient [ RQ) 56 - Normwerte 124 respirawrisches System, Säu re-BasenHaushalt 64

Ruhetremor. Parki nson-Syndrom 45 Ruheumsatz 56 Ryanodin-Rezeptor 38 - 39

Schutz refl exe 45, 47 Schwei ßdrüsensekretion , Temperaturregulation 57 Schwellenpotential 6 Schwerhöri gkeit 98 - 99 - Meniere-Syndrom I 05 Scopolamin 12 Second messenger 8 Sehen - binokulares 91 - Hell-Dunkel-Adaptation 88 - mesopisches 88 - photopisches 88 - räumliches 90 - skoiOpisches 88 Seh nenriss 43 Sehschärfe 87 Seilstrahlung 92 Seilsystem 84 Sehvorgang, neuronaler Verarbeitungsprozess 89 Sekretin 66, 69 Sekretion - Magen- Darm-Trakt 68-69 - Pankreas 69 Sekretionsphase, endametrischer Zyklus

Register süß 82- 83 Sukzessivkomrasl 90 Summadon - Fremdreflexe 46

Tinnil us. M eniere·Syndrom I 05 T·Lymphozyten/·Zellen 2 1 - Abwehr, zelluläre 20 - ZyiOkine 22

-

-

rä umliche, mororische Einheiten,

RekruUerung 43 - zeitliche 43 Summenaktionspmemial, Elektromyogramm 47 Superposition 43 supraventrikuläre Extrasystolen (SVES) 3 1, 114- 11 5 Surfactant 49 Sympathikotonus, Vasodilatation/· konstr iktion 37 Sympathikus 12 - Aktivierung, Kaliumhaushalt 59 - Herzmuskel 27 - Inspiration 52 - Magen-Darm-Motorik 66 - Wirkung, Schilddrüsenhormone 74 - zentrale Steuerung 12 Synapse(n) 8 - chemische 8 - - Transmitter 8 - elektrische 8 - - Connexine/ Connexon 8 - exzitatorische 1~ erregende) 8 - inhibitorische (~ hem mend e) 8 - - Renshaw·Zellen 9 Synapsin 10 synaptische Übertragung, GABA 9 synaptischer Spall 8 Synaptobrevin I 0 Synaptogamin I 0 Syntaxin 10 Systolikum, Herzgeräusche 33

T Tagsehen 88 Tastsinn 78 Taubheit 98 Taucherkrankheit 53 Tawara·Schenkel 26 Tektorialmembran 97 Temperatur, lst·/ Sollwen 57 Temperaturgefa lle - Körperkern 56 - Körperschale 56 Temperaturregulation 57 - zirkadianer Rhythmus II 0 Temperaturrezeptoren, PD·Sensoren 79 Temperalursinn 79 Temporallappen I 06 Tertiärfollikel 76 Testosteron 72, 77 Tetanie. Hyperventilation 59 tetanische Kontraktion 43 Tetanisierbarkeit, Herzmuskel 26 Tetanustoxin - Clostridium tetani I 0 - Wirkung an der Präsynapse I 0 T halamus 44, 81 - Geschmacksbahn 82 Thekazellen 76 T-Helfcrzellen (THo} 2 1 Thermogenese. zitterfreie, Wärmebildung 57 Thermogenin, Wärmebildung 57 Thermosensoren, periphere/zentrale 57 Thermozeption 8 1 Thromboplastinzeil 19 Thromboplastinzeil, panieHe (PTT) ! 9 - Normwerte 124 Thromboxan A2 - Blutgerinnung 18 - Synthese, COX·Hemmung 80 - Vasokonstriktion 37 Thrombozyten 18 Thrombozytenaggregation 18 - COX·Hemmung 80 Thrombus, ro1er/weißer 18 Thyroxin (T4)) 72, 74 Thyroxin·bindendes Globulin 74 Thyroxin·Dejodase 74 T H 1·Zellen 2 1 TH z·Zellen 2 1 Tiefenschmerz 80 Tiefensemibilität 79 '!1ffeneau·Test 53, 12 1

zytotoxische 21

TNF·a (Tumornekrose fak tor) 23 Ton 100 Tonhöhe 94 Tonschwellenaudiometrie 98 - 99 Torticollis spasticus I 0 Totalkapa zilät, Normwerte 124 Totraum - anatomischer 48 - physiologischer 48 Totraumvolumen 48 tPA jtissue·type plasminogen activator) 19 Tractus 92 - corlicospinalis anterior/ lateralis 44 - opticus 92 - reticulospinalis lateralis/ medialis 45 - rubrospinalis 45 - thalamocorticalis 8 1 - vestibulospinalis 45 Transducin, Phototransduktionsprozess 88 transepitheliales Potential, lumenpositives, Calcium-Rückresorption 62 Transmitter 8 - Agonisten 8 - Antagonisten 8 - ARAS 110 - Basalganglien 45 - Gastrointestinaltrakt 66 - ionotrope Wirkung 8 - me1abotrope Wirkung 8 - postsynaptische Wirkung 8 - Synapsen, chemische 8 - Wirkprinzipien 9 Transmi tterfreisetzung - Kontrolle, Rückkopplungsmechanismus (Feedback-M echanismus) 13 - motorische Endplatte I 0 - 11 - präsynaptische Kontrolle 13 Transport - aktiver/ passiver 4 - intrazellulärer 5 - primär, sekundär bzw. 1eniär aktiver 5 Transporteisen 7 1 Transportvesikel 5 Trapezkörper 95 TI· Rezeptoren - süßer Geschmack 82 - umami 83 T2·Rezeptoren, blnerer Geschmack 82 Triebverhalten, Hypothalamus III Triglyceride 7 1 Triiodthyronin (T3) 74 Tritanomalle (ßlauschwäche) 90 Tritanopie (Blaublindheit) 90 Trizepssehnenreflex 46 Tropemyosin 38, 40 Troponin C, I bzw. T 38 - 39 TRP V I (Transient receptor potential Vanilloid I , Capsicain·Rezeplor)} 79 - 80 - scharfer Geschmack 83 TRP·M8·Kanal, Kä ltegefühl 79 Trypsin, Pankreas 69 TSH (Thyreoidea-stimulierendes Hormon) 74 T·Suppressorzellen 2 1 TTubuli (transversales System), Skelettmuskulatur 38 Tuba audiliva 96 1ubulo·glomeruläres Feedback 60 Tubulus - dis1aler 60 - proximaler 60 Tubulussys1em 60 Tumor (Schwellung) - BSG·Erhöhung 16 - Entzündung 80 d·Turbocurarin (Curare) II - 12 T·Wel le, EKG 28 - 29 Typ-Al B-Vorhofrezeptoren 37 Typ·ll ·Alveolar·Epithelzellen, Surfaclant 49 Typ·lb·Fasern, Golgi·Sehnenorgane 46 Typ-la-Fasern, Muskelspindeln 46 Typ·II ·Fasern, Muskelspindeln 46 Tyrosinkinasen 73 Tyrosinkinase·Rezeptor 73 T-Zell·Rezeptoren 2 1 - Aufbau 2 1

u Überfunktion, Hormone 73 umami 83 Unipon , Carrier 4 Unterfunktion, Hormone 73 Unterschenkelödeme, Rech tsherzbelastung 114- 11 5 Unterstützungszuckung 42 Urea· I /2·Transporter 63 Urinausscheidung, Normwerte 124 Urin·ph.Wert. Normwerte 124 Utrikulus I 02 U·Welle, EKG 28 - 29

V variabler Teil, Antikörper 22 Vas afferens/ efferens, Niere liO Vasedilatation 37 - Körperkerntemperatur, Konstanthaltung 57 Vasekonstriktion 37 - hypoxisehe 49 - Körperkerntemperatu r, Konstanthaltung 57 - Temperaturregulation 57 Vasopressin s. ADH Vasopressin -Rezeptor 37 Valer·Pacini·Körperchen 78 vegetatives Nervensystem 12 - 13 Venen, Gegenstromprinzip 57 Venendruck, zentraler 35 Venenpuls 35 - a·, c·, v·, x· bzw. y·Welle 35 Venenstauung, Rechtsherzbelastung 114 - 11 5 Ventilation 48 49 Ven tilations·Perfusions· Verhältnis 49 Ventilationsstörungen 52 - obstruktive 52 - restriktive 53, 12 1 Ventrikel - Druck·Volumen·Diagramm 24 - isobare Maxima, Kurve 24 - isovolumetrische Maxima, Kurve 24 - Ruhedehnungskurve 24 Venuikelgalopp 32 ventrikuläre Extrasystolen (VES) 3 1 Verdauungsphase, M agensaftsekretion 68 Verdeckung, Sehen, räumlicl1es 91 veslibuläre Prüfungen I 04 - 1OS - Nystagmus I 04 vestibuläre Signale, zentrale Verarbeitung 103 vestibulärer Nystagmus I 04 vestibulärer Reflex, statischer I 03 vestibuläres System, Erkrankungen I OS Vestibulariskern(e) I 03 - lateraler, Deilers·Kern I 03 Vestibularorgan I 02 - I 03 - Signaltransduktion 102 - 103 vestibulookulärer Reflex I 04 Vestibulozerebellum 44 Vimentin 40 V IP (vaseaktives intestinales Polypeptid) 66 - Transmiuer 8 Viskosität 34 - scheinbare 34 visuell evoziertes Potential (VEP) I 09 visuelle Assoziationsareale 93 visuelle Signale, zentrale Verarbeitu ng 92- 93 visueller Korlex - primärer 92 - 93, 106 - 107 - sekundärer 106 - 107 Visus 87 Visusbestimmung - l..andolt·Ring 87 - Nonius-Sehschärfe 87 Vitalkapazität 48 - Normwerte 124 Vitamin 71 Vitamin D I 19 Vitamin D3, Calciumresorption 7 1 Vokale. Anikulation I 00 Vol umenbelastung, Herzgeräusche 33 Volumenmangel - ADH 37 - Renin·Anglotensin·Sysl em 37 Volumenrezep10ren, Vorhor 58

Vordehnung, Skelettnl uskulatur 43 Vordepolarisa tion 6 Vorderseitenstrang 8 1 Vorhof, Volumenrezeptoren 58 Vorhofflattern/·nimmern, EKG 30 Vorhofgalopp 34 Vorhofmyokard, Leitungsgeschwindigkeiten 20 Vorlast !Preload) 25 V2·Rezeploren 37 v-Welle, Venenpuls 35

w Wachen 11 0 Wachstumshormon (growth hormone, G H bzw. Somatotropin) 7 4 Wärmeabgabe 57 Wärmebildung 57 Wärmehaushalt 56 - 57 Wärmerezeptoren 79 Wahrnehmung, räumliche 90 - 91 Wahrnehmungsschwelle, Geruch/ Geschmack 82 Wanderwelle 97 Warmpunkle, Haut 79 Wasser, Resorption 71 Wasserhaushalt 58- 59 - Regulation 58 - S1örungen 58 Weber· Versuch 98 weiße (schnelle} Muskelfasern 54 Wei tsichtigkeit (Hyperopie} 86, 11 6-117 Wellen - dikrote, Druckpulskurve 35 - EEG 108 a ·, 13·, y·, Ii· bzw. r ·Wellen, EEG I 08 Wenckebach·Perioj ik 31 Wernicke·Aphasie I 0 I Wernicke·Areal (Sprachverständnis) I 0 I , 106 - 107 von·Willebrand·Faktor 18 Wilson·Ableitung, EKG 28, 11 5 Wirkungsgrad, Muskelarbeit 54

X x·Welle, Venenpub 35

y y·Welle, Venenpuls 35

z Zapfen, Retina 88, 90 - blaue, grüne bzw. rote 90 Zapfenopsin 88 Zellen 3 - a ·Zellen (M ·Zellen), Retina 92 - ß·Zellen (P·Zellen), Retina 92 - y·Zellen (heterogene Gruppe), Retina 92 - elektrische Phänomene 6 - Immunsystem 20 - 2 1 - M HC.J/IJ.I' räsenlierung 20 - Signalübenragung 8 - 9 Zellkern 3 Zellorganellen 3 Zellorganisation 3 zentrale Steuerung. Parasympathikus/ Sympathikus 12 zenlrale Verarbeitung - vestibul äre Signale I 03 - visuelle Signale 92 - 93 Zerstreuungslinse 84 - M yopie 86 Zilien, upula I 02 zirkadianer ll hythmus I I 0 ZNS - integrativc Leislungen I I 0- I II - M otorik 44 - 45 - sensible 13ahncn 8 1 Zona fasciculata. glomerulosa bzw. retlcularis, Nebenniere 75 Zunge, sensible/ sensorische Innervalion 82 Zungenlipase 7 1 Zymogene. Pankreas 69 Zytokine 22 - 23 Zytoplasma 3 Zytoskclen 3

/