Physiologie
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www.med-school.de Physiologie Freie Universität Berlin Die druckbare Version des Skriptes finden Sie bei: www.med-school.de Physiologie www.med-school.de ZELLE .................................................................................................................................................. 3 ZELLE ................................................................................................................................................. 3 KOMMUNIKATION DURCH DAS MEMBRANLIPID ..................................................................................... 3 GEWEBE ............................................................................................................................................. 4 KOMMUNIKATION BENACHBARTER ZELLVERBÄNDE .............................................................................. 4 PRAKTIKUM TRANSPORT..................................................................................................................... 5 MEMBRANPOTENTIAL ...................................................................................................................... 6 AKTIONSPOTENTIALE .......................................................................................................................... 6 ERREGUNGSÜBERTRAGUNG ............................................................................................................... 6 MUSKULATUR.................................................................................................................................... 7 INNERVATION ...................................................................................................................................... 7 MYOFILAMENTE .................................................................................................................................. 7 W ECHSELWIRKUNG ZWISCHEN AKTIN UND MYOSIN ............................................................................. 8 CALCIUM IM S ARKOPLASMA ................................................................................................................ 9 SENSOMOTORIK ............................................................................................................................. 10 KÖRPERHALTUNG UND BEWEGUNG: ................................................................................................. 10 MOTORISCHE AUSGANGSFUNKTIONEN DES RÜCKENMARKS............................................................... 10 AFFERENZEN DER SPINALMOTORIK ................................................................................................... 11 SPINALMOTORISCHE REFLEXE UND IHRE SUPRASPINALE KONTROLLE ................................................ 11 REFLEXE .......................................................................................................................................... 12 SOMATOVISZERALE SENSIBILITÄT ............................................................................................. 13 OBERFLÄCHENSENSIBILITÄT ............................................................................................................. 13 TIEFENSENSIBILITÄT ......................................................................................................................... 14 VISZERALE SENSIBILITÄT .................................................................................................................. 14 SENSORISCHE BAHNEN IM RÜCKENMARK .......................................................................................... 14 SCHMERZ ......................................................................................................................................... 15 EINTEILUNG...................................................................................................................................... 15 SCHMERZEMPFINDUNG – KOMPONENTEN ......................................................................................... 15 GEHIRN ............................................................................................................................................. 16 KLEINHIRN........................................................................................................................................ 16 BASALGANGLIEN ............................................................................................................................... 16 NEUROVEGETATIVE REGULATIONEN......................................................................................... 17 LEISTUNGSANPASSUNG .................................................................................................................... 17 RHYTHMEN IN VEGETATIVEN S YSTEMEN ........................................................................................... 17 VEGETATIVE REGULATIONSSTRUKTUREN IM ZNS ............................................................................. 18 ATMUNGSREGULATION ..................................................................................................................... 18 KREISLAUFREGULATION .................................................................................................................... 18 TEMPERATURREGULATION ................................................................................................................ 19 BLUT .................................................................................................................................................. 20 BLUTPHYSIOLOGIE ............................................................................................................................ 20 BLUTPLASMA .................................................................................................................................... 20 ERYTHROZYTEN ............................................................................................................................... 20 LEUKOZYTEN .................................................................................................................................... 21 THROMBOZYTEN ............................................................................................................................... 21 HÄMOSTASE ..................................................................................................................................... 21 ABWEHRFUNKTION ........................................................................................................................... 22 BLUTGRUPPEN ................................................................................................................................. 24 Physiologie - Seite 1 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de ATMUNG............................................................................................................................................ 25 VENTILATION .................................................................................................................................... 25 ATMUNGSMECHANIK ......................................................................................................................... 26 PULMONALER GASAUSTAUSCH ......................................................................................................... 26 LUNGENDURCHBLUTUNG UND ARTERIALISIERUNG DES BLUTES......................................................... 27 ATEMRHYTHMUS UND ATMUNGSREGULATION ................................................................................... 27 CHEMISCHE ATMUNGSREGULATION ................................................................................................... 28 ZENTRALE UND REFLEKTORISCHE EINFLÜSSE AUF DIE ATMUNG ........................................................ 28 ATEMGASE UND SÄURE-BASE-STATUS..................................................................................... 30 O2-TRANSPORT IM BLUT ................................................................................................................... 30 CO2-TRANSPORT IM BLUT ................................................................................................................ 30 STÖRUNGEN DES SÄURE-BASE-STATUS ........................................................................................... 30 PUFFERUNG DES BLUTES: ................................................................................................................ 31 GEWEBEATMUNG.............................................................................................................................. 31 REGULATION DES O2-ANGEBOTES UND O2-MANGELWIRKUNGEN....................................................... 32 HERZ.................................................................................................................................................. 33 MECHANIK DER HERZAKTION ............................................................................................................ 33 VERKNÜPFUNG VON ERREGUNG UND KONTRAKTION ......................................................................... 33 VEGETATIVE HERZNERVEN UND IONENMILIEU .................................................................................... 34 EKG................................................................................................................................................. 34 ANPASSUNG DER HERZAKTION : ........................................................................................................ 35 ENERGETIK DER HERZAKTION ........................................................................................................... 36 BLUTKREISLAUF............................................................................................................................. 37 ARTERIELLES GEFÄßSYSTEM ............................................................................................................ 37 VENÖSES S YSTEM ............................................................................................................................ 37 MIKROZIRKULATION .......................................................................................................................... 37 ORGANDURCHBLUTUNG.................................................................................................................... 37 REGULATION DES GESAMTKREISLAUFS ............................................................................................. 38 PATHOLOGIE .................................................................................................................................... 38 Physiologie - Seite 2 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Zelle Zelle Plasmamembran: Funktion: Barriere- + Cytoskelettfunktion, selektive Permeabilität, Nahrungsaufnahme, aktiver Transport, Ausscheidung von Abfallprodukten, , Informationsvermittlung, Erkennung, Abwehr Aufbau: Lipid-Doppelschicht (Mitte → apolare Fettsäurereste, zur wäßrigen Lsg. → polare Köpfe) Proteine: - Transportproteine: Kommunikation zw. EZR + IZR, z.B. Ionenkanäle, Carrier, Pumpen - Rezeptorproteine: Kommunikation, Erkennung von Stofen (z.B. Hormone) → Umsetzung des Signals in intrazelluläre Botensubstanzen Kommunikation durch das Membranlipid - nur kleine Moleküle wie Gase oder lipidlösliche Moleküle (CO2, O2, N2, Harnstoff, ∅ Ionen) - transportierte Substanzmenge pro Zeit über eine Fläche bei gegeb. Konzentr.unterschied Diffusion: Permeabilität: - J = P * ∆C * A P= J * A * ∆C mol * m³ (Dimensionen: Geschwindigkeit) s * mol * m² - hochpermeable Substanzen → große Geschwindigkeit, wenig permeable Substanzen → kleine Geschwindigkeit Ionenkanäle: - durch Transportproteine gebildet - selektive Poren für Durchtritt von Ionen → transmembranaler Transp. (hohe Transportrate) - elektrochemische Triebkraft bestimmt Richtung und Rate des Transports - Öffnungszustand der Ionenkanäle wird von Membranpotential, Agonisten u.a. bestimmt Carrier: - erleichtern Durchtritt polarer Stoffe durch die Membran - Transport spezifischer Substrate unter Ausnutzung von Konzentrationsgradienten - geringe Umsatzraten (Bruchteil der Ionenkanal-Rate) → hoher carriervermittelter Transport = hohe Dichte an Carrierproteinen - Ablauf: Bindung der Substrate auf cis-Membranseite → Konformationsänderung → Abgabe auf trans-Membranseite (Konzentrationsunterschied bestimmt die Richtung) Ionenpumpe: - erzeugen hohe transmembranale Ionenkonzentrationsunterschiede, transportieren Ionen unter direktem ATP-Verbrauch, wird durch Ouabain (g-Strophantin) gehemmt + + - geringe Umsatzrate → z.T. enorme Dichte an Na /K -Pumpen - Aufbau: Proteinkomplex aus a+ß-Untereinheiten + + Na -K -ATPase: Bindung von ATP an katalytischer Untereinheit auf Membraninnenseite → Abspaltung von + ADP und Erreichung einer phosphorylierten Zwischenstufe → Bindung von 3 Na → Konformationsänderung (Innen → Außen) → Verlust der Phosphatbindungsenergie → + + Abgabe der 3 Na und Aufnahme von 2 K → Konformationsänderung (Außen → Innen) → + Abgabe von K + Phophat Vergleich: - Kanäle: - Carrier: - Pumpen: + Ionenkonzentration: - EZR: - IZR: ATPasen: - + Umsatzrate 7 hoch = 10 /s 4 niedrig < 10 / s 2 sehr niedrig < 10 / s K 4,5 150 + 3Na -2K -ATPase: 2+ Ca -ATPase: + + H -K -ATPase: Medik.-Resistenz-ATPase: + Na 150 15 Zahl / Epithelzelle 2 4 sehr wenig 10 -10 4 10 viele 10 -10 5 7 viele 10 -10 2+ Ca 2,5 -4 10 Lage basolateral basolateral apikal - Cl 130 20 typische Eigenschaft gating feste Stöchiometrie ATP-Hydrolyse → ADP+P - A 155 Hemmstoff Ouabin (g-Strophantin) Vanadat Omepraseol Vanadat Physiologie - Seite 3 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie Transport: - passiv: aktiv-primär: aktiv-sekundär: aktiv-tertiär: www.med-school.de Transporter Kanal, Uniporter Pumpe Symport oder Antiport mit Na+ Symport oder Antiport ∅ Na+ Antrieb elektro-chemischer Gradient ATP → ADP + P primär aktiver Transport sekundär Gewebe Gap junctions: - Verbindungswege zw. 2 Zellen (2 Halbkanäle = Konnexone koppeln aneinander) - Vorkommen in allen Zellen (außer Nervengewebe und Skelettmuskulatur) - elektrische Synapsen (Größe der Zellen läßt ungehinderten Transport von Ionen zu) - enorme Anzahl an Gap junctions pro Zelle (bis 100.000 in Hepatozyten) 2+ Regulation der - Erhöhung der zytosol. Ca -Aktivität + saurer pH-Wert schließen Kanäle der Gap j. Öffnung: - Phophorylierung - Depolarisation des Membranpotentials führt zur Verminderung der Kommunikation Funktion: - Zellverband löst Probleme der Einzelzelle (durch Kopplung untereinander) - elektrische Kopplung am Herzmuskel + glatten Muskul. (zeitgleiche Kontraktion) - über G.J. steuern Schrittmacherzellen umgebende Zellen (ß-Zellen im Pankreas) - spielen wichtige Rolle in der Embryogenese Tight junctions: Schlußleisten bei Epithelien - verschiedene Zusammensetzung von luminaler + Blutflüssigkeit → gerichteter Transport durch das Epithel (parazelluläre Transport muß genau kontrolliert werden) - Abgrenzung durch Schlußleisten am apikalen Pol (inneres Blatt der Doppellipidmembran → setzt sich über Schlußleiste hinweg fort, äußeres Blatt → begrenzt Saum) - Barrierfunktion: wird durch Anzahl der Säume bestimmt Leckheit: leck: dicht: undurchlässig: Verhältnis von parazellulärem zu transzellulären Transport - >1, Schlußleiste durchläss. als ZM - <1 - <1/100 Nieren, Harnwege prox. Tubulus Darm Jejunum, Ileum dist. Tubuli, Sammelrohr Harnblase Colon, Rektum - exokrine Drüsen Azini, prox. Gangsegmente dist. Gangsegmente - transzellulärer Transport an Epithelien: Allgemeines: - Transport von enormen Mengen an Wasser + Elektrolyten + organischen Substanzen (z.B. proximaler Tubulus der Niere: 1000g NaCl, 180g Glucose, 110l Wasser) - Steigerung der luminalen Aufnahme muß sofort zu vermehrter Abgabe über basolaterale 2+ Membran führen (Regulation → intrazelluläre Ca -Konzentration, zytosolischer pH-Wert, Konzentration von ATP + ADP Kommunikation benachbarter Zellverbände Kommunikation von Endothelzellen und glatter Muskulatur: Allgemeines: - Endothelzelle verfügt über Vielzahl an Rezeptoren (für Thrombin, Acetylcholin, ATP, Histamin, Endothelin, Angiotensin) → nach Bindung der Signalstoffe wird durch Anstieg der 2+ zytosolischen Ca -Konzentration Bildung von NO und Endothelin stimuliert - NO → relaxierend, Endothelien → kontrahierend Interaktion im ZNS zwischen Endothelzellen, Astrogliazellen und Neuronen: Allgemeines: - komplexer Verband gewährleistet Trennung von system. Zirkulation + interstitiell. Raum - Blut-Hirn-Schranke: Endothel der Gefäße kontinuierlich → parazell. Transportweg dicht - Endothel besitzt Transporter für Ionen + metabolische Substrate → Transport in beide Richtungen möglich, genaue Kontrolle - Gliazellen verhindern bei starker neuronaler Aktivität Schwank. im extrazell. Ionenmilieu Physiologie - Seite 4 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Praktikum Transport Osmose: - Diffusion vom Lösungsmittel durch eine semipermeable Membran - gelöste Stoffe können Membran nicht durchdringen - Lösungen mit gleichen osmotischen Druck sind isoton osmot. Druck: - Druck der nicht-diffusiblen Moleküle auf die semipermabele Membran - hängt nur von Anzahl der gelösten Teilchen ab Osmolarität: Angabe der Stoffmengenkonzentration der gelösten Teilchen als Molarität Osmolalität: Angabe der Stoffmengenkonz. der gelösten Teilchen als Molalität Erythrozyten Leitungswasser: NaCl in Wasser: NaCl in Wasser: NaCl in Wasser: NaCl in Wasser: Glukose in H2O: Harnstoff in H2O Harnstoff in H2O osmotische Konz. in mosm/kg 0 100 200 300 900 300 300 500 Osmolalität zum Blutplasma (230-290 mosm) hypoosmolal hypoosmolal hypoosmolal isoosmolal hyperosmolal isoosmolal isoosmolal hyperosmolal → Hämolyse ja ja nein nein nein nein ja ja → mol/l Lsg Teilchenzahl pro kg Tonizität am Ery im Vergleich zum Blutplasma hypoton hypoton hypoton isoton hyperton isoton hypoton hypoton Epithelialer Transport am Dickdarm: aktiver Transport: transepithelialer Transport gegen einen elektrochemischen Gradienten - Ablauf: Eintritt der transportierten Substanz durch die Zellmembran → Austritt durch die gegenüberliegende Zellmembran (ein Schritt ist aktiv, der andere passiv) Unterscheidung:- primär aktiv: Antrieb durch ATP - sekundär aktiv: Antrieb durch primär aktiven Transport - tertiär aktiv: Antrieb durch sekundär aktiven Transport primär aktive Na+-Resorption: mit Beteiligung eines apikalen Na+-Kanals, begelitende pasive Nettofluxe von Ionen und Wasser verlaufen transzellulär + parazellulär - Ort: Niere (distales Nephron und Sammelrohr), distaler Dickdarm, Ausführungsgänge sekretorischer Drüsen (Speichel- und Schweißdrüsen) - Funktion: Rückgewinnung von Salz- und Wasser - Regulation: Nebennierenrindenhormon Aldosteron stimuliert Na+-Transport — sekundär aktive Cl Sekretion: Ort: Azini von Speicheldrüse, Schweißdrüse, Pankreas, Magendrüsen, Leber, Krypten der Dünn- und Dickdarmmukosa (in Darm ist Sekretion geringer als Resorption) - Kolon: Sezernierung des Cl- (Blut →Lumen), Cl-Kanal (apikal), Na+2Cl-K+ (basolateral) - Niere: Cl-Sezernierung (Lumen→Blut), Cl-Kanal (basolateral), Na+2Cl-K+ (apikal) - sekretorische Diarrhoe: gesteigerte Cl-Sekretion → lebensbedrohliche Elektrolyt- und Wasserverluste (Cholera) Pharmaka: - Amilorid hemmt als K-sparendes Diuretikum den apikalen Na+-Kanal - Furosemid+Bumetanid hemmen als Schleifendiuretikum basolateralen Na2ClK-Carrier - Theophyllin hemmt Phosphodiesterase das cAMP bildet → ∅ Öffnung von Cl-Kanälen vom Zellinneren her Physiologie - Seite 5 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Membranpotential Gleichgewichtspotential – Nernst-Potential: Allgemeines: - Membran mit Ionen-Kanälen erzeugt immer das Potential, das Konz.gradienten entspr. - Eion = 61 * lg (Ion1 / Ion2) + - Membran mit ausschließlich K -Kanälen hat ein Potential von –90mV + + - die ungleiche Verteilung von K -Ionen führt zu Ladungsverzerrungen in den K -Kanälen + + - im Gleichgewichtszustand → Nettostromfluß = 0 (Ausstrom von K = Einstrom von K ) + + - Elektronegativität auf Seite der hohen K -Konzentration zieht K in die Zelle hinein, hohe + + intrazelluläre K -Konzentraion treibt K hinaus - Erhaltung des Gleichgewichtspotential bedarf keiner Energie (kein Stromfluß) Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung: Allgemeines: - an jeder nichterregbaren und ruhenden erregbaren Zelle wird ein Potential gemessen → + nahe dem des Gleichgewichtspotentials von K + - jede Zelle weist auch geringe Leitfähigkeit für andere Ionen auf (Cl und Na ) - entspricht Nernst-Gleichung RT - E= * ln - P= Permeabilität F Aktionspotentiale Allgemeines: - erregbare Nerven- und Muskelzellmembranen reagieren auf Vordepolarisation ab bestimmten Schwellenwert mit monotonen Potentialantworten - zeit- und potentialabhängig ändern sich die Leitfähigkeitseigenschaften - Alles-oder-nichts-Prinzip Phasen: - rasche Depolarisation + Potentialumkehr → langsame Repolarisation → Nachhyperpolarisation Ablauf: - in Ruhe dominiert K -Leitfähigkeit → ab dem Schwellenwert öffnen sich Na -Kanäle → + rasche Depolarisation und Potentialumkehr → Na -Kanäle werden inaktiviert → Repolarisation des Membranpotentials → Nachhyperpolarisation durch verzögerte + Zunahme der K -Leitfähigkeit + + Erregungsübertragung Allgemeines: - Serien von AP werden an Synapsen vom präsynapt. auf postsynapt. Neuron übertragen - Übertragung ist direkt (Ionenströme) oder indirekt (chemische Überträgerstoffe) möglich elektrische Synapsen: schnelle Signalübertragung, Erregungsübertragung in beide Richtungen möglich - offene Poren zwischen 2 benachbarten Zellen (Konnexone) → Potentialgefälle sorgt für Ionenstrom - Gap junction: Funktion (interzellulärer Austausch von Ionen und kleinen Molekülen), Vorkommen (Herzmuskel, glatte Muskulatur, Epithelzellen, Gliazellen) Ablauf: Depolarisation der Zelle → Entstehung eines Potentialgefälles zwischen depolarisierter + nicht-depolarisierter Zelle → positive Ionen fließen entlang des Potentialgefälles in postsynaptische Zelle (oder Anionen in Gegenrichtung) → resultierende Depolarisation der postsynaptischen Zelle erreicht Schwellenwert → AP der postsynaptischen Zelle Nachteile: ∅ direkte Erregungsübertragung auf weit entfernte Zellen, prä- und postsynaptische Zelle im gleichen Erregungszustand → keine Hemmung möglich Vorkommen: Retina, Hirnstamm, Vestibulariskerne, untere Olive chemische Synapsen: langsame Signalübertragung - Überträgerstoffe werden präsynaptisch freigesetzt → Ionenkanäle an postsynapt. Membran öffnen sich → Änderung des Membranpotentials der postsynaptischen Membran + — - Hemmung: zusätzlicher K -Ausstrom oder Cl Einstrom verstärkt (hyperpolarisiert) Ruhemembranpotential Physiologie - Seite 6 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Muskulatur Funktion: - Muskelaktivität führt zu Muskelverkürzung oder Kraftentwicklung - Lokomotion: Bewegung von Organteilen gegeneinander und Ortsveränderung - Konvektion: Gastransport bei Atmung, Flüssigkeitstransport im Herz-Kreislauf-System und Magen-Darm-Trakt Anatomie: - Sarkoplasma (Zellplasma), Sarkolemm (Zellmembran), sarkopl. Retikulum (endoplas. R.) - quergestreifte Muskeln: Skelett- und Herzmuskel, Querstreifung durch regelmäßige Anordnung der Myofilamente, Verhältnis Aktin-Myosin = 2:1, bis 15cm lang - glatte Muskeln: ∅ regelmäßige Anordnung der kontraktilen Proteine (∅ Querstreifung), Verhältnis Aktin-Myosin = 12:1, 30-200µm lang, Vorkommen (Eingeweide, Wand von Blutgefäßen, Auge) Innervation Skelettmuskulatur: Allgemeines: - motorische Nervenfaser spaltet sich zu neuromuskulärer Endplatte auf, Faltung d. Sarkolemms an Endplatte sorgt für große Oberfl. mit hoher postsynapt. Rezeptorendichte - Neurotransmitter ist Acetylcholin, Blockade der Acetylcholinrezeptoren wirkt nur auf Skelettmuskulatur (nur hier Endplatte) - je Muskelfaser = 1 neuromuskuläre Endplatte, je Nervenfaser = mehrere Muskelfasern Ablauf: Anzahl: Aktivierung der ligandengesteuerten Ionenkanäle depolarisiert postsynapt. Membran → Entstehung eines EPSP (Endplattenpotential) bis 70mV → Aktivierung spannungsgesteuerter Na+-Kanäle der postsynapt. Membran und des Sarkolemms → Auslösung Muskelaktionspotential das sich von motorischer Endplatte über Sarkolemm ausbreitet - Muskelfasern pro motor. Einheit, wenige M.fasern pro mot. Einheit = feinere Bewegung. - Mittelohr (3-5), Augenmuskel (5-10), Rumpfmuskel (1000) Herzmuskulatur: Allgemeines: - entspricht einer einzelnen motorischen Einheit → Erregung breitet sich über Gap junctions in Glanzstreifen auf benachbarte Muskelfasern aus (keine Nervenbeteiligung) - Schrittmacherpotentiale werden im Herz selbst gebildet - vegetatives NS paßt über Neurotransmitter an Bedürfnisse an (Noradrenalin, Acetylcholin) glatte Muskulatur: Single-unit: glatte Muskelzellen über Gap junctions zu größeren Funktionsgruppen zusammengefaßt → Erregung breitet sich auf benachbarte Muskelzellen aus, Beeinflussung der Tätigkeit durch Neurotransmitter und Gewebehormone (Noradrenalin, Acetylcholin, Serotonin, Bradykinin, Histamin, NO), Vorkommen (Magen-Darm-Trakt, Uterus, Ureter), Denervierung ruft keine komplette Lähmung hervor (lokale Mechanismen wie Dehnung, Gewebehormone oder humorale Faktoren haben Steuerfunktion) Multi-unit: Kontraktionsverlauf enger an Aktivität in Nerven des Vegetativen NS gekoppelt → Denervierung führt zu Funktionsstörung, Vorkommen (Blutgefäße, Bronchien) Myofilamente Allgemeines: - Aktin + Myosin sind kontraktile Proteine (quergestreifter Muskel = 50% des i.z. Eiweißes - Tropomyosin+Troponin (quer), Tropomyosin+Caldesmon+Calponin (glatt) = Reg.proteine Myosinfilamente: dicke Filamente - Zusammenlagerung von 200-300 Myosinmolekülen, Größe (∅ =12nm, Länge 1,6µm), bilden dunkle Querstreifung (A-Bande), Myosinköpfe weisen zu Filamentende - Myosinmolekül: 2 langestreckte verdrillte Eiweißmonomere mit 2 Köpfen am Ende - Myosinkopf: 2 Bindungsstellen (Bindung + Hydrolyse von ATP, Bindung Myosin an Aktin) Aktinfilamente: dünne Filamente (∅ =6nm) - besteht aus Aktin+Tropomyosin+Troponinkomplex (quer), Caldesmon+Calponin (glatt) Physiologie - Seite 7 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de - 400 globuläre Aktinmoleküle (G-Aktin) liegen entlang des fadenförmigen Tropomyosins → Bildung von F-Aktin (Doppelhelixstruktur) - im glatten Muskel fehlt Troponin, Caldesmon + Calponin regulieren Muskelkontraktion Wechselwirkung zwischen Aktin und Myosin Allgemeines: Querbrücke: Zyklus: - Verkürzung (Kontraktion) = Abnahme der Sarkomerlänge - Verlängerung (Dehnung) = Zunahme der Sarkomerlänge einzelne Anlagerung + Drehung des Myosinkopfes verschiebt Myofilamente um 10-20nm = 1% → größere Längenänderung durch zyklische Wiederholung, max. Verkürzungen (quergestreift = 50%, glatt = 75%) 1. Myosinkopf fest mit Aktin verbunden (Aktomyosin), zum Lösen der Bindung ATP notw. 2. Bindung von ATP → Trennung Bindung zw. Myosinkopf + Aktin → Spaltung: ATP=ADP+P 3. Anlagerung des Myosinkopfes an Aktin → Abgabe von P aus Myosinkopf 4. Drehung Myosinkopf + gegenseitige Verschiebung → Abgabe von ADP aus Myosinkopf - Totenstarre: tritt ein, wenn bei Eintritt in 1. Phase ATP fehlt Deblockade der Bindungsstelle (elektromechanische Kopplung): Allgemeines: - Anlagerungsstellen des Myosinkopfes am Aktinfilament am ruhenden Muskel durch 2+ Regulatorproteine blockiert → Ca im Sarkoplasma führt zur Freigabe 2+ -7 - bei Ca -Konzentration < 10 mol/l → Myosinkopf enthält ADP + Pi, Blockade der Bindungsstelle → Bildung von Aktomyosin nicht möglich quergestreift: - Blockade durch Tropomyosin 2+ -7 2+ - Anstieg Ca -Konzentr. über 10 mol/l → Bindung Ca an Troponin → Lösung von Bindungen zw. Troponin + Aktin bzw. Tropomyosin → Verschiebung d. Tropomyosins → Freigabe d. Bindungsstelle an Aktin für Tropomyosin → Beginn Aktin-Myosin-Wechselwirkung 2+ - Ende der Kontraktionsaktivierung: Ende der Ca -Freisetzung und Senkung der 2+ 2+ sarkoplasmatischen Ca -Konz. → Freigabe des Ca von Troponin → Tropomyosin nimmt blockierende Stellung ein → keine Anlagerung von Myosinkopf an Aktin möglich → Querbrückenzyklus unterbrochen → Kraftentwicklung hört auf und Muskel erschlafft glatte Muskel: - Blockade durch Caldesmon 2+ -7 - Veränderung am Aktinfilament: Aktinfilament bei niedriger Ca -Konzentr. (unter 10 mol/l) 2+ mit Caldesmon bedeckt → freigesetzte Ca bilden mit Calmodulin Komplex → Bindung des Ca-Calmodulin-Komplex an Caldesmon → Transfer einer Phosphatgruppe vom ATP zum Caldesmon → Entfernung d. Caldesmon von Aktin + Freigabe der Myosin-Aktin-Bindungsstelle 2+ - Veränderung am Myosinfilament: Ca -abhängige Proteinkinase muß Abschnitte des Myosinkopfes phosphorylieren Steuerung der Kraftentwicklung: Allgemeines: bestimmt durch Zahl der Myosinköpfe, die am Aktin anlagern + abknicken (Zahl der Quer2+ brücken ist abhängig von Ruhedehnung und sarkoplasmatischen Ca -Konzentration) Ruhedehnung: - beeinflußt Sarkomerlänge + somit Stellung der Myofilamente (Breite der Überlappungszone verändert Zahl verfügbarer Querbrücken), optimaler Dehnungsbereich (maximal verfügbare Zahl an Aktin-Myosin-Bindungsstellen = Sarkomerlänge von 2µm) - Skelettmuskel: Sarkomerlänge < 1,8µm (Aktin trifft auf Myosinköpfe der falschen Seite), Sarkomerlänge > 2,2 (geringe Überlappungszone → weniger mögliche Querbrücken) - Herzmuskel: stärkere Beeinflussung der Kraftentwicklung durch Längenänderung (Varia2+ tion Überlappungszonenbreite + Änderung der Ca -Empfindl. der kontraktilen Proteine) - glatte M.: zunehmende Wanddehnung verbessert erst Arbeitsbedingungen, überproportionale Radiuszunahme erhöht Wandspannung → Verschlechterung der Kraftentfaltung Steuerung der Kontraktionsgeschwindigkeit: 2+ abhängig von: - Änderungsgeschwindigkeit der sarkoplasmatischen Ca -Konzentraion - passiver Vordehnung des Muskels - Geschwindigkeit der Myosinkopfbewegung Physiologie - Seite 8 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Calcium im Sarkoplasma Allgemeines: 2+ - jede Kontraktion benötigt intrazell. Ca+, Kontraktionskraft steigt mit intrazell. Ca -Konz. 2+ - Plasma-Ca-Spiegel: extrazelluläre Ca -Konz. hormonell gesteuert, sehr konstant -7 -4 - Ionenkonzentration: Sarkoplasma = 10 mol/l, sarkoplasmatisches Retikulum = 10 mol/l 2+ 2+ quergestreift: - Ca -Speicherung im sarkoplasm. Retikulum, geringer transmembranöser Ca -Einstrom - SR: L-System parallel zur Zelloberfläche, durch Nähe zu Myofilamenten kurze Diffusionswege (rasche intrazell. Konz.-Änderungen am Wirkort → rasche Zuckung) 2+ - Ca -Freisetzung erfolgt aus erweiterten Endbezirken des SR (terminale Zisternen → nahe von Einstülpungen der äußeren Zellmembran → T-System), T-System sorgt für rasche Erregungsfortleitung von äußeren Zellmembran ins Innere der Muskelfaser Ablauf: AP → Depolarisation breitet sich über T-Systems zu terminalen Zisternen aus → Öffnung 2+ des spannungsabhängigen DHP-Rezeptors → Weitergabe des Signals zum Ca -Frei2+ setzungskanal (Ryanodinrezeptor) in der Membran des SR → Steigerung der Ca -Perme2+ abilität → Ausstrom von Ca an Troponin → Lageverschiebung des Tropomyosins → Deblockade der Myosin-Aktin-Bindungsstelle → Anlagerung des Myosinkopfes → Querbrückenzyklus → Muskelkontraktion 2+ 2+ Herzmuskel: - intrazellulärer Ca -Speicher wird bei Herzaktion über transmembr. Ca -Einstrom beladen 2+ 2+ - starker transmembranöser Ca -Einstrom und Speicherung / Freisetzung von Ca aus SR, 2+ Ca -Permeabilität des Sarkolemms kann verändert werden 2+ 2+ - Ablauf: Einstrom von Ca über Sarkolemm in Depolarisationsphase → 1. Freisetzung Ca aus SR, 2. Selbstspeicherung in SR (Freisetzungs- + Speicherungsfunktion des AP) - positiv inotroper Effekt: Aktivierung von ß1-Adrenozeptoren (Noradrenalin) steigert trans2+ membranösen Ca -Einstrom → stärkere Kontraktion glatte Muskel: - transmembranöser Ca -Einstrom steht im Vordergrund 2+ - einige glatte Muskelzellen bilden spontane Depolarisation als Schrittmacher 2+ - SR in Vesikelform nahe äuß. Zellmembran, ∅ T-System, Mitos auch Ca -Speicher 2+ - Ca -Freisetzung: Signal der äußeren Zellmembran → Depolarisation des Sarkolemms → 2+ 2+ Öffnung von spannungsabhängigen Ca -Kanälen vom L-Typ → Einschleusung von Ca 2+ 2+ ins Sarkoplasma → Diffusion des Ca zu Ca -Kanälen in der Wand des SR und dessen 2+ 2+ Öffnung (calciumgesteuerte Ca -Freisetzung) → rasche und massive Ca -Freisetzung 2+ - Hemmung der spannungsabhängigen Ca -Kanäle durch Calcium-Antagonisten (effektiv am Herzmuskel + glatten Muskulatur) Abnahme der sarkoplasmatischen Calcium-Konzentration: 2+ -7 Allgemeines: bei sarkoplasm. Ca -Konz. unter 10 mol/l → keine Querbrücken zw. Myosin + Aktin 2+ Abtransport: - Transport des Ca durch Ionenpumpen in SR oder Mitochondrien - über äußere Zellmembran nach außen (Herz, glatte Muskulatur) Erschlaffung: - Geschwindigkeit abhängig von: - Geschwindigkeit, mit der die intrazelluläre Calcium-Konzentration sinkt (Lage und 2+ Ausdehnung der i.z. Ca -Speicher, Wirksamkeit der Ionenpumpen) - Geschwindigkeit der Aktin-Myosin-Wechselwirkung (Muskeln mit geringer ATPase-Aktivität und langer Zyklusdauer → langsame Lösung der Querbrücken) 2+ - Einwirkung von Pharmaka: Beschleunigung der Ca -Elimination am Herzmuskel - Ruhedehnung: starke passive Dehnung → schnelle Rückstellung auf Ausgangswert zeitlicher Ablauf der Muskelzuckung: 2+ Latenzzeit: - Aktivierungsmechanismen (Ca -Freisetzung ins Sarkoplasma, Diffusion und Wirkung an Myofilamenten), Dauer hängt von anatomischen Bau der Muskelfaser ab - Zeiten: Skelettmuskel (1 ms), Herzmuskel (100ms), glatter Muskel (0,5-2 s) Kontraktionszeit: Muskelverkürzung und Kraftentwicklung, abhängig von Muskelart, Aktivierungsart, Muskeldehnung, Geschwindigkeit des elementaren Kontraktionsprozesses Zeiten: Skelettmuskel: 10 ms, Herzmuskel: 200-300 ms, glatter Muskel: mehrere Sek. Erschlaffungszeit: ist bestimmt durch Belastung des Muskels und Geschwindigkeit der Senkung der sarko2+ plasmatischen Ca -Konzentration, Muskelermüdung verlängert Erschlaffungszeit - Zeiten: Skelettmuskel: 10 ms, Herzmuskel: 200-300 ms, glatter Muskel: mehrere Sek. Physiologie - Seite 9 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Sensomotorik Körperhaltung und Bewegung: Zielbewegung: außerhalb der primären afferenten + efferenten Projektionsfelder gelegener Assoziationskortex erstellt zusammen mit limbischen Strukturen Bewegungsplan → unter Beteiligung von Kleinhirn und Basalganglien Umsetzung in ein Bewegungsprogramm in der prämotor. Rinde und Weiterleitung an Motorkortex → Weiterleitung an Hirnstamm + RM Hirnstamm: - Neuronensysteme, die motorische Befehle höherer Abschnitte integrieren und mit Informationen aus RM + Vestibularapparat + anderen Sinnesorganen verrechnet - alle unmittelbar ins Rückenmark absteigenden Bahnen entspringen den Hirnstamm (außer Kortikospinaltrakt) Rückenmark: - kann einfache und komplexe Bewegungsmuster erzeugen (Reflexe bei Schmerzreizen) - sensorische Informationen und absteigende motorische Kommandos konvergieren auf Neurone, die Skelettmuskeln innervieren (α-Motoneurone → Motoneurone + versorgte Skelettmuskeln sind Vollzugssystem für Haltung und Bewegung) somatotope Anordnung: alle sensomotorischen Systeme - bestimmte Körperlokalisationen sind in bestimmten ZNS-Neuronengruppen repräsentiert Funktionen der Neurone des Rückenmark: Allgemeines: - Hinterwurzel: in Primärafferenzen laufen somatosensorische Informationen ein - Vorderwurzel: efferente Motoaxone senden motorisch wirksame Impulse zu Erfolgsorgan Reflex: Myotom: - efferente Erregung führt zu stereotypen efferenten Reaktion (Kontraktion von Skelettmuskeln, glatter Muskulatur, Drüsensekretion) - Ablauf: Reizaufnahme → afferente Impulsleitung → spinale Erregungsübertragung und – verarbeitung → efferente Impulsleitung → Übertragung aufs Erfolgsorgan segmentale Gliederung der Muskulatur (Höhendiagnostik spinaler Krankheitsprozesse) motorische Ausgangsfunktionen des Rückenmarks α-Motoneuron: - funktionell uneinheitlich - α-Motoneurone versorgen quere Skelettmuskeln, γ-Motoneurone innervieren Muskelspindeln motorische Einheit als physiologische Kontraktionseinheit: - motorische Einheit: α-Motoneuron + sein Axon + innervierte Muskelfaser, Zahl von Muskelfasern pro Neuron variiert (5-1000) - Unterscheidung in Typ S (slow, lansgsam kontrahierende Einheit), Typ FR (schnelle, nicht ermüdbar), Typ FF (schnell, ermüdbar) Entstehung von Bewegung aus stufenlos regulierbaren Kontraktionen: Allgemeines: Kraft eines Muskels ist stufenlos regulierbar Mechanismus: - motorische Einheit entlädt bei zunehmender Kraftentfaltung mit steigender Frequenz → Überlagerung von Einzelzuck. → immer gleichmäßigere Kontraktion, langsame Einheiten erreichen gleichmäßige Kontraktion mit niedrig. Entladungsfrequenz als schnelle - Aktivierung von zunehmender Zahl an motorischen Einheitnen bei wachsender Kraftentwicklung α -Motoneurone reagieren tonisch oder phasisch auf Muskeldehnung: tonischer Entladungscharakter: Motoneurone bilden vorwiegend langsam kontrahierende motorische Einheiten (Typ S) - können wegen intensiver Ia-Verbindungen mit niedriger Schwelle aktiviert werden → tetanische Kontraktion bei niedriger Entladungsfrequenz - Einsatz: empfindlisches System für Stützmotorik, Feinbewegungen phasischer: - rasch kontrahierende Einheiten mit höherer Entladungsfrequenz Physiologie - Seite 10 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de - Einsatz: rasche Zielbewegungen Afferenzen der Spinalmotorik Allgemeines: - Rezeptoren der Somatosensorik informieren ZNS über motorische Abläufe - Muskelrezeptoren messen Muskelspannung (Sehnenorgane mit Ib-Afferenz) und Muskellänge (Muskelspindeln mit Ia- und II-Afferenzen) - Muskelspindeln besitzen eigene motorische Innervation durch γ-Motoneurone Golgi-Sehnenorgane: messen Muskelspannung, Bindegewebskapseln (1mm lang + 0,1mm ∅ ) die von je einer affernten Nervenf. Gruppe Ib mit mehreren rezeptiven Endigungen versorgt werden - Sehnenorgan liegt seriell zu 20 Skelettmuskelfasern aus 5-15 motorischen Einheiten - adäquater Reiz für 1b-Endigung ist Muskelspannung - bei aktiver Kontraktion der motorischen Einheit komprimieren die kollagen Faserbündel die Ib-Terminalen und erregen sie - passive Dehnung des Muskels aktiviert ebenfalls die Ib-Afferenzen Muskelspindel: - messen Muskellänge, bestehen aus spindelförmigen Bindegewebskapslen die 3-10 Muskelfasern umschließen (intrafusale Muskelfasern) - rezeptive Endigungen d. Spindelaffernz winden sich um mittl. Anteile d. Intrafusalfasern - adäquater Reiz ist eine Verlängerung der äquatorialen Teile der Intrafusalmuskeln - Unterschied zu Sehnenorganen: Muskelspindeln liegen im inneren Bindegewebe des Muskels (parallel zu extrafusalen Muskelfasern) - Verkürzung des Muskels entspannt Muskelspindel → Reduzierung der Impulsrate - passive Dehnung → Vergrößerung der Spannung + Länge, aktive Kontraktion → Vergrößerung der Spannung + Abnahme der Länge spinalmotorische Reflexe und ihre supraspinale Kontrolle Allgemeines: - monosynaptischer Reflexbogen: unmittelbare Verbindung von Afferenz und Motoneuron, Auslösung durch Muskeldehnung (Eingang bilden Ia-Afferenzen der Muskelspindeln) - polysynaptischer Reflexbogen: mehrere Interneurone bzw. Synapsen, z.B. Refelxwege der Ib-Afferenzen + Afferenzen der Gruppe II - Kontrolle auf Eingangsseite (präsyn. Hemmung) + Ausgangsseite (Renshaw-Hemmung) Ia-Afferenzen: - vermitteln längenstabilisierenden Muskeldehnungsreflex - Muskeldehnugsreflex ist längenstabilisierter Regelkreis, der aufrechte Haltung entgegen der Schwerkraft ermöglicht - Ia-Endigung in Extensoren stärker ausgeprägt (Strecker → relativ viele Typ S-Einheiten mit niedriger Aktivierungsschwelle + Synapsendichte der Ia-Projektion auf tonische αMotoneurone besonders groß Hemmung der Ia-Afferenzen: wirken hemmend auf Antagonisten - neben monosynaptischen Kontakt mit Motoneuronen des Agonisten auch Kollaterale mit bestimmten Interneuronen - diese Interneurone hemmen α-Motoneurone von Muskeln die Gegenspieler zu den IaAfferenz-Muskeln sind → Aktivierung der Spindelafferenz → monosynaptische Förderung des Agonisten und disynaptische Hemmung des Antagonisten (reziproke Hemmung) γ -Motoneuron: werden bei langsamen Bewegungen mitaktiviert mechanische und elektrische Auslösung von Dehnungsreflexen: T-Reflex: - Auslösung einer kurzdauernedn Kontraktion durch Schlag auf eine Muskelsehne (Schlag dehnt den Muskel und aktiviert die Muskelspindeln) - Messung eines Reflexpotentiales möglich (Latenzzeit 30-40ms), Amplitude ist Ausdruck von Zahl synchron aktivierter α-Motoneurone (abhängig von Reizstärke + Empfindlichkeit der Spindelrezeptoren + Summation von Erregung und Hemmung unterschiedlichen Ursprungs am α-Motoneuron) Physiologie - Seite 11 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de tonischer Muskeldehnungreflex: beim Gesunden ist Erregbarkeit spinaler Reflexwege gering → keine Auslösung von tonischen Dehnungsreflexen - nur nachweisbar bei Vordepolarisation der α-Motoneurone, Vibrationsinduziert oder bei pathologischer Steigerung des Muskeltonus Erregungsfortleitung: je dicker die Nervenfaser, desto schneller die Erregungsleitung Art: • myelinisiert: • nicht myelinisiert: - schnelle Leitung - langsame Leitung - saltatorische Leitung - kontinuierliche Leitung - geringer Amplitudenverlust Reflexe Allgemeines: Reflexarten: - stereotype unwillkürliche Antwort auf einen Reiz - Reflexbogen: Sensor → Afferenz → Rückenmark → Efferenz → Effektor - Funktion: Schutz, Stabilisierung, Schlucken, Selbsterhaltung • Eigenreflex - Sensor + Effektor im gleichen Organ monosynaptisch 5-50 ms Dauer Patellasehnen-Reflex (T-Reflexe) • Fremdreflex - Sensor + Effektor nicht im gleichen Organ polysynaptisch 20-2000 ms Dauer Bauchdeckensehnen-Reflex Physiologie - Seite 12 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Somatoviszerale Sensibilität Einteilung: - Exterozeption: Außenreize an Haut und Schleimhäuten - Propriozeption: Bewegungsapparat - Enterozeption: innere Organe epikritische Sensorik: feinere Berührungs- und Bewegungsempfindungen die über Hinterstränge des Rückenmarks + Lemniscus medialis zum Thalamus geleitet werden - Empfindungen sind eindeutig und scharf lokalisierbar protopathische Sensorik: unscharf lokalisierbar, drohende vitale Gefahren - Wahrnehmung von Schmerz- + Temperatur- + extrem starken Berührungsreizen - Fortleitung über Vorderseitenstränge des Rückenmarks zum Thalamus Oberflächensensibilität Allgemeines: - Teil der Exterozeption, umfaßt mechanischen + thermischen + nozizeptiven Bereich Mechanorezeption: Druckrezeptor: - Intensitätsdetektoren (Impulsrate der Druckrezeptoren proportional der Reizintensität) - reagieren auf Ausmaß einer Hautverformung und Größe der betroffenene Hautfläche - langsames Adaptationsverhalten, Aktivitätadauer ist abhängig von Druckreizdauer - unbehaarte Haut: Merkel-Zellen, Ruffini-Körperchen, Meissner-Körper, Pacini-Körperchen - behaarte Haut: Tastscheibe, Ruffini-Körperchen, Haarfollikelsensoren, Pacini-Körperchen Berührungsrez: - unbehaarte Haut: Meissner-Körperchen erfassen Scherkräfte und reagieren auf Geschwindigkeit einer Reizänderung, mittelschnelle Adaptation - behaarte Haut: Haarfollikelsensoren, reagieren auf Auslenkungsgeschw. der Haarschäfte Vibrationsrez.: - Pacini-Körperchen (primäre Sinneszellen) - Vorkommen: subkut. Fettgewebe + Gelenke + Sehnen + Bänder + Faszien + Knochen - adäquater Reiz ist Beschleunigung einer Hautdeformationsentwicklung - adaptieren sehr schnell, über niedrigste Reizschwelle aller Mechanorezeptoren Afferenzen: - Weiterleitung zum ZNS über markhaltige Fasern der Klasse II (Aß) - Fasersysteme von höheren ZNS-Zentren können in HInterhörnen des Rückenmarks Umschaltung von Hautafferenzen auf 2. Neuron hemmen oder fördern Raumschwelle: - Auflösungsvermögen der Berührungsempfindung (2 getrennte Punkte) - geringe Raumschwelle (Zungenspitze, Fingerkuppe), hohe Raumschw. (Rücken, OS) - simultane Raumschwelle: 2-Punkt-Schwelle bis 1-3mm - sukzessive Raumschwelle: Reize nacheinander, deutlich bessere Auflösung Thermorezeption: Allgemeines: - gleichbleibende Temperatur ist durch Regelmechanismus im Hypothalamus gesichert - Information von thermosensiblen Zellen in der Blutbahn + Thermoenterorezeptoren im ZNS + Muskulatur + innere Organe - Bedeutung: intrakutane Temperatur muß annähernd Außentemperatur wiedergeben Thermosensor: - Systeme für Kaltsinn + Warmsinn, analog zu Tastpunkten → Kaltpunkte + Warmpunkte, Kaltpunkte überwiegen deutlich - Rezeptoren = freie Nervenendigungen + marklos + Faserklasse IV/C (Kaltfasern III/Aδ) - Proportional-Differential-Fühler - unveränderte Hauttemperatur: Impulse mit konstanter Frequenz, proportionale Beziehung zwischen Impulsrate und absoluter Hauttemperatur - konstante Indifferenztemperatur: 31-36°C, Kalt-+Warmrezeptoren mit konstant niedriger Impulsrate - Kälte oder Wärme: Impulsrate ist angestiegen, Weiterleitung und Bewußtwerdung Kaltrezeptoren: - in oder unterhalb der Epidermis - zeigen steigende Entladungsfrequenz bei fallender Temperatur Physiologie - Seite 13 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie Warmrezept.: www.med-school.de in Corium (tiefer als Kaltrezeptoren), steigern Impulsrate bei steigender Temperatur Tiefensensibilität Allgemeines: Qualitäten: Stellungssinn: - Propriozeption - für Orientierung im Raum ist Mitwirkung des Vestibularapparates erforderlich - überwiegender Teil erreicht nicht das Bewußtsein informiert über Winkelstellung der Gelenke ohne visuelle Kontrolle Bewegung: - informiert über Geschwindigkeit und Ausmaß von aktiven und passiven Gelenkbewegungen (ohne visuelle Kontrolle) - Wahrnehmungsschwelle ist an proximalen Gelenken besser als an distalen Kraftsinn: - informiert über Ausmaß an Muskelkraft die für Bewegung/Gelenkstellung notwendig ist - große Genauigkeit und exakte Reproduzierbarkeit Propriosensoren: Gelenksensor: - mechanosensitive Sensorkörperchen (Ruffini + Pacini) in Gelenkkapseln + –bändern - signalisieren Gelenkbewegungen, ∅ Gelenkstellung Muskelsensor: Muskelspindeln (Stellungs- und Bewegungssinn), Golgi-Sehnenorgane (Kraftsinn) Hautsensoren: Mechanosensoren der Haut die bei Stauchung und Dehnung der Haut aktiviert werden Sehnenrezeptoren: Viszerale Sensibilität Allgemeines: - steht im Dienste der Aufrechterhaltung der Homöostase des inneren Milieus - Rezeptoren für Blutgase + Blutdruck + Blut- und Lungenvolumen + osmotischer Druck Chemorezept.: - liegen im Glomus aorticum + Glomus caroticum - reagieren auf Anstieg des PCO2 bzw (H+) - bewirken über N.IX und N.X laufende Afferenzen Steigerung der Atemtätigkeit Pressorezept.: - liegen in Wand der Aorta, A. carotis communis, etc. - Proportional / Differential-Eigenschaften - Afferenzen laufen zum Rautenhirn und zur Formatio reticularis Volumenrez.: in Herzvorhöfen, können bei Reizung Adiuretinausschüttung der Neurohypophyse hemmen + atrialen natriuretischen Faktor (AFN) freisetzen Dehnungsrez.: - in der Lunge - steuern im Rahmen eines Reflexkreises normalen Rhythmus von Ein- und Ausatmung Osmorezeptoren: im Hypothalamus, veranlassen bei steigendem osmotischen Druck des Blutes Freisetzung von Adiuretin → verstärkte Wasserretention sensorische Bahnen im Rückenmark Allgemeines: sensible Fasern der Peripherie → pseudounipolare Neurone der Spinalganglien → Neuriten treten über Dorsalwurzel ins Rückenmark ein Hinterstrang: Neuriten von Mechanorezeptoren (Muskel, Haut, Gelenke, Viszera) → Hinterstrangkerne in Medulla oblongata Kleinhirn-Seitenstrangbahn: propriozeptive Neuriten der Tiefensensibilität Vorderseitenstrang: Neuriten der Schmerz- und Temperaturempfindung → Hinterhorn → Umschaltung auf Interneurone → Vorderseitenstrang der Gegenseite Physiologie - Seite 14 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Schmerz Schmerz: Schmerz ist unangenehmes Sinnes- und Gefühlserlebins das mit aktueller oder potentieller Gewebsschädigung verknüpft ist Einteilung somatischer: viszeraler: - Oberflächenschmerz: Haut, 1. heller + schnellabklingender Schmerz, 2. dumpfer + langsam abklingender Schmerz - Tiefenschmerz: Muskeln + Knochen + Gelenke + Bindegewebe, dumpf + schlecht lokalisierbar + in Umgebung ausstrahlend Eingeweideschmerz, bei rascher + starker Dehnung der Hohlorgane akuter: - weist auf drohende oder eingetretene Gewebsschäden hin, haben Signal + Warnfunktion - Ort ist eindeutig lokalisierbar, Ausmaß des Schmerzes hängt von Reiz-Intensität ab - klingt nach Beseitigung der Schädigung rasch ab chronischer: - langanhaltend oder intermittierend wiederkehrend - tumorbedingte Dauerschmerzen oder Migräne, Beschwerdedauer länger als 6 Monate - Schmerzerlebnis kann sich von zugrundeliegender Störung lösen → Verselbständigung → eigenständiges Krankheitssyndrom Jucken: - nur von äußersten Hautschichten und Übergangsschleimhäuten auslösbar - Juckpunkte und Schmerzpunkte korrespondieren Schmerzempfindung – Komponenten sensorische: beschreibt inwiefern die Sinnesempfindung einen noxischen Reiz erfaßt, diskriminiert zwischen nichtnoxischen und noxischen Reizen affektive: - emotionale Komponente, Sinneseindruck kann lust- oder unlustbetonte Gefühle hervorrufen (Auge, Ohr, Geruch, Geschmack) - Schmerz löst fast immer unlustbetonte Affekte aus vegetative: - Erweiterung oder Verengung von Blutgefäßen, Anstieg von RR / HF, Pupillenerweiterung - Reaktionen auf schmerzhafte Reize werden reflektorisch über veg. Nerven abgewickelt - bei viszeralen Schmerzen stark ausgeprägt motorische: Flucht- oder Schutzreflex (Hitze), Muskelverspannungen Physiologie - Seite 15 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Gehirn Kleinhirn Anteile: Vestibulo-cerebellär: Lobus flocculonodularis → wird durch vestibuläre + visuelle Systeme über Körperstellung im Raum informiert - projeziert zu Vestibularkernen - beteiligt sich an Kontrolle der Stützmotorik und Okulomotorik Spinocerebellär: Vermis + mediale Anteile der Hemisphären - Zuflüsse: Kopien der motorischen Programme + sensorischen Afferenzen Zerebrocerebellär: laterale Anteile der Hemisphären - Zuflüsse: Kortexareale des Handlungsantriebes + Bewegungsstrategie - projeziert über motorischen Thalamus zu motorischen Kortexarealen - Planung und Programmierung von Bewegungen Feinbau: Aufgaben: - Eingänge: Moosfasern + Kletterfasern → Kleinhirnrinde - Ausgang: Axone der Purkinjezellen, bilden hemmende Synapsen (GABA) auf Neurone der Kleinhirnkerne - Beeinflussung der Motorik erfolgt über Zu- und Abnahme der Hemmung der KH-Kerne aus Efferenz- + Afferenzkopien werden Abweichungen vom Soll-Wert berechnet → über rückläufige Verbindungen zum motorischen Zentrum Korrekturen an motor. Programmen Basalganglien Allgemeines: - wichtige Rolle bei reibungslosem Ablauf der Motorik - Striatum, Globus pallidus, Substantia nigra, Nucleus subthalamicus → subkortikale Kerngebiete nahe des Thalamus Aufgaben: - Kontrolle komplexer Bewegungen - Eingänge: Kerngebiete des Striatum - Ausgänge: Globus pallidus pars interna und reticulata → Weiterleitung an Thalamus Funktionsschleifen: Allgemeines: - eintreffende Afferenzen und austretende Efferenzen verlaufen in Funktionsschleifen - Information aus bestimmten Kortexarealen werden in zugehörigen Arealen der Basalganglien verschlatet und über Thalamus zur Hirnrinde projeziert skeletomotorisch: Infos aus praemotorischen + motorischen + somatosensorischen Hirngebieten → Putamen → Pallidum oder Substantia nigra → motorischer Thalamus → zurück zu Area 6 der Großhirnrinde - Schleife beeinflußt Richtung + Kraft + Bewegungsamplitude - u.a. Kontrolle der Mund- und Gesichtsmotorik okulomotorisch: - Kontrolle der Augenbewegungen - Areale der Blickmotorik → Nucleus caudatus + Pallidum + Substantia nigra + Thalamus → zurück zu frontalen kortikalen Augenfeldern komplexe FS: Infos aus Assoziationsfeldern → Basalganglien → Thalamus → andere Assoziationsfelder Transmittersubstanzen: Glutamat: Transmitter der zum Corpus striatum ziehenden exzitatorischen kortiko-striatalen Bahnen (ausgehend von Pyramidenzellen des Motorkortex) GABA: efferente meist inhibitatorische Bahnen zum Thalamus (ausgehend vom Globus pallidus) Physiologie - Seite 16 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Neurovegetative Regulationen Allgemeines: Regelkreis: Verknüpfung: - Größen: Körperkerntemperatur, art. Blutdruck, Blut-pH, Gewebs-pH, Blutgase, BZ - Signale der regul. Größe: afferente Nervenimpulse von Rezeptoren / humorale Natur - Beeinflussung des Regulationszentrums: efferente nervöse oder humorale Wege - negative + positive Rückkopplung (positiv: Aufschaukeln → spannungsabhängige NaÖffnung bei AP-Aufstrich) Regulierte Größe → Rezeptor → Regulationszentrum → Effektor - einzelne Komponenten d. Regulationssyst. über positive/negative Wirkungen verknüpft - positiv: Komponenten reagieren gleichsinnig (Anstieg der Körpertemperatur bei Anstieg der Muskelinnervation + Abnahme der Aktivität von Pressorezeptoren bei Blutdruckabfall) - negativ: gegensinnige Wirkung (Anstieg der Aktivität von Chemorezeptoren bei Abfall der O2-Konzentration + Abfall des Blutzuckers bei Anstieg des Insulinspiegels Eingriffe ins Regulationssystem: Möglichkeiten: - Beinflussung des Regulationszentrums - Beinflussung der regulierten Größe - Beinflussung des Effektors (Medikamente) - Verstellung der Empfindlichkeit des Rezeptors Leistungsanpassung Allgemeines: - bei Anpassung vegetativer Systeme an somatomotorische Leistung erfolgt Änderung physiologischer Größen (Herzzeitvolumen, Blutdruck, Atemgrößen) - Leistungsanpassung ist mit Verschiebung von Regulationszielen verbunden Startreaktion: - Leistung ohne Leistung - tritt auf bei Erwartung einer Leistungsanforderung → Organismus wird auf zu erbringende Leistung eingestellt - Beeinflussung der vegetativen Innervation ohne motorisches Verhalten kann zu psychosomatischen Erkrankungen führen Rhythmen in vegetativen Systemen Allgemeines: - Herzrhythmus, EEG, Atemrhythmus, retikuläre R., periphere Gefäßrhythmen - Blutdruckwellen: II. Ordnung (im Frequenzbereich der Atmung), III. Ordnung (langsamer, umfassen mehrere Wellen der II. Ordnung) Mechanismen der Entstehung der Rhythmen – Atmung – Kreislauf: zentralnervös: - Kopplung versch. zentraler Strukturen (Neurone d. Atemrhythmus + Neurone d. GHS) - Veränderung der Übertragung der pressorezeptiven Afferenzen im ZNS durch Atem- und retikulären Rhythmus peripher: kombiniert: - direkte Übertragung intrathorakaler Atemdruckschwankung auf intrathorakale Kreislaufabschnitte - atemmechanisch bedingte Schwankungen des venösen Rückstroms zum re + li Herzen Einflüsse von Lungendehnungs- + Pressorezeptoren Herzfrequenzvariabilität (HFV): Allgemeines: - physiolog. Schwankungen der Herzschlagabstände im Frequenzbereich der Atmung - Veränderungen der Herzfrequenz sind nervös + humoral + mechanisch bedingt - HFV wird über nervöse Einflüsse auf Sinusknoten vermittelt (Sympathikus + Parasympath.) - HFV wird als Amplitude der Wellen in der Herzschlagabstandskurve gemessen Abhängigkeit: - nimmt mit steigendem Lebensalter ab - ist abhängig von der Körperlage (im Liegen stärker ausgeprägt) - nimmt bei Leistungsanpassung ab - bei Sportlern stark ausgeprägt Physiologie - Seite 17 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Vegetative Regulationsstrukturen im ZNS obere Ebene: Gebiet: Area 4 + 6 + 8, rostrale Anteile des Frontallappens Bedeutung: - Ausgangspunkt örtlich begrenzter oder allgemeiner vegetativer Mitinnervation (Durchblutungssteigerung im bewegten Muskel) - Substrate psychisch-vegetativer Korrelation (Atemhemmung bei angespanntem Denken) mittlere: Bedeutung: Ergotropie: Trophotropie: - Gebiet: basale Anteile des frontalen + temporalen Kortex, Amygdala-Kerne, septale Kerne, Hypothalamus, Teile des Mesencephalon - funktionelle Bezeichnung: limbisches System - Integration der Anteile einer Verhaltensweise (somatomotorisch+vegetativ+emotional) - somatomotorische Leistung im Dienst der vegetativen Regulation - vegetative Mitinnervation bei Leistungsanpassung - System mit Vorzugslokalisation im hinteren Hypothalamus - Ausdehnung von Amygdala-Kernen, Septum, Mesencephalon, Rhombencephalon - System mit Vorzugslokalisation im vorderen Hypothalamus - spezielle hypothalamische Zentren für periphere Organssysteme integrierende Regulationen (Temperatur, Wasserhaushalt, Nahrungsaufnahme) untere Ebene: Atmungsregulation Allgemeines: - Atembewegungen sind Folge einer rhythmischen Innervation der Atemmuskulatur Rhythmus entsteht im unteren Hirnstamm (bulbäres Atemzentrum) - höhere pontine Strukturen modifizieren Atemrhythmus Neuronenpopulationen: - inspiratorische Populationen: entwickeln rhyth. Entladungssalven während Inspiration - exspiratorische P.: Entladungssalven während Exspiration + exspiratorischer Pause - inspiratorische + exspiratorische Populationen hemmen sich gegenseitig - hemmende + fördernde Verschaltungen von Teilpopulationen und spezielle Membraneigenschaften der Neurone sind am Atemrhythmus beteiligt → Rückkopplungssysteme: Blutchemie: - System zur Stabilisierung von CO2 + O2 + pH-Werten - hohe CO2 + H+-Konzentration: Erregung zentraler chemosensibler Strukturen nahe der ventralen Oberfläche des unteren Hirnstamms + periphere Chemorezeptoren im Glomerus carotica und aortica → gesteigerte Atmung Lungenvagus: - Rückkopplung über Afferenzen bewirken Abstimmung zwischen Atemtiefe + -frequenz - Lungendehnung bei Inspiration → Erregung von Lungendehnungsrezeptoren und afferente Leitung im Vagus nach zentral - Lungendehnungsafferenzen hemmen inspiratorischen Teil + fördern exspiratorischen Teil des Atemzentrums Kreislaufregulation Allgemeines: - Herzminutenvolumen = Herzfrequenz x Schlagvolumen → HMV = HV x SV - mittlerer arterieller Druck = HMV x totaler peripherer Widerstand → Pm = HMV x TPR - Hauptanteil des peripheren Widerstandes in kleinen Arterien + Arteriolen (1 Schicht glatte Muskeln) Widerstandsgefäße: - Kontraktion der glatten M. → Vasokonstriktion → Erhöhung des Strömungswiderstands - Erschlaffung bei Nachlassen der symphatischen Innervation → Vasodilatation → Abnahme des peripheren Widerstandes - meiste Arterien in Ruhe mit Symphatikotonus → Konstriktion mittlerer Größe → Änderung führt zu gleichsinnigen Änderungen des Blutdrucks - ∅ antagonistische parasymphatische vasodilatatorische Innervation der Blutgefäße Physiologie - Seite 18 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Pressorezeptoren: dehnungsempfindliche Rezeptoren in der Wand des Aortenbogens und Carotissinus - Erregung bei jeder pulssynchronen Wanddehnung → mittlere Aktivität geht mit mittlerem arteriellen Druck parallel - Rezeptoren senden über Carotossinusnerven + Aortennerven Impulse zu Ausgangsorten des Symphatikotonus in unteren Hirnstamm - Impulszunahme → Hemmung des zentralen Sympathikotonus im GHS, Abnahme → Enthemmung Herz: Pressorezeptoren fördern Ursprungsneurone des Parasymphatikus in Medulla oblongata (Vagus zum Herzen) → Aktivität setzt Herzfrequenz herab Temperaturregulation Effektoren: vegetative: - Hautgefäße mit sympathischer konstriktorischer Innervation - Eingeweidegefäße mit sympathischer konstriktorischer Innervation - Schweißdrüsen mit cholinerger sympathischer Innervation - Sympathische Innervation der Leber + Muskulatur + Fettgewebe + Nebennierenmark - Schilddrüse somatomotorisch: Skelettmuskulatur einschließlich Atemmuskulatur - thermoregulatorische Verhaltensweisen: Kleidung, Heizung, Kühlung, Körperhaltung, Kältezittern, Wärmehyperpnoe, Hechelatmung Temperaturregulation: Fühler: - Thermorezeptoren der Haut (Kaltrezeptoren + Warmrezeptoren) - innere Temperaturrezeption: hypothalamische Thermosensibilität, spinale Thermosensibilität, weitere thermosensible Strukturen im Körperinneren Regler: mehrere ZNS-Ebenen → integrierende Strukt. im Hypothalamus, Mesencephalon+ RM Funktionsweise des Temperaturregulationssystems: hohe Temp.: - Ingangsetzen von Wärmeabwehrmechanismen - Reduktion der Wärmebildung (Verminderung der sympatho-adrenalen Innervation + Herabsetzung des Stoffwechsels durch motorische Inaktivierung - Erhöhung der Wärmeabgabe (Dilatation der Hautgefäße bei Konstriktion in inneren Organen, Wasserverdunstung durch Schweißsekretion) niedrige Temp.: - Erhöhung der Wärmebildung (Erhöhung des Stoffwechels mit erhöhter sympatho-adrenaler Innervation + Ausschüttung von Schilddrüsenhormonen, erhöhte motorische Aktivität über Muskeltonus + Bewegung + Kältezittern - Reduktion der Wärmeabgabe (Konstriktion d. Hautgefäße + Dilatation in inneren Organen) Physiologie - Seite 19 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Blut Blutphysiologie Aufgaben: - Transportfunktion: Atemgase, Nährstoffe, Metabolite, Hormone, Vitamine, Wärme - Milieufunktion: Konstanthaltung der Homöostase - Schutz vor Blutverlust: - Abwehrfunktion: Volumen: - Gesamtblutmenge entspricht 7-8% des Körpergewichts = 4-6 Liter - Hypovolämie bei starken Schwitzen oder Wasserentzug, Hypervolämie bei Säuglingen, Schwangeren, Ausdauertrainierten, Hochgebirgslern - akuter Blutverlust: innere oder äußere Blutung kann kritischen Blutdruckabfall bewirken, bis 10-15% Blutverlust noch keine Funktionsstörungen, bis 30% Blutverlust Symptome eines Volumenmangelschocks, ab 50% Lebensgefahr - Regeneration nach Blutverlust: Einstellung der normalen Blutmenge in 2 Tage (Eintrömen von Gewebsflüssigkeit + gesteigerte Rückresorption in Niere), Ersatz von Plasmaproteinen innerhalb 3-5 Tage, Ersatz von Blutzellen innerhalb 1 Monats Blutplasma Allgemeines: Inhalt pro Liter (900g H2O, 65-85g Eiweiß, 20g kleinmolek. Substanzen), pH=7,37-7,43 Plasmaproteine: Funktionen: - Nährstoffe: schnell verfügbares Eiweißreservoir (200g gelöst) - Vehikel: kleinmolekulare Stoffe für Transport an spezif. Plasmaproteine gebunden - unspezifische Trägerfunktion, kolloidosmotischer Druck, Pufferung, Schutz vor Blutverlusten, Abwehrfunktion Plasmaalbumin: 60% der Plasmaproteinmenge, sehr klein, 80% des kolloidosmotischen Drucks gebundene Stoffe: Bilirubin, Urobilin, Fettsäuren, gallensaure Salze, körperfremde Stoffe Erythrozyten Eigenschaften: - 4,6-5,1 Mio pro µl Blut, kernlose bikonkave Scheiben (2µm Randdicke, 7,5µm Durchmesser), Form begünstigt Gastransport (große Diffusionsfläche, kurze Diffusionsstrecke), flexible Form erleichtert Verformung in engen Kapillaren - Erythrozytenzählung: Coulter Counter (Spannungsimulse), Kammerzählung Erythropoiese: - Bildung in hämopoietischen Geweben (Embryo → Dottersack, Fetus → Leber + Milz, 6 Erwachsener → rotes Mark platter Knochen), pro Minute = 160x10 neue Erys, Lebensdauer 100-200 Tage → danach Abbau durch phagozytierende Zellen in Knochenmark + Leber + Milz - Blutverluste oder Krankheiten mit verkürzter Ery-Lebensdauer führen zu verstärkter Erythrpoiese → Reiz ist Absinken des O2-Partialdrucks → vermehrte Produktion von Erythropoietin in Nieren Retikulozyten: - letzte Vorstufe der reifen Erys, Vorkommen in Knochenmark und Blut, 5-10% der roten Blutzellen - Steigerung/Verminderung der Erythropoiese = Zunahme/Abnahme der Retikulozyten Hämatokrit: - Anteil der Erythrozyten am Blutvolumen, Erhöhung bei Höhenanpassung - Mann (0,47), Frau (0,42), Neugeborene (+20%), Kleinkinder (-10%) - Bestimmung: Zentrifugieren einer Blutprobe → Absetzung der schweren Erythrozyten Polyzythämie: - primäre: gesteigerte Zellbildung im Knochenmark - sekundäre: Polyglobulie, relative P. → Bluteindickung durch Flüssigkeitsverlust (Erbrechen, Durchfall, Schwitzen, Verbrennung, Polyurie), absolute P. → bei Neugeborenen, O2-Mangel bei Höhenanpassung, Anpassung bei Herz-, Lungen- und Nierenkrankheiten durch hormonelle + chemische Reize Physiologie - Seite 20 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Hämoglobin: - roter Blutfarbstoff, beteiligt am O2- und CO2-Transport und an Pufferfunktion - Chromoprotein, Molekül aus 4 Polypeptidketten mit je 1 Häm - Werte: Mann (160 g/l), Frau (140 g/l) - Test: Blut + Cyanid → Cyanimethämoglobin → photometrischer Test MCV (MEV): - mittleres Zellvolumen, Hämatokrit / Erythrozytenzahl = 90 fl (10 l) - makrozytäre Anämie: perniziöse Anämie, bei gleichzeitigem HBE-Anstieg → hyperchrome makrozytäre Anämie (B 12-Mangel, Lebererkrankung, Schilddrüsenunterfunktion, fehlende Blutbildung) - mikrozytäre Anämie: bei gleichzeitiger HBE-Erniedrigung → hypochrome Anämie (Eisenmangel, chronische Blutungen, Thalassämie, abnorme Hb´s, genetische Defekte - Anisozytose → starke Veränderung der Erythrozytengröße ergibt abgeflachte Price-JonesKurve, Poikilozytose → unregelmäßig geformte Erys, Sichelzellen, Sphärozyte -15 -12 MCH (MEH,Hb): - Hämoglobin / Erythrozytenzahl = 32 pg (10 g) - hypochrom, hyperchrom, normochrom MCHC: BSG: Hämoglobin / Hämatokrit = 320 g/l = 20,5 mmol/l - Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit, Blutzellen sinken infolge höherer Dichte gegenüber Plasma langsam zu Boden → Auftrennung von Blutzellen / Blutplasma - Mann (1h = 5mm, 2h = 15mm), Frau (1h = 8mm, 2h = 20mm) - Erhöhung der BSG: unspezifisches Zeichen für krankhafte Prozesse, Ursache sind reversible Zusammenballungen von Erythrozyten zu Agglumeraten Leukozyten Granulozyten: neutrophile: - 50-70% der Blutleukozyten = 4500 pro µl Blut eosinophile: - 2-4% der Blutleukozyten = 100-300 pro µl Blut basophile: - 0,5-1% der Blutleukozyten = 50 pro µl Blut Monozyten: 4-8% der Blutleukozyten = 450 pro µl Blut Lymphozyten: 25-40% der Blutleukozyten = 1000-3000 pro µl Blut Thrombozyten Anzahl: 140.000-400.000 pro µl, Lebensdauer 8-12 Tage Hämostase primäre Hämostase : Blutungsstillung, 1-3min Blutungszeit Phasen: - Adhäsion der Thrombozyten: vermittelt durch von-Willebrand-Faktor (vWF) - reversible Plättchenaggregation: eingeleitet durch freiliegendes subendotheliales Kollagen, durch Adhäsion aktivierte Thrombozyten bilden Pseudopodien aus und setzen Inhaltsstoffe frei (ADP, Ca2+, Serotonin, Fibrinogen, vWF, TSP, PDGF, PF4) - Bildung eines irreversiblen Thrombozytenpfropfes: ausgelöst durch Thrombin (Brückenproteine Fibrinogen, Fibrinektin, Thrombospondin erforderlich) sekundäre Hämostase : Blutgerinnung, 6-10min Gerinnungszeit, Ausbildung eines Fasernetzes aus Fibrin exogener Weg: - Extrinsic System, sehr schnelle Aktivierung innerhalb von Sekunden - Gewebeverletzung führt zu Freisetzung von Gewebethromboplastin (Faktor III) → Aktivierung Faktor VII → Aktivierung Faktor X → Faktor V + X aktivieren in Gegenwart von Ca2+ (Faktor IV) die Transformation von Prothrombin in Thrombin endogener Weg: - Intrinsic System, langsamere Aktivierung über Minuten - Faktor XII wird durch Oberflächenkontakt aktiviert → Faktor XII aktiviert in Gegenwart von Kininogen (Fitzgerald-Faktor) das Präkallikrein (Fletcher-Faktor) zu Kallikrein → kaskadiger Aktivierungsprozeß über Faktoren XI+IX aktiviert Faktor X Physiologie - Seite 21 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie Endstrecke: www.med-school.de - Umwandlung von Prothrombin in Thrombin - Thrombin: proteolytisches Enzym, spaltet das Fibrinogen (Faktor I) und leitet somit die Bildung von Fibrin ein - Fibrinbildung: eingeleitet durch die Aufspaltung von Fibrinogen (durch Thrombin) in Fibrinopeptide + Fibrinmonomere → Fibrinmonomere aggregieren spontan zu langen Strängen → zunächst instabiles Fibrin wird durch Faktor XIII kovalent vernetzt Fibrinolyse : Auflösung von Fibrinnetzen durch proteolytischen Prozeß Hemmstoffe der Gerinnung und Fibrinolyse : AT III: hemmt die Bildung und Wirkung von Thrombin durch Einschränkung der Wirkung der Faktoren II + X + IX + XI + XII + Kallikrein Protein C (hemmt V + VIII), α2-Makroglobuline (hemmt II + Kallikrein + Plasmin), α-Antitrypsin (hemmt II + Plasmin), C1-Inaktivator (hemmt XI + XII + Kallikrein) weitere: Heparin: - hemmt intra- und extravasal die Blutgerinnung, Heparin-reich sind Leber- + Lungen- + Herz- + Muskelgewebe + Mastzellen + basophile Granulozyten - bildet Komplex mit AT III und verstärkt dessen Wirkung → Hemmung der Bildung + Wirkung von Thrombin und als Fibrinolyse-Aktivator Förderung der Auflösung von Blutgerinnseln Cumarine: - für Dauertherapie von Thromboseneigung - Marcumar: Vit. K-Antagonist, senkt 1972 Diagnostik: PTTa: Quick: - aktivierte partielle Thromboplastinzeit - Erkennen von Störungen im endogenen System (XII,XI,IX,VIII) und gemeinsamen Weg (V,X,II,I) - Prothrombinzeit = PTZ = Thromboplastinzeit - Erkennen von Störungen im exogenen System (VII) und gemeinsamen Weg (V,X,II,I) Test umgeht den endogenen Weg - erfaßt wichtigste Vit. K-abhängige Faktoren, Kontrolltest bei gerinnungshemmender Therapie mit Cumarinen Abwehrfunktion spezifische humorale Abwehr: Auslösung durch Antigenkontakt und Vermittlung durch B-Lymphozyten Antigene: für Organismus fremde Substanzen (partikuläre Antigene → Bakterien, Viren, Pilze, gelöste Antigene → Proteine, Polysaccharide, Lipide, Nukleinsäuren), Antigene rufen gegen sie gerichtete Abwehrmaßnahmen hervor B-Lymphozyten: nach Prägung immunologisch kompetent, sind durch bestimmte Oberflächen-merkmale für ein einziges spezifisches Antigen zuständig, gelangen über Blut- und Lymphweg zu Milz und Lymphknoten (Keimzentren der Follikel) Antikörperbild.: AK-Klassen: entstehen 5-7 Tage nach Kontakt eines Antigens mit immunologisch kompetenten BLymphozyten, Schlüssel-Schloß-Prinzip, gehören zur Gruppe der γ-Globuline - IgG: Prototyp der Ig, 75% aller Ig, Plazentagängig, symmetrisches Molekül aus 2 leichten (L-Ketten) und 2 schweren (H-Ketten) Peptidketten (über Disulfidketten verbunden Fab-Stück (2 Antigenbindungsstellen), Fc-Stück (Bindungsstelle für Oberflächenrezeptoren von Monozyten + Grabulozyten + Mastzellen und Komplementaktivierung) bei 1. Immunisierung verzögerte aber starke Bildung von IgG → bei Sekundärreaktion fast ausschließlich Bildung von IgG - IgM: größter Antikörper, 8% aller Ig, wird bei 1. Immunisierung als erster gebildet → Konzentration sinkt schnell wieder ab, Pentamer-Struktur (10 Antigenbindungsstellen) - IgA: 15% aller Ig, spezialisiert auf Abwehr an Schleimhautoberflächen, für Transport durch Epithelien in Sekrete an sekretorische Komponente gebunden Funktion: Sekret-AK, verhindert Anlagerung + Eindringen von Erregern in Schleimhaut - IgD: geringer Anteil aller Ig, dient als Oberflächenrezeptor bei Antigen-Erkennung und Physiologie - Seite 22 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de nachfolgender Expansion + Differenzierung der B-Lymphozyten - IgE: spielt Rolle bei Immunreaktion auf Parasitenbefall, kann Anaphylaxie auslösen Antigen-Antikörper-Reaktion: Reaktion führt zu Konformationsänderung des Antikörpers → bei Bindung des - Antikörpers verliert das Antigen seine schädigende Wirkung und wird inaktiviert (Auflösung von Bakterien und Abbau von Giften wird damit eingeleitet) - Präzipitation von gelösten Antigenen (Fällung) - Agglutination bei größeren Partikeln (Brückenbildung) - Zytolyse durch Aktivierung der Komplementkaskade (Auflösung der Zelle) spezifische zelluläre Abwehr: T-Lymphozyten: - Prägung im Thymus zu immunologisch kompetenten Zellen mit spezif. Oberflächenmerkmalen, zirkulieren in Blut und Lymphe zwischen Milz + Lymphknoten + zu schützenden Gewebe - besitzen an Oberfläche AG-spezifische Rezeptoren (T-Zell-Rezeptoren), erkennen Antigene wenn sie auf Oberflächen von Zellen zusammen mit MHC-Molekülen vorkommen - T-Gedächtniszellen: langlebige Tochterzellen die nach Erstkontakt mit Antigen proliferieren (reagieren bei erneutem Kontakt mit gleichem Antigen schnell und heftig - T-Effektorzellen: Tochterzellen die bei Erstkontakt entstehen und direkt an Immun-reaktion teilnehmen Antigenpräsentierende Zellen: - T-Helferzellen erkennen Antigene erst bei Präsentation durch Antigenpräsent. Zellen - Bsp.: Makrophagen, dendritische Zellen der sekundären lymphatischen Organe, Langerhans-Zellen der Haut, präsentierende B-Lymphozyten - Fremdprotein wird von den Zellen aufgenommen und in Verbindung mit MHC-II-Molekülen auf Zelloberfläche den Antigen-sensitiven T-Helferzellen präsentiert unspezifische humorale Abwehr: Komplement- - Abwehr durch ein in Blut und Geweben vorhandenes komplexes Enzymsystem, erfüllt system: unspezifische Aufgaben und Immunreaktion-abhängige Funktionen, stellt wichtiges Entzündungsmediatorsystem dar - Komponenten werden von Makrophagen und Leberzellen synthetisiert, Aktivierung durch klassische Kaskade (Antigen-Antikörper-Komplexe) oder alternative Kaskade (Bakterien, Viren, Pilze, unter Mitwirkung des Plasmaeiweißes Properdin) Lysozym: Interferone: wird bei Zerfall phagozytierender Zellen freigesetzt, kann Wandstrukturen bestimmter Bakterien (Staphylokokken, Streptokokken) hydrolytisch spalten, in Körpersekreten - hochaktive körpereigene Proteine mit breitem Wirkungsspektrum, Bildung durch eukaryotische Zellen wird durch Viren + Bakterien + bakterielle Produkte + Nukleinsäuren + Pilze + Protozoen induziert - α-Interferone (Bildung durch Leukozyten), β-Interferone (Bildung durch Fibroblasten), γInterferone (Bildung durch T-Lymphozyten nach Antigen-Kontakt) - Wirkungen von freigesetztem Interferon durch virusinfizierte Zellen: Hemmung der VirusReplikation in Zellen (antiviraler Effekt), Hemmung der Proliferation von Normal- und Tumrozellen, Stimulation oder Hemmung immunologischer Reaktionen (Aktivierung von Makrophagen, Hemmung der Antikörperbildung, Förderung der T-Zell-Proliferation), Aktivierung der natürlichen Killerzellen Immunität und Immunisierung: Immunität: Organismus ist in der Lage ein Antigen (Masern) mit dem Abwehrsystem ohne pathologische Reaktion unschädlich zu machen, auf Kinderkrankheiten folgt nur selten eine Wiedererkrankung Immunisierung: - passive Impfung: Verabreichung von Antikörpern gegen bestimmte Antigene, Wirkung tritt sofort ein, ist aber zeitlich begrenzt - aktive Impfung: unschädliche Mengen des Antigens oder Antigenproduzenten (abgeschwächte oder abgetötete Erreger) werden zugeführt → Produktion von Antikörpern, bei Zweitkontakt mit virulentem Erreger besitzt der Organismus bereits Gedächtniszellen bzw. Abwehrstoffe, Impfschutz tritt nach einigen Tagen auf und hält Monate bis Jahre an Physiologie - Seite 23 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Immuntoleranz und Autoimmunität: Immuntoleranz: - wenn nach Zufuhr von Antigenen keine spezifische Immunreaktion auftritt - in Embryonalzeit ablaufende Antigenerkennung führt zu natürlicher Immuntoleranz gegen eigene Gewebe und Substanzen - erwünscht z.B. bei Organtransplantationen (Immunsupression) Autoimmunität: - bei Verlust der Immunitoleranz können Antikörper gegen körpereigene Substanzen und Gewebe gebildet werden → Autoimmunkrankheiten - Myasthenia gravis, Basedow-Erkrankung, Typ-I-Diabetes mellitus Blutgruppen ABO-System: Blutgruppen: Antikörper: Agglutination: - A = 45 %, Antikörper gegen B - AB = 5 %, keine Antikörper - B = 10 %, Antikörper gegen A - 0 = 40 %, Antikörper gegen A + B Klasse der IgM, wegen großen Molekulargewichts nicht plazentagängig, Pentamer (brauchen kein Supplement zur Agglutination), Temperaturoptimum = Zimmertemp. - Zusammenballung von Erythrozyten bei Mischung von inkompatiblen Blutsorten, führt zu Verstopfung von Kapillaren + hämolysebedingte Schäden des Tubulus-apparates der Niere + Anaphylaxie + usw. - Ursache: Antigen-Antikörper-Reaktion, Zellmembran der Erythrozyten besitzt spezifische Glykolipide mit Antigeneigenschaften (Agglutinogene) → im Blutplasma gelöste spezifische Antikörper (Agglutinine) reagieren mit Agglutinogenen körperfremder Erythrozytenmembranen → durch Antikörper gebildete Brücken zwischen mehreren Erythrozyten führen zu Agglutination - Major-Test: Empfängerplasma enthält Antikörper gegen Spender-Erythrozyten - Minor-Test: Spenderblut enthält Antikörper gegen Empfänger-Erythrozyten anaphylaktischer Schock: Rötung, Zittern, Wärme, brennende Zunge, Kreislaufkollaps (Vasodilation) - Gegenmaßnahmen: Adrenalin Rhesus-System: C + D + E + c + e Antikörper: Klasse IgG, Plazentagängig, Monomer (inkomplette AK, brauchen zur Konglutination 30% iges Rinderalbumin, Temperaturoptimum = 37°C, keine Rh-Antikörper bei rh-negativen Personen im Serum (außer nach Exposition mit Rh-positiven Blut) M. haemolytic neonatorum: Frau ist Rh-negativ und Kind Rh-positiv → bei 1.Schwangerschaft treten wenige Kind-Erythrozyten ins Mutter-Blut und lösen eine Antikörper-Bildung aus → bei 2. Schwangerschaft treten massiv die Antikörper vom Mutterblut über die Plazenta ins KindBlut über und greifen die Erys an → Tod - Prävention: Mutter bekommt Antikörperprophylaxe → Rh-positive-Erythrozyten des Kind werden maskiert, sodass keine Antikörper gebildet werden können Physiologie - Seite 24 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Atmung Ventilation Volumina: Insp. Reserve-Volumen: zusätzliches Volumen bei max. Einatmung 3000 Atemzugvolumen: In- bzw. Exspirationsvolumen in Ruhe 500 Exsp. Reserve -Volumen: zusätzliches Volumen bei max. Ausatmung 1200 Residualvolumen: Restvolumen in Lunge nach max. Ausatmung 1300 Totraum: Anteile der Lunge in denen kein Gasaustausch stattfindet - anatomischer: leitende Atemwege, abhängig von Körpergröße und –position, Wert in ml = doppeltes Körpergewicht (ca. 150ml) - funktioneller: anat. Totraum + nicht durchblutete Alveolen, Gesunder = anatomischer Totraum Kapazitäten: Vitalkapazität: Inspirationskapazität: funkt. Residualkapaz.: Totalkapazität: Grössen: statische: dynamische: max. Ausatemvolumen nach max. Inspiration, Maß für Ausdehnung von Lunge + Thorax, abhängig von Alter + Geschlecht + Größe + Training max. Einatemvolumen nach normaler Exspiration Lungenvolumen nach normaler Exspiration Lungenvolumen nach max. Inspiration 4700 3500 2500 6000 Atemfrequenz in Ruhe: 12 pro min Atemminuten-Volumen in Ruhe: 6 l/min, IRV, ERV, Vitalvolumen Atemgrenzwert: 150 l/min, 1-Sek-Kapazität: 4 l/min, Atemstosstest: 75% der FVK Klinik: Atemstillstand: - Zeitpunkt von Atmungs- und Kreislaufstillstand ist Eintritt des klinischen Todes → 5-10min später irreversible Schädigung des Stammhirnes durch O2-Mangel und CO2-Anhäufung → biologischer Tod - Ursache: Verlegung der Atemwege + Thoraxverletzung + Störung des Gasaustausch + Schädigung respiratorischer Neurone durch Vergiftungen oder Hirnschädigungen - Kreislauffunktion bleibt noch 3-5min erhalten Atemspende: - Freimachen der Atemwege: Säuberung des Mund- und Rachenraums, Überstrecken des Kopfes nach dorsal und gleichzeitiges Anheben des Unterkiefers - Mund-zu-Nase-Beatmung, Mund-zu-Mund-Beatmung Ventilationsstörungen: restriktive: - bei Einschränkung der Ausdehnungsfähigkeit der Lunge + Thorax, (Lungenfibrose, Verwachsungen der Pleuralblätter) → weniger Dehnbarkeit (Compliance) - Vitalkapazität ↓, Atemgrenzwert ↓ obstruktive: Spirogramm: Versuch: - bei Einengung der zuführenden Atemwege (Erhöhung des Strömungswiderstandes), Ursachen (Spasmen, Schleimansammlungen in Atemwegen), führt langfristig zu Überblähung der Lunge mit vergrößerter Residualkapazität + Verlust elastischer Fasern + Reduktion des Kapillarbettes (Lungenemphysem) - Vitalkapazität ↓, Atemgrenzwert ↓, 1-Sek-Kapazität ↓ Gerät das variierende Gasvolumina bei konstanten Druck aufnehmen kann Atemvolumina → Messung der 1. max. einatmen und max. ausatmen (max. Ausatemvolumen = Vitalkapazität) 2. max. einatmen und normal ausatmen + max. ausatmen und normal einatmen (inspiratorisches und exspiratorisches Reservevolumen) 3. max. einatmen und schnellstens max. ausatmen (1-Sekunden-Ausatmungskapazität) 4. schnell + tief ein-+ ausatmen (AF=30/min), max. willkürl. Ventilation= Atemgrenzwert He-Einwasch-Methode: Messung der funktionellen Residualkapazität (FRC), nach Fickschen Prinzip - Spirometersystem ist mit 10% Helium gefüllt → Proband atmet das Gemisch ein → Helium verteilt sich auf den Lungenraum und den Spirometerraum → Messung des verbliebenden Physiologie - Seite 25 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de He (5%) im Spirometer läßt auf Lungenvolumen schließen Atmungsmechanik elastische Atmungswiderstände: Pneumothorax: - normalerweise enger Kontakt zwischen Lungenoberfläche und innerer Thoraxwand durch geschlossenen Interpleuralspalt - Verletzung führt zu Kollabierung der Lunge → kein effektiver Gasaustausch im betroffenen Lungenflügel (Therapie zur Ausheilung einer Tuberkulose Ruhedehnung- - Beziehung zwischen Lungenvolumen und wirksamen Druck, wird durch elastische kurven: Eigenschaften von Lunge + Thorax bestimmt - intrapulmonaler Druck: PPul, Druckdifferenz zwischen Alveolarraum und Außenraum, maßgebend für passive Dehnung von Lunge und Thorax, Ruhedehnungskurve des gesamten ventilatorischen Systems - intrapleuraler Druck: PPleu, Druckdifferenz zwischen Intrapleuralspalt und Außenraum, bestimmt die elastische Dehnung des Thorax, Ruhedehnungskurve allein für Thorax - PPul-PPleu: Differenz zwischen intraplulmonalen und intrapleuralen Druck, bestimmt den elastischen Dehnungszustand der Lunge Compliance: - Maß für elastische Eigenschaften des Atmungsapparates = Steilheit der Ruhedehnungskurve, C = ∆ V / ∆ P - große Compliance: für große Volumenänderungen nur geringe Druckdifferenzen nötig - Abnahme der Compliance: größerer elastischer Widerstand bei Einatmung - Messung: von max. Exspiration bis zur max. Inspiration stufenweise Messung des Verhältnis geatmetes Volumen zu dehnendem Druck → Steigung = Compliance visköse Atmungswiderstände: StrömungsDruckdifferenz zwischen Alveolen + Außenraum bewirkt Strömung der Inspirations- und widerstand: Exspirationsgase, Strömung in Atemwegen ist teilweise laminar, Turbulenzen an Bronchienverzweigungen und pathologischen Verengungen pulmonaler Gasaustausch Partialdrücke: ein Gas in einem Gemisch übt einen Partialdruck (PGas) aus, der seinem Anteil am Gesamtvolumen (Fraktion FGas) entspricht Werte: Fraktionen: - Inspirationsluft: - Alveolarluft: - Exspirationsluft: O2 20,9 % 14 % 16 % CO2 0,03 % 5,6 % 4% Partialdrücke: O2 150mm Hg 100mm Hg 114mm Hg CO2 0,2mm Hg 40mm Hg 29mm Hg Ventilationsänderung: Änderung: - gesteigerte Ventilation → PAO2-Anstieg und PACO2-Abfall - verminderte Ventilation → PAO2-Abfall und PACO2-Anstieg - verstärkte Atmung durch Leistungssteigerung führt zu keiner Veränderung der alveolären Partialdrücke, da gleichzeitig die Austauschraten für O2 + CO2 zunehmen Begriffe: - Normoventilation: mittlerer CO2-Partialdruck von 40mm HG in Alveolen - Hyperventilation: Steigerung über Stoffwechselbedürfnisse, PACO2 < 40mm HG - Hypoventilation: Minderung unter Stoffwechselbedürfnisse, PACO2 > 40mm HG - Mehrventilation: Steigerung über Ruhewert, Arbeit, unabhängig von Höhe der alv. P - Tachypnoe: Zunahme der Atmungsfrequenz - Bradypnoe: Abnahme der Atmungsfrequenz - Apnoe: Atmungsstillstand, meist bedingt durch Fehlen des physiol. Atmungsantriebes - Dyspnoe: erschwerte Atmung, verbunden mit subjektiver Atemnot - Orthopnoe: stark erschwerte Atmung bei Stauung des Blutes in Lungenkapillaren - Asphyxie: Atmungsstillstand oder Minderatmung mit art. Hypoxie und Hyperkapnie Physiologie - Seite 26 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Diffusion der Atemgase : P-Differenz: - O2: Lungenalveolen = 100mm Hg, venöses Blut = 40mm Hg - CO2: Lungenalveolen = 40mm Hg, venöses Blut = 46mm Hg Diffusion: - große Austauschfläche (85m²) und kleiner Diffusionsweg (1µm) - Diffusionswiderstand für CO2 ist 23mal kleiner als für O2 (deswegen ausreichende CO2Diffusion trotz kleiner CO2-Partialdruckunterschiede) Lungendurchblutung und Arterialisierung des Blutes Lungendurchblutung: Strömungs- Lungendurchblutung von 6 l/min in Ruhe durch Druckdifferenz von 8mm Hg zwischen widerstand: Pulmonalarterie und linken Vorhof → sehr kleiner Strömungswiderstand - bei Arbeit steigt Lungendurchblutung aufs 4fache aber Pulmonalarteriendruck nur ums 2fache → Strömungswiderstand wird mit zunehmender Durchblutung reduziert (Dilatation und Öffnung nichtdurchbluteter Kapillaren) hypoxische Vasokonstriktion: - Atemgasfraktion in benachbarten Alveolarräumen beeinflußt Lungendurchblutung - Abnahme des alveolaren PO2 < 60mm Hg → Konstriktion der Arteriolen → Minderdurchblutung (Eulere-Liljestrand-Mechanismus) - hypoxiebedingte Widerstandserhöhung kann Durchblutung in schlecht ventilierten Lungenbezirken einschränken und Blut in gut ventilierte umleiten venös-arterieller Shunt: 2% des Blutes wird an Gasaustauschgebieten vorbeigeleitet → Blut gelangt sauerstoffarm direkt in arterielles System und vermindert PaO2 um 5-8mm Hg - bei Ventrikelseptumdefekt oder offenen Ductus botalli können größere venöse Teile in arterielle Bahn gelangen → Hypoxie und Hyperkapnie Arterialisierung: Veränderung der Atemgaspartialdrücke mit der venöses in art. Blut überführt wird - maßgebende Faktoren sind alveoläre Ventilation + Perfusion + Diffusion, entscheidende Größe ist Verhältnis: Diffusionskapazität / Perfusion - schon beim Gesunden sind Ventilation + Perfusion + Diffusion nicht gleichmäßig über alle Lungenbezirke verteilt (Distribution) → Minderung des Arterialisierungseffektes da gut art. Blut aus stark ventilierten Gebieten mit schwach art. Blut aus schwach ventilierten vermischt wird → sinkender PaO2 und leicht steigender PaCO2 Blutgaswerte: - Jugend: PaO2 = 95mm Hg - Alter: PaO2 = 70mm Hg - PaCO2 = 40mm Hg - PaCO2 = 40mm Hg Atemrhythmus und Atmungsregulation Atemzyklus: - Mechanik der Lungenventilation: 2 Phasen (Ein- + Ausatmung), Atemfrequenz=10-20/min, Dauer des Atemzyklus=3-6sec (Einatmung=1-2,5sec, Ausatmung=2-3,5sec) - neuronaler Zyklus: 3 Phasen, I + PI + E2 Störungen des Atemrhythmus: oberflächliche: frequent, bei Herzinsuffizienz + Lungenödem + Fieber + Prozesse im Hirnstamm + psychische Erkrankungen Kussmaul-Atm: vertiefte und beschleunigte Atmung, bei azidotischer Störung des Säure-Base-Haushalts + arterielle Hypoxie + Hyperkapnie + Vergiftungen Cheyne-Stoke: in Amplitude periodisch anwachsende und abfallende Atembewegungen, bei Schlaf + in der Höhe + chron. Hypoxie + diffuse Hirnprozesse + Schlaganfälle, Vergiftungen apneustische: verlängerte Inspiration, medulläre und pontine Durchblutungsstörungen abgeflachte A.: bei Gehirnerschütterung + Demyelinisierungserkrankungen Biot-Atmung: unregelmäßige Atmung mit periodischen Aussetzern, bei Hirnverletzungen + Meningiden + Physiologie - Seite 27 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de erhöhtem Hirndruck Schnappatmen: vereinzelte kurze Inspirationsbewegungen bis zur Atemaussetzung, bei Störung des respiratorischen Netzwerkes Apnoe: keine Atembewegungen, reversible Gründe oder Hirntod chemische Atmungsregulation Atmungs-Regulation: Erhöhung der Leistung = Erhöhung von O2-Verbrauch + CO2-Produktion Chemorezeptoren messen arterielle Partialdrücke für O2 + CO2 und H+-Konz., (Glomus caroticum + Medulla oblongata, PO2-Messung nur von peripheren Chemor.) ⊕í Atemmuskulatur î⊗ rückgekoppelt: ∅ -rückgekoppelt: Zentrum PCO2 ↑ O2 ↓ pH ↓ ⊕ë Chemorezept. (zentral pH, PCO2, periph. PO2) ì⊕ körperliche Aktivität, Fieber, Schmerz, Hormone CO2-Antwort: - Ziel ist Konstanthaltung des PaCO2 (40mm Hg) auch bei Zunahme von VCO2 - PaCO2 = PACO2 (arter. = alveolärer Partialdruck, wegen guter Blut-Gas-Diffusion) - steigende Produktion von CO2 (VCO2) führt zu PaCO2 ∼ VCO2 / Valv steigender alveolärer Ventilation (↑ AMV), gleichsinnig - steigendes AMV → sinkender PaCO2, gegensinnig Versuch: - Einatmung von steigenden CO2-Fraktionen aus Douglassack, Ausatmung über Atemrichtungsventil in Messvorrichtung - Messung: AMV, O2-Fraktion, alveolare Co2-Fraktion O2-Antwort: - Abnahme des PO2 in Inspirationsluft und PaO2 führt zu Steigerung des Atemzeitvolumens (Erhöhung von Zugvolumen + Atemfrequenz) - Zunahme des PaO2 führt nur zu geringfügigem Ventilationsabfall - Einatmung von sinkenden O2-Fraktionen aus Douglassack, Ausatmung über Atemrichtungsventil in Messvorrichtung, Beobachtung einer Zyanose - Messung: AMV, O2-Fraktion, alveolare CO2-Fraktion Versuch: Chemorezeptoren: arterielle: - Sensoren in Glomus caroticum und Glomera aorticum - Aktivierung der Sensoren führt zu Erregung der afferenten Nervenfasern im Glomus → Weiterleitung zu Nucleus tractus solitarius der Medulla oblongata → Aktivierung tertiärer Neuronen und des respiratorischen Netzwerkes → Steigerung der Atmung zentrale und reflektorische Einflüsse auf die Atmung willkürliche Ventilationssteigerung: - max. Ventilationssteigerung (schwere Arbeit=130l/min, psychische Hyperventilation =160l/min) nur durch Mitinnervation des respiratorischen Netzwerkes über kortikale + limbische Strukturen - max. Hyperventilation nur kurz möglich → sonst respiratorisches Alkalose mit Vasokonstriktion der Hirngefäße + Minderdurchblutung + Bewußtseinsstörung körperliche Arbeit: Ventilationssteigerung nicht nur durch chemische Atmungsantriebe (langsam), schnelle Anpassung durch Kollateralen motorischer Bahnen (zentrale Mitinnervation) - gemeinsame Regulation der kardiorespiratorischen Funktion - Wirkungen auf das respiratorische Netzwerk: zentrale Antriebe (pH, PCO2), Chemorezeptoren (PO2, PCO2, pH), Dehnungs- und Irritant-Rezeptoren, Mechanorezeptoren, Pressorezeptoren, Hormone, Körpertemperatur, Schmerz Reflexe: laryngeale und tracheale: freie Nervenendigungen in Larynx und Trachea werden durch chemische und mechanische Reize erregt → Aktivierung des respiratorischen Netzwerkes → Husten Physiologie - Seite 28 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Lungendehnung: Hering-Breuer-Reflex, Erweiterung der Bronchien bei Einatmung → Aktivierung von Dehnungsrezeptoren in Bronchialwand → Hemmung der Inspiration und Einleitung der Exspiration (soll Überdehnung der Alveolen bei Einatmung verhindern) Deflationsrefl.: Head-Reflex, starke Abnahme der Atemwegs- + Lungenvolumina → Erregung IrritantRezeptoren → Aktivierung der Inspiration + Postinspiration und Hemmung Exspiration J-Reflex: Juxtakapillärer Reflex, Reizung von Rezeptoren in Alveolarepithel durch Flüssigkeitsansammlung → Hemmung der Inspiration und Aktivierung von kardialen Vagusfasern (alveoläre Hypoventilation und Bradykardie bei Lungenödem) Physiologie - Seite 29 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Atemgase und Säure-Base-Status Luft: - N2 = 78,1 % - O2 = 20,9 % - Argon = 0,9 % - CO2 = 0,03 % O2-Transport im Blut Bindungskurve: - jeweilige Konz. des gelösten Sauerstoffs bestimmt, wieviel des Hämoglobins als Oxyhämoglobin (HbO2) vorliegt = O2-Sättigung (S O2 = (HbO2) / (Hb)gesamt) - Konz. des gelösten O2 ist proportional dem jeweiligen O2-Partialdruck CO2-Transport im Blut CO2: CO2-Bindung: Transport überwiegend in chemisch gebundener Form, geringfügig physikalisch gelöst - Diffusion des CO2 in benachbarte Kapillare → Hydratisierung zu Kohlensäure und sofortige + Dissoziation in Bikarbonat + Protonen (CO2 + H2O H2CO3 ⇔ HCO3 + H ) - schnellere Hydratisierungsreaktion im Erythrozyten (Enzym: Karboanhydrase) als in — Plasma → unterschiedliche HCO3 Konz. schafft Diffusionsgefälle → Konz.-Ausgleich nur bei Austausch von HCO3- gegen Cl- (Hamburger-Shift oder Chloridverschiebung) - 77% des vom Blut aufgenommenen CO2 werden in Bikarbonat umgesetzt (27% in Erys und 50% in Plasma) - 11% des CO2 werden an freie Aminogruppen des Hämoglobins angelagert → Bildung von . . + Karbamat, Hb NH2 + CO2 ⇔ Hb NHCOO + H Bindungskurve: - Darstellung der CO2-Gesamtaufnahmefähigkeit des Blutes, Angabe des chemischgebundenen und physikalisch-gelösten CO2 in Abhängigkeit vom CO2-Partialdruck - die CO2-Bindungskurve besitzt keine Sättigungscharakteristik - oxygeniertes Blut hat geringeres CO2-Bindungsvermögen als desoxygeniertes (Grund ist stärkere Azidität des Oxyhämoglobins → geringere Dissoziation der Kohlensäure in HCO3+ H+), sog. Christiansen-Douglas-Haldane-Effekt Störungen des Säure-Base -Status Allgemeines: - pH = 7,4 (7,35 bis 7,45), PCO2 = 40mm Hg, BE (Base excess) = 0mmol/l - Acidose: tieferer pH-Wert als normal - Alkalose: höherer pH-Wert als normal - Bestimmung: Meßgrößen sind pH-Wert, Bikarbonat, PCO2, Äquilibriermethode nach Astrup und Siggaard-Andersen Störungen: - Einteilung von Acidosen und Alkalosen nach der Ursache - Hyper- / Hypoventilation: Atmung über / unter Bedarf - Mehr- / Minderventilation: Atmung genau des benötigten Bedarfs respiratorisch: - Ursache ist Störung des Gasaustausches in der Lunge - Azidose: Hypoventilation, Emphysem, Lungenödem, Narkotika - Alkalose: Hyperventilation, Höhe, Angst - Befund: abweichender PCO2 und normales Bikarbonat - Kompensation: Anpassung des PCO2 durch veränderte Atmung nicht-respirator: - (metabolische), Störung des Stoffwechsels - Azidose: Diabetes mellitus, Ausdauersport, Nierenversagen - Alkalose: Erbrechen, Durchfall, Diuretika → Säureverlust - Befund: abweichendes Bikarbonats und normales PCO2 - renale Kompensation: Anpassung des Bikarbonats durch veränderte BikarbonatResorption in der Niere Physiologie - Seite 30 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie Diagnose : Azidose respiratorisch ∅-respiratorisch - www.med-school.de Alkalose respiratorisch ∅-respiratorisch ↓↓ ↓↓ ↑↑ pH: ↑↑ ↓ ↓↓ PCO2: ↓ ↓↓ ↑ BE: Beispiel: pH=7,21 (↓), PCO2=48mm Hg (↑), BE=-11 (↓) respiratorische Azidose (pH noch nicht normal) ↑↑ ↑ ↑↑ → teilkompensatorische klinische Beispiele: respiratorische Alkalose: gesteigerte Atmung bei Höhenaufenthalt → sinkender PCO2 → steigender Quotient 3aus HCO / CO2 → steigender pH-Wert → Niere resorbiert nicht mehr gesamtes Bikarbonat 3zurück und scheidet Bikarbonat teilweise aus → sinkende HCO -Konz. → sinkender 3Quotient aus HCO / CO2 → sinkender pH-Wert nicht-respiratorische Acidose: Anstieg fixer Säuren bei Diabetes mellitus → kompensatorisch gesteigerte 3Atmung → sinkender PCO2 → verändertes Bikarbonat → sinkender Quotient aus HCO / CO2 → sinkender pH-Wert → sekundäre Abnahme des Bikarbonat → steigender Quotient 3aus HCO / CO2 → steigender pH-Wert Pufferung des Blutes: Bedeutung: Puffersalze: Bikarbonat: Phosphat: + - Konzentration der H -Ionen im Blut ist 10.000 mal kleiner als die anderer Ionen - pH-Wert: mögliche Extremwerte: 6,9 bis 7,8 - NaHCO3 / H2CO3, wichtigster Puffer des Blutes, hohe Konz. von 24mmol/l, direktes Zusammenspiel mit CO2-Austausch in der Lunge - pK im Blut = 6,1 (eigentlich ungünstig), Pufferwirkung nimmt mit abnehmenden pH immer mehr zu (Pufferwirkung bei alkalischer Abweichung ist gering) - Na2HPO4 / NaH2PO4, unbedeutender Puffer (2% Anteil), niedrige Konz. von 1mmol/l - pK im Blut = 6,8 (günstig) Eiweiß-Puffer: Plasmaeiweiß: Hämoglobin: großer Bereich an pK-Werten (z.T. weit entfernt von pH = 7,4), Konz. von 6-8/100ml im Blut, geringer Anteil an Gesamtpufferung (3%) + - kein gewöhnlicher Eiweißpuffer, 5-fache H -Aufnahme gegenüber üblicher Eiweißp. - oxygeniertes Hb mit pK = 6,95, desoxygeniertes Hb mit pK = 8,25 + Pufferbasen: Summe aller zur Aufnahme von H -Ionen befähigter Valenzen, Konz. = 48 mmol/l Gewebeatmung Sauerstoffversorgung der Gewebe: O2-Angebot: - O2-Angebot = Durchblutung x arterielle O2-Konz. - O2-Angebot = Q x CaO2 - da arterielle O2-Konz. für alle Organe gleich ist, wird das regionale O2-Angebot durch die spezifische Organ-Durchblutung bestimmt O2-Verbrauch: - O2-Verbrauch = Durchblutung x arteriovenöse O2-Konz.differenz (avDO2 = CaO2 - CVO2) - VO2 = Q x avDO2 - je größer der avDO2-Wert (je kleiner die O2-Konz. im venösen Blut) desto höher der O2Verbrauch, O2-Verbrauch ist abhängig vom Funktionszustand der Zellen O2-Utilisation: - O2-Utilisation = O2-Verbrauch / O2-Angebot, Maß für Versorgungssituation eines Organs - O2-Util. = avDO2 / CaO2 Physiologie - Seite 31 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Regulation des O2-Angebotes und O2-Mangelwirkungen O2-Mangel: - Störungen des Atemgaswechsels in der Lunge oder Störungen des Atemgastransports im Blut führen zu O2-Mangelversorgung - Gewebehypoxie (PO2 << normal), Gewebeanoxie (PO2 = 0) arter. Hypoxie: - auch hypoxische Hypoxie, O2-Partialdruck und O2-Konz. im art. Blut sind vermindert Organe erhalten vermindertes O2-Angebot - Folge der arteriellen O2-Partialdruckabnahme ist eine venöse Hypoxie - Ursachen: schwere Lungenfunktionsstörung, inspiratorischer O2-Mangel (Höhe) → ischämische Hypoxie: bedingt durch Einschränkung der Organdurchblutung → bei normaler art. O2-Konz. wird die O2-Kapazität während der Kapillarpassage stärker ausgeschöpft (avDO2 nimmt zu) → venöse Hypoxie mit O2-Mangelversorgung im venösen Kapillarbereich - Ursachen: Schock, Zunahme des Strömungswiderstandes in Arterien, Arterienverschluß, Störungen der Mikrozirkulation anämische Hypoxie: bedingt durch verminderte O2-Kapazität des Blutes (Konzentrations-Abnahme des funktionsfähigen Hämoglobins) → starker Abfall des O2-Partialdruckes bei Kapillarpassage → venöse Hypoxie - Ursachen: starker Blutverlust, schwere Anämie Physiologie - Seite 32 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Herz Mechanik der Herzaktion Herzaktionsphasen: Systole: - Anspannungsphase: Anstieg des intraventrikulären Drucks führt sofort zu Verschluß der AV-Klappen → weiterer Druckanstieg mit isovolumetrischer Kontraktion - Austreibungsphase: intraventrikulärer Druck übertrifft diastolischen Druck in Aorta bzw. A. pulmonalis → Öffnung der Taschenklappen → Auswurf des Schlagvolumens Diastole: - Entspannungsphase: alle Klappen geschlossen → intraventrikulärer Druck unterschreitet Vorhofdruck → Öffnung der AV-Klappen → Füllung des Ventrikels - Füllungsphase: völlige Füllung der Kammer Herztöne: 1. Herzton: zu Beginn der Systole, dumpf + länger, Schwingungen des Blutes bei Schluß der AV-Klappen, Auskultationsstellen direkt über den Ventrikeln 2. Herzton: zu Beginn der Diastole, hell + kürzer, Zuschlagen der Taschenklappen von Aorta + A. pulmonalis, Auskultationsstellen nicht direkt über dem Herz 3. und 4. Herzton Herzgeräusche: beruhen auf Turbulenzen des Blutstromes, Ursachen (Stenose oder Insuffizienz der Herzklappen, Defekte des Vorhof- + Kammerseptums), wichtig für Diagnostik sind Geräuschcharakter + Zeitpunkt (systolisch oder diastolisch) + Auskultationsstelle Verknüpfung von Erregung und Kontraktion elektro-mechanische Kopplung: Aktivierung des kontraktilen Apparates durch das Aktionspotential - AP breitet sich mit 0,5-1m/sec über das Sarkolemm der Arbeitsmuskulatur aus → gelangt über Einstülpungen der Zellmembran (T-System) ins Faserinnere → Kontakt zu terminalen 2+ Zisternen des sarkoplasmatischen Retikulums (L-System) → Freisetzung von Ca (Anstieg -7 -5 von 10 auf 10 mol/l) 2+ - Ca diffundieren zu Myofilamenten + binden an Troponin → Konformationsänderung des Tropomyosins → Freigabe der Myosinbindungsstellen am Aktin → Querbrückenzyklus 2+ - Beenden der Kontraktion durch Ca -Elimination aus Sarkoplasma (Zurückpumpen in L+ 2+ 2+ System + Transport in EZ-Raum durch 3Na /Ca -Antiporter + Ca -ATPase) Aufgaben AP: 2+ 2+ - Triggereffekt: langsamer transmembranärer Ca -Einstrom und Freisetzung des Ca intrazellulären Depots (Auslösung der Kontraktion) - Auffülleffekt: Wiederauffüllung der intrazellulären Speicher in Erschlaffungsphase aus ionaler Einfluß: Veränderungen der E`lyte-Konzentration im Blutplasma und somit Extrazellularraum können Erregbarkeit beeinflussen - Modifikation des Erregungsablaufs in Schrittmacherzellen und Arbeitsmyokard, Steigerung oder Minderung der Kontraktionskraft + Kaliumwirkung: - Veränderungen der extrazellulären K -Konz. wirken sich auf Membranprozesse aus → + Beeinflussung von Ruhemembranpotential und K -Leitfähigkeit + - Hyperkaliämie: führt zu Depolarisation des Ruhepotentials und Erhöhung der K Leitfähigkeit, mäßige Hyperkaliämie von 5.5-8mmol/l (Steigerung der Erregbarkeit und Erregungsgeschwindigkeit), starke Hyperkaliämie über 8mmol/l (starke Depolarisation der Membran führt zu Abnahme von Erregbarkeit + Leitungs-geschwindigkeit + Kontraktilität, im Extremfall Herzstillstand in Diastole) + - Hypokaliämie: < 4mmol/l führt zu Abnahme der K -Leitfähigkeit → Rhythmusstörungen 2+ Calciumwirkung:- Veränderungen der extrazellulären Ca -Konz. wirken sich auf Kontraktionskraft aus - Hypercalcämie: mäßige Erhöhung (geringe Steigerung der Kontraktionskraft durch verstärkte elektro-mechanische-Kopplung), starke Erhöhung (starke Aktivierung Kontraktion bis zum Herzstillstand in Systole) 2+ - Adrenalin + Noradrenalin sind kontraktionsfördernd (Verstärkung des Ca -Einstrom) 2+ - Herzglykoside (Digitalis, Strophantin) sind kontraktionsfördernd (Erhöhung der Ca Konzentration im Zytosol) Physiologie - Seite 33 - Andreas Werner - www.med-school.de der Physiologie 2+ www.med-school.de 2+ - Hypocalcämie: extrazelluläre Ca -Reduktion und Hemmung des Ca -Einstroms Minderung der Kontraktionskraft (Calcium-Kanal-Blocker) → vegetative Herznerven und Ionenmilieu Parasympathik.: präganglionäre Rami cardiaci aus N. vagus, Anteile (rechter Vagus → rechter Vorhof, Sinusknoten, linker Vagus → AV-Knoten), vorwiegend Hemmung des Sympathikus Sympathikus: Wirkungen: chronotrop: versorgt gleichmäßig alle Herzanteile, präganglionäre Anteile aus oberen Thorakalsegmenten des Rückenmarks → Umschaltung in Grenzstrangganglien → postganglionäre Fasern ziehen als N. cardiaci zum Herzen - negativ: Herzfrequenz-Abnahme durch Reizung des rechten Vagus oder direkte Azetylcholin-Applikation auf Sinusknoten - positiv: HF-Zunahme durch Sympathikus-Reizung oder lokale Einwirkung von Katecholaminen (Adrenalin, Noradrenalin) inotrop: - negativ: Verminderung der Kontraktionsstärke der Vorhofmuskulatur durch Verkürzung der AP-Dauer, Vagusreizung oder lokale Azetylcholin-Gabe - positiv: Steigerung der Kontraktionsstärke des Vorhof- und Kammermyokards durch Sympathikus-Aktivierung und direkte Katecholamin-Gabe, gleichzeitig Erhöhung der Kontraktionsgeschwindigkeit und Beschleunigung der Erschlaffung dromotrop: - negativ: Verzögerung der Erregungsleitung durch Reizung des linken Vagus oder Azetylcholin-Gabe (im Extremfall totaler Herzblock) - positiv: Beschleunigung der Erregungsleitung durch Sympathikus-Reizung oder Katecholamin-Gabe, Zeit zwischen Vorhofsystole und Kammersystole verkürzt sich EKG Allgemeines: - Strecke oder Segment: Abstand zw. 2 Zacken in dem EKG-Kurve auf Nullinie läuft - Intervall: zusammengefaßte Zacken und Strecken - Dauer: zeitliches Korrelat eines Intervalls → Intervall zw. 2 R-Zacken ist Herzperiode EKG-Abschnitte: Vorhofteil: - P-Welle: Erregungsausbreitung in Vorhöfen - PQ-Strecke: gesamte Vorhofmuskulatur ist gleichmäßig erregt → keine Potentialdifferenzen innerhalb des Vorhofmyokards - P-Q-Intervall: Überleitungszeit, Dauer vom Beginn der Vorhoferregung bis zum Beginn der Kammererregung (0.12-0.18 sec) Kammerteil: - Beginn der Q-Zacke bis Ende der U-Welle - QRS-Gruppe: Kammeranfangsschwankung, Erregungsausbreit. in beiden Ventrikeln - ST-Strecke: Nullinien-Verlauf (alle Abschnitte des Ventrikels sind gleichmäßig erregt) - T-Welle: Erregungsrückbildung in Ventrikeln - U-Welle: unklare Bedeutung EKG-Ableitung: bipolare: Extremitäten-Ableitung nach Einthoven, Standardableitung, Registrierung der Potentialveränderungen zwischen 2 Extremitätenelektroden, erfaßt Vektorprojektion auf Frontalebene des Körpers - Ableitung I: rechter Arm – linker Arm - Ableitung II: rechter Arm – linker Fuß - Ableitung III: linker Arm – linker Fuß unipolare: Extremitäten-Ableitung nach Goldberger, Ableitungen liegen in Frontalebene, Elektroden von 2 Extremitäten sind über Widerstände zusammengeschaltet Pathologie: Extrasystolen: - vorzeitige Herzschläge die Grundrhythmus verändern, supra- + ventrikuläre Extras. - bei niederfrequentem Grundrhythmus: eingeschobene Herzschläge ohne Störung des Physiologie - Seite 34 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Grundrhythmus (imponierte Extrasystolen) - bei hochfrequentem Grundrhythmus: auf ventrikuläre ES folgt kompensatorische Pause Vorhofflatternund –flimmern: - Flattern: unkoordinierte Erregungsausbreitung über die Vorhöfe → einzelne Vorhof-bezirke kontrahieren andere erschlaffen - Flimmern: frequente (350-600/min) unregelmäßige Schwankungen der Grundlinie Kammerflattern und –flimmern: - unkoordinierte elektrische Aktivität verhindert hämodynamisch wirksame Füllung und Entleerung der Ventrikel → Kreislaufstillstand - Ursachen: Sauerstoffmangel, Myokardinfarkt, Überdehnung, Unterkühlung, Arzneiüberdosierung, Narkotika, Elektrounfall - EKG: Flattern (frequente Wellen von hoher Amplitude), Flimmern (unregelmäßige in Frequenz + Form + Amplitude rasch wechselnde Potentialschwankungen) Anpassung der Herzaktion: Herzzeitvolumen: Ruhe: Schlagvolumen = 70ml x Schlagfrequenz = 70/min → 5 l/min Herzzeitvolumen - Belastung: bis 2fache Zunahme des Schlagvolumens x bis 2,5fache der HF → 25 l/min max. Herzzeitvolumen - Beeinflussung überwiegend durch Herznerven intrakardiale Anpassung: Anpassung an wechselnde Volumen- + Druckbelastung über muskuläre Eigensch. - akute Volumenbelastung: vermehrte enddiastolische Füllung (Vorlast des Ventrikels) → weiter gedehnte Herzmuskelfasern sind zu größerer Verkürzung fähig → Zunahme des Schlagvolumens (Frank-Straub-Starling-Mechanismus), Anpassung beim insuffizienten dilatierten Herz - akute Druckbelastung: Zunahme des Aorten/Pulmonalisdrucks → zunächst reduzierter Auswurf des Schlagvolumens → Zunahme des Restvolumens und größere diastolische Füllung bei nächster Aktion → gedehnte Myokardfasern kontrahieren kräftiger → Auswurf mit größerem Druck extrakardiale Anpassung: Anpassung an körperliche Belastung durch Aktivierung des Sympathikus - positiv inotrope Wirkung (Linksverlagerung und Versteilerung der Kurve der Unterstützungsmaxima im Druck-Volumen-Diagramm), bei gleicher enddiastolischer Füllung wird größeres Schlagvolumen ausgeworfen (stärkere Ausschöpfung des Rest-volumens), Herz zieht sich in Systole stärker und schneller zusammen - Kontraktilitätssteigerung unter Sympathikus-Einfluss ohne Vergrößerung der end2+ diastolischen Füllung ist Folge verstärkten Ca -Einstroms in Fasern → verstärkte AktinMyosin-Interaktion Herzfrequenz: - Steigerung der HF durch Zunahme des Sympathikus-Tonus + Abnahme des Vagus-Tonus, Frequenzsteigerung führt zu veränderten Verhältnis Systole : Diastolendauer (Diastolenzeit wird stärker verkürzt als Systolenzeit → geringere Ventrikelfüllungszeit) - HF = 70/min → Verhältnis 1:2 (Anspannung 60ms, Austreibung 210ms, Entspannung 60ms, Füllung 500ms) - HF = 90/min → Verhältnis 1:1 - HF = 150/min → Verhältnis 5:3 lange Belastung: strukturelle Anpassungen, Hypertrophie (Dicken- und Längenzunahme der einzelnen Muskelfaser) mit gleichzeitiger Dilatation der Hohlräume - Sportlerherz: Zunahme des Herzgewichts 300→500g, Rückbildung der Hypertrophie innerhalb weniger Monate nach Trainingsende Physiologie - Seite 35 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Energetik der Herzaktion Herzarbeit und Herzleistung: Koronardurchblutung: Versorgung des Herzens über 2 Koronararterien - linke Koronararterie: 80% des Blutes, versorgt linken Ventrikel + schmalen Vorderwandanteil des rechten Ventrikels + große Teile des Septums - rechte Koronararterie: rechter Ventrikel + kleinen Hinterwandanteil des linken Ventrikels - Durchblutung in Ruhe: 0,8-0,9 ml/g/min, 250ml Blut pro min strömen durch das Herz = 5% des Herzzeitvolumens, bis 4,5fache bei schwerer Belastung Energiegewinn: wichtigste Substrate sind freie Fettsäuren + Laktat + Glucose Physiologie - Seite 36 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de Blutkreislauf arterielles Gefäßsystem Pulswellen: Blutdruck: Messung: vom Herz ausgeworfenes Schlagvolumen führt zu Volumenzunahme und lokalem Druckanstieg in Aorta durch elastische Erweiterung des Gefäßabschnittes → gespeich-ertes Blut wird bei nächster Aktion weitergeleitet . - deutliche Abhängigkeit von Alter + Geschlecht, Psyst = 0,9 (100+Lebensalter) mm Hg - direkt, indirekt: Riva-Rocci venöses System Allgemeines: - enthält 85% des Blutvolumens, 200mal größere Compliance als arterielles System, umfaßt alle Körpervenen + rechtes Herz + Lungengefäße + linker Vorhof + linker Ventrikel während Diastole, Blutdruck kleiner als 20mm Hg - Volumenänderungen wirken sich vorwiegend auf Niederdrucksystem aus (1l Blutverlust = 5ml im arteriellen und –995ml im venösen System) Venenpuls: Druck- und Durchmesserschwankungen im rechten Vorhof werden als Pulswellen entgegen der Blutströmungsrichtung in herznahe Venen übertragen venöser Rückstrom: Muskelpumpe: - wichtig bei Rückstrom aus Beinvenen, kleine und mittlere Venen besitzen in regelmäßigen Abständen Venenklappen → Muskelkontraktion + –erschlaffung = Bluttransport herzwärts - ruhiges Stehen führt zu Venen-Auffüllung + Auseinanderweichen d. Venenklappen → Druck-Anstieg + verstärkte Filtration → gehäufte Ödembildung in unteren Extremit. Atmungspumpe: Ventilebenenmechanismus: Mikrozirkulation Kapillaren: - Aufbau aus 1 Endothelschicht und Basalmembran, Unterscheidung in arterielle und venöse Kapillaren, präkapillare Sphinkter in manchen Geweben (Drosselung) - 4-8µm Durchmesser, 0,5-1mm Länge, mittlere Substanzverweildauer=0,5-5sec, Gesamtzahl = 30-40 Mrd. (in Ruhe = 8-10 Mrd.), Gesamtquerschnitt = 0,2-0,4m² (800fache der Aorta ascendens) Lymphe: - Aufgaben: Flüssigkeitstransport, Rückführung von Eiweiß u.a. aus interst. Raum in Blut - Aufnahme und Transport: Organdurchblutung lokal-chemische und hormonale Regulation: metabolische Vasodilatation: - bei starker Stoffwechseltätigkeit eines Organs fallen vermehrt Stoffwechselend-produkte an → Zunahme der Organdurchblutung - bei lokalem Anstieg des PCO2 + Protonenkonz., Abnahme des PO2, Erhöhung von ADP + + AMP + Adenosin + K , Steigerung der Osmolarität Hormone: - Bildung der Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin im Nebennierenmark → differenzierte Abgabe ins Blut zur Anpassung an jeweilige Kreislaufsituation → Beeinflussung des Kontraktionszustandes der Wandmuskulatur (Hormonabgabe: 80% Adrenalin + 20% Noradrenalin, bei Blutdruckabfall steigende NA-Sekretion) - Noradrenalin: wirkt vasokonstriktorisch, reagiert mit α1-Rezeptoren - Adrenalin: wirkt vasokonstriktorisch + -dilatorisch, reagiert mit α1- und β2-Rezeptoren, untersch. Effekte in verschiedenen Gefäßabschnitten (inhomogene Verteilung der Rezeptoren), da β2-Rezeptoren geringere Aktivierungsschwellen haben wirken geringe Konz. dilatierend (hohe i.v. -Dosen wirken konstriktorisch → Blutdruckanstieg) Physiologie - Seite 37 - Andreas Werner - www.med-school.de Physiologie www.med-school.de vasoaktive Gewebehormone: Histamin, Serotonin, Kallinin, Bradykinin, Metabolite der Arachidonsäure (Thromboxan, Prostaglandin) - Wirkung je nach Rezeptorverteilung in verschiedenen Gefäßgebieten unterschiedlich endothelvermittelte Durchblutungsregulation: Stickstoffmonoxid: NO, zentrale Rolle in lokaler Durchblutungsregulation - Gas diffundiert zur glatten Gefäßmuskulatur und hat erschlaffende Wirkung - NO-Freisetzung-fördernde Faktoren: erhöhte Wandschubspannung des strömenden Blutes, Gefäpulsation, Abnahme des PO2 Durchblutung spezieller Organe: Größen: absol. ml/min Gehirn: 780 Myokard: 250 Nieren: 1200 Muskulatur 900 Haut: 400 Leber: 1500 rel. (HZV) % 15 5 23 17 8 28 auf Gewicht ml/g/min 0,56 0,83 4,0 0,03 0,1 1,0 Organgewicht 1,4 kg 0,3 kg 0,3 kg 30 kg 4 kg 1,5 kg Regulation des Gesamtkreislaufs kurzfristige RR-Regulation: reagieren auf veränderte Kreislaufanforderungen innerhalb von Sekunden → verlieren bei dauernder Beanspruchung innerhalb von Tagen ihre Wirkung - Pressorezeptor-Reflexe, Dehnungsrezeptor-Reflexe, chemo- und unspezifische Regulation mittelfristige RR-Regulation: setzt nach einigen Minuten ein, erreicht erst nach gewisser Zeit volle Wirksamkeit - Renin / Angiotensin-System, transkapilläre Flüssigkeits-verschiebungen langfristige RR-Regulation: Anpassung des Blutvolumens, z.B. Flüssigkeitsausscheidung über die Nieren - renales Volumenregelsystem, Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, Adiuretin, natriuretische Peptide Pathologie Veränderungen des arteriellen Blutdrucks: Hypertonie: - obere Normgrenze: 160 / 95, - essentielle Hypertonie (90% aller Fälle), sekundäre Hypertonie (10% aller Fälle, Symptom einer anderen Erkrankung) Hypotonie: Schock: - systolischer RR unter 100 - Verminderung des Herzzeitvolumens durch verminderten venösen Rückstrom - essentielle und sekundäre Hypotonie akute Minderdurchblutung lebenswichtiger Organe → unzureichende O2-Versorgung → Gewebsazidose mit pH-Abfall → Organfunktionsstörungen Schockformen: - Volumenmangelschock: Verminderung venöser Rückstrom (Blut- + Plasmaverlust) - kardiogener: Verminderung kardialen Leistung (Herzerkr., Lungenstrom-Verlegung) - septischer: periphere Vasodilatation mit Verminderung ven. Rückstroms (bakteriell) - anaphylaktischer: periphere Vasodilatation mit Verminderung des venösen Rückstroms (anaphylaktische Reaktionen) - neurogener: Tonusverlust Widerstands- + Kapazitätsgefäße (ZNS-Erkrankung) Schockverlauf: - großer Blutverlust → Reduktion des Herzzeitvolumens → Blutdruckabfall → reflektorische Aktivierung des Sympathikus → Steigerung der Herzfrequenz und periphere Vasokonstriktion (Zentralisation zugunsten lebenswichtiger Organe) - weiterer Blutverlust oder längere Schockdauer → Abnahme der Sympathikusaktivität durch zerebralen O2-Mangel → Überwiegen des Parasympathikus → Aufhebung der Arteriolenkonstriktion durch Anfall gefäßdilatierender Substanzen bei gleichzeitig erhaltener Venolenkonstriktion → Blutansammlung in Kapillaren → Verminderung des venösen Rückstroms und weiterer RR-Abfall (Dezentralisation) → Gewebsnekrosen → Multiorgan-Versagen Physiologie - Seite 38 - Andreas Werner - www.med-school.de
