Physiologie I - Universität Würzburg
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Julius-Maximilians-Universität Würzburg Philosophische Fakultät III Psychologie Physiologie I Skript auf Grundlage der Vorlesung WS 2001/02 von Prof. Dr. Heppelmann von Valentin Fließ [email protected] 1 1. Genetik 1.1. Einleitung • • Genetik ist die Lehre von der Weitergabe von Merkmalen an Nachkommen. Vielfältige Merkmale werden über Zygote weitergegeben. Diese enthält Baupläne, die Zusammen mit Materie, Energie und Informationen aus der Umwelt die Merkmale des Individuums herausbilden. 1.2. Begriffbestimmung • • • • • • Allele = Ausprägungsform eines Gens (z.B. Augenfarbe, von Vater und Mutter weitergegeben) homozygot / heretozygot = gleiche / unterschiedliche Ausprägung eines Merkmals bei einem Nachkommen Phänotyp = äußerliches Aussehen rezessiv = Geninformation wird durch dominantes Gen unterdrückt intermediär = vermischte Geninformation Gameten = Geschlechtsspezifische Zellen 1.3. Regeln der Vererbung • Uniformitätsregel (erste Mendel'sche Regel): Bei Kreuzung von zwei homozygoten Linien, die sich in mind. einem Allelenpaar unterscheiden, ist die F1-Generation uniform. TT tt homozygot t T Gameten Tt • Tt Tt Abspaltungsregel (Segregation, zweite Mendel'sche Regel): Kreuzt man die uniformen Hybriden (Mischung zweier Geninformationen), teilen sich die Merkmale in der Enkelgeneration statistische im Verhältnis 1 : 2 : 1 auf. Tt T TT • F1 Hybride Tt t Tt F1 Hybride t T Tt Gameten tt F2 Unabhängigkeitsregel (dritte Mendel'sche Regel): Einzelne Merkmale sind frei kombinierbar, sie werden unabhängig voneinander vererbt und bei der Keimzellenbildung neu kombiniert. Elterngeneration AABB aabb Gameten AB ab F1 Hybrid AaBb F2-Generation Gameten AB Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb Die F2-Generation weist eine Rekombination im Verhältnis 9 : 3 : 3 : 1 vor. 1.4. Die DNA 2 • • • Biopolymere: Zusammenlagerungen verschiedener Elemente (z.B. Nukleinsäuren) Bestandteile einer Zelle: * Polysaccaride (bildet z.B. Zucker, Stärke, Zellulose) * Proteine (z.B. als Biokatalysatoren, Gerüstsubstanz, Rezeptoren; werden aus 20 Aminosäuren zusammengebaut, aber nicht alle Kombinationen kommen vor; Ketten unter 100 Aminosäuren heißen Peptide) * Nukleinsäuren (Baupläne für Proteine; lange Ketten von Nukleotiden; zwei Formen kommen in der Zelle vor: DNA und RNA) Aufbau der DNA (Desoxyribonukleinsäure): Desoxyribose Base Base Desoxyribose Phospat Phospat Desoxyribose Base Base Desoxyribose Phospat Phospat Desoxyribose Base Base Desoxyribose usw... Folgende Basen kommen in der DNA vor: Guanin, Cytosin, Thymin, Adenin • • • Die RNA: Ist wie DNA aufgebaut, allerdings nur einsträngig. Des weiteren wurde Thymin durch Uracin ersetzt. Und statt der Desoxyribose liegt nur eine einfache Ribose vor. In der DNA ist das gesamte Erbgut verschlüsselt. Drei Basen werden zu einem Triplett (Kondon) zusammengefaßt und bilden eine Aminosäure. Theoretisch gibt es 64 mögliche, in der Natur werden aber nur 21 Aminosäuren gebildet (man spricht daher von einem degenerierten Code). Die Triplett sind universell und kommen bei allen Lebensformen vor. Hierarchie: Base (G, C, T, A) • Kondon (3 Basen) Gen (Mehrere Kondone) DNA (Kette aus 4400 Genen) Chromosom (Eiweiß + DNA) Zellkern (23 Chromosomenpaare mit je 100000 Genen) Zellteilung: Bei der Zellteilung wird das ganze Gen-Material verdoppelt, damit jede Zelle anschließen über das gesamte Erbgut verfügt. Der Doppelstrang wird durch ein Enzym geteilt und durch ein weiteres Enzym werden beide entstandenen Einzelstränge wieder zu Doppelsträngen aufgefüllt. Hierfür wird zunächst eine Transkription im Zellkern vorgenommen, das Erbgut wird hierbei in einer mRNA (Messenger-RNA) und eine tRNA (Transport-RNA) codiert. Diese Informationen werden dann im Ribosom in Eiweiße umgewandelt, die dann die entsprechende Zellstruktur und Enzyme bilden. Dieser Prozeß wird Translation genannt. Kommt es bei der Zellteilung zu einem Fehler, hat dies eine Mutation zur Folge. 1.5. Arten der Mutation • • • • Gen-, Punktmutation: Der Fehler beschränkt sich auf eine einzelne Base. Hierfür gibt es drei Möglichkeiten: * Eine Base wird ausgetauscht (das Kondon ändert sich und damit die gebildete Aminosäure). * Eine Base wird ausgelassen (alle folgenden Kondone werden verändert). * Eine Base wird hinzugefügt ( alle folgenden Kondone werden verändert). Chromosomenmutation: Der Fehler betrifft ein ganze Abschnitte (mehrere Kondons), die wegfallen, verdoppelt werden, verschoben werden, falsch eingefügt oder ähnliches. Genmutation: Der Fehler betrifft ein ganzes Chromosom, das verloren geht, vervielfacht wird doer ähnliches. Beispiele für Genmutationen und die davon ausgelösten Krankheiten: * Katzenschrei-Syndrom (Chromosom 4 oder 5 zu klein) * Down-Syndrom (Chromosom 21 liegt nicht nur doppelt, sondern dreifach vor) * Turner-Syndrom (X-Chromosom liegt nur einfach vor) Störungen bei dominater bzw. rezessiver Vererbung: Nur eine genetische Information löst die Störung aus. Bei einer dominanten Vererbung hat der Nachkomme eine 50%-Chance der Erkrankung (z.B. Huntington-Krankheit). Wir das auslösende Gen rezessiv vererbt, sinkt die Chance der Erkrankung aus 25% (z.B. Phenylketonurie) 1.6. Verhaltensgenetik 3 • • Ein Verhalten, ein Talent oder eine Eigenschaft wird durch eine Interaktion der Gene repräsentiert. Eine Vererbung ist also nicht zwingend, da es sein kann, das nicht alle interagierenden Gene gleichermaßen vererbt werden. Bei der Entwicklung eines Verhaltens, eines Talent oder einer Eigenschaft gibt es einen von Fall zu Fall unterschiedlichen und bisweilen sehr großen Umwelteinfluß. Wie groß dieser ist läßt sich mit Zwillingsund Adoptionstudien herausfinden. 2. Die Zelle 2.1. Bestandteile einer Zelle • • • • Der Grundbaustein des menschlichen Körpers ist die Zelle. Er ist - bis auf wenige Ausnahmen - komplett aus ihnen aufgebaut. Insgesamt besteht der Körper aus 75 Milliarden Zellen. Zur Aufrechterhaltung Ihrer Funktion und zur Energiegewinnung benötigt fast jede Zelle Nährstoffe und Sauerstoff. Jede Zelle enthält folgende funktionelle Bestandteile: * Zellkern mit Nucleus * Endoplasmatisches Retikulum * Zellmembran * Mitochondrien * Mirkotubuli * Golgi-Apparat * Sekretgranula * Desmosomen * Lysosomen Eine Zelle besteht zu 70% aus Wasser, der Rest ist Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und Nukleotide, sowie Ionen. Zucker: Die einfachen Zucker (Mono-, Di- und Oligosaccaride) sind der wichtigste Energielieferant der Zelle. Am häufigsten in Form von Glukose. Mit folgender Formel gewinnt die Zelle Energie: C6H12O6 (Glukose) + 6 02 = 6 CO2 + 6 H20 + Energie; • • • • Die freigesetzte Energie wird unter anderem dazu verwendet den universellen Treibstoff der Zelle ATP (Adenosintriphosphat) zu synthetisieren. Die Polysaccaride dienen als Energiespeicher (in Form von Glukogen oder Stärke) und als Stützsubstanz (Zellulose). Fettsäuren: Fettsäuren besitzen ein wasserlösliches (hydrophil) und ein wasserunlösliches Ende (hydrophob). Binden sich drei Moleküle Fettsäure an ein Molekül Glyzerin, ergibt die das als Energiespeicher dienende Körperfett. Verbinden sich hingegen zwei Moleküle Fettsäure mit einem Glyzerin und einem Phosphat, ergibt das ein Phosphorlipid. Diese sind aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften ideal für die Bildung von Zellmembranen aller Art. Aminosäuren: Die 20 verschiedenen Aminosäuren sind die Bausteine der Einweiße. Man unterscheidet Oligopeptide (> 10 Aminosäuren), Polypeptide (10 - 100 Aminosäuren), sowie Proteine (mehrere Polypepdtide). Der Mensch braucht 8 essentielle Aminosäuren (Aufnahme vor allem über Fleisch). Die Proteine, dienen als Biokatalysatoren, als Gerüstsubstanz im Binde- und Stützgewebe, als Strukturbestandteile oder Rezeptoren in Membranen, sowie als Hormone. Nukleotide: Die Nukleotide dienen in Ketten zu Nukleinsäuren zusammengefasst (DNA, RNA) der Übermittlung biologischer (Erb-)infomationen. Als ATP stellen sie bei Bedarf Energie bereit. Das ATP wir dazu in ADP umgewandelt. Hierbei wird eine der energiereichen Verbindungen zu einem Phosphor-Molekül gelöst und Energie wird freigesetzt. ATP wird für den Transport von Stoffen durch die Zellmembran, bei der Synthese von Eiweiß und anderen Zellbausteinen, sowie für mechanische und geistige Arbeiten benötigt. Ionen: Ionen sind unerläßlich um das Membranpotential zu erhalten. Sie werden auch für die Bildung von Enzymen (Biokatalysatoren zur Beschleunigung chemischer Reaktionen in Körperzellen) benötigt. Es gibt z.B. Ca2+-, Na+- oder K+-Ionen. 2.2. Die Zellmembran • Aufgaben: 4 • • • • • • * Abgrenzung des Zellinneren (Zytoplasma) zum extrazelluläreren Raum (Proteine sorgen für Festigkeit) * Träger verschiedener Enzyme für den Stoffwechsel * Träger für Rezeptoren (Proteine auf der Außenseite) * Träger für Transportproteine für Zucker * Träger für Ionenkanäle Bestandteile: Phosphorlipide, Proteine, Cholesterin Dicke: bis zu 5 nm Passiver Transport: * Direkter Transport nach Diffusion: Durch Diffusion werden Gase, Fetttsäuren und Alkohol in der Zelle oder durch die Membran bewegt. Somit wird ein Konzentrationsausgleich erreicht. Die Diffusion ist eine der wichtigsten Austauschprozesse über kleine Entfernungen. Durch eine semipermeablen Membran kommen größere Moleküle wie NaCl nicht mehr hindurch. Da aber das Wasser auf die Seite mit der höheren NaCl-Konzentration gehen wird, entsteht osmotischer Druck. * Träger-(Carrier-)Moleküle Moleküle, die den Transport erleichtern, in dem sie Stoffe binden und in die Zelle schleusen * Poren, Kanäle: Kanäle (globuläre Proteine) sind geladen und ziehen damit Ionen an und schleusen sie durch sich hindurch. Für verschiedene Ionen gibt es spezielle Kanäle. Energieverbrauchender Transportmoleküle: * Natrium-Kalium-Adepease: Eine Zelle ist bemüht innerhalb eine hohe Na +- und außerhalb eine hohe K +-Konzentration zu erreichen, da dies deren Festigkeit gewährleistet und andere Transporte unterstützt. Hierfür bindet die Zelle 2 K+ außerhalb und 3 Na + innerhalb an ein Protein, das sich darauf hin dreht. Die erwünschte Ionenverteilung wird erreicht, allerdings benötigt dieser Vorgang (bis zu 70% der von der Zelle verbrauchten) Energie, da er entgegen dem Konzentrationsausgleich stattfindet. Der Vorgang ist abhängig von Temperatur, Giften (können Vorgang hemmen) und Sättigungsprozessen (nicht beliebig viele Transporte gleichzeitig möglich). * Glukose-Natrium-Symport: In der Zellmembran gibt es Kanäle, die Na+ nur dann durchlassen, wenn Glukose mitgeführt wird. * Calcium-Natrium-Antiport: Bei manchen Kanälen gelangen nur dann 3 Na+ hinein, wenn gleichzeitig 1 Ca + hinaus gelangt. * Endozytose / Exozytose: Eine Transportart besonders für große Moleküle. Bei der Endozytose (Transport von außen nach innen), stülpt sich die Membran ein und schließt dabei die transportierenden Stoffe ein. Ein Vesikel bildet sich, das durch die Membran wandert und die Stoffe auf der anderen Seite wieder frei gibt. Die Exozytose funktioniert entsprechend (z.B. Transport von Pepsin, Salzsäure). Die abschnitteweise Erneuerung der Zellmebran folgt dem selben Mechanismus. Transport innerhalb der Zelle Die Hälfte des Zellvolumens besteht aus Organellen, die von Membranen umschlossen werden. Der Austausch von Stoffen funktioniert hier genauso wie bei der Zellmembran. Folgende TransportMöglichkeiten bestehen innerhalb der Zelle: * Diffusion (wichtigster Transportprozeß im Zytoplasma) * Transport durch Vesikel (im endoplasmatischen Retikulum gebildet und im Golgi-Apparat aufbereitet) * axonaler Transport (die Zelle wird von einem Zytoskelett durchzogen, dessen Hauptanteil aus Mikrotubuli besteht. Diese dienen als Förderband für zu transportierende Stoffe. Je nach große des transportierten Stoffes schafft der Transport zwischen wenigen mm und 40 cm pro Tag. Dies ist vor allem bei Nervenfasern oder Axonen mit bis zu 1 m langen Zellausläufern von Bedeutung. Transport von Informationen Nicht nur Stoffe, auch Informationen werden transportiert. Die verschiedenen Zellfunktionen werden durch Botenstoffe (messengers) gesteuert. Hierbei aktivieren die äußeren Signale über G-Proteine intrazelluläre Botenstoffe (second messenger), wie Calcium, cAMP (cyklisces Adenosin-Mono-Phosohat) und IP3 (Ionsitol-Tri-Phosphat). 5 cAMP-Reaktionskette Hormon G-Protein AC (Adenylatzylase) GTP GDP + Phosphor ATP cAMP 2.3. Spezialisierung von Zellen, Zellverbindungen Um so größere Zellverbände sich im Laufe der Evolution herausbildeten, um so mehr war es einzelnen Zellen Möglich sich zu spezialisieren. Spezialisierte Zelltypen verbanden sich zu Geweben, diese wiederum zu Organen. In diesen befinden sich zusätzlich Adern zur Versorgung und Nervenzellen zum Austausch von Informtionen. Die einzelnen Zellen sind mittels Desmosomen (Verankerung von Zellen mittel knopfförmiger Kontakte, Zugelastungen werden über Kreatinfasern ausgeglichen), tight junctions (Verschmelzung der Membranwände) und gap junctions / Nexus (häufigste Zellverbindung, Wände sind eng verbunden, durch Spalte ist Austausch wasserlöslicher Moleküle moglich)verbunden. 2.4. Gliazellen • • • • • Gliazellen bilden das Gewebe rund um jede Nervenzelle. Im Gegensatz zu Nervenzellen können sie sich teilen und auch vernarben. Tumore im Nervensystem (z.B. Gehirntumore) bestehen aus wuchernden Glia-Zellen. Die Glia-Zellen ummanteln die Nervenzellen und bilden damit die Blut-Hirn-Schranke. Zur Versorgung benötigen die Gliazellen Sauerstoff und Glukose. Wird die Versorgung unterbrochen, so treten nach 4 sec Funktionsstörungen auf, nach 8 - 12 sec kommt es zur Bewußtlosigkeit und nach 8 - 12 min zu einer Degeneration und irreparablen Schäden. Es gibt im menschlichen Organismus 50x mehr Glia- als Nervenzellen. Funktionen: * Stützfunktion im ZNS * Elektrische Isolierung der Nervenzellen * Abbau von Zellresten * Regulation der K+-Konzentration * Abbau von Transmittern und Neuropeptiden * Bildung der Blut-Hirn-Schranke * Ernähungsfunktion der Nervenzellen Arten von Gliazellen: * Mircoglia: entsprechen Makrophagen (Abbau von Zellresten) * Macroglia: Astrozyten (lange Fortsätze; hauptsächlich Blut-Hirnschranke; größter Anteil der Glia-Zellen) Oligodendrozyten (kurze Fortsätze; Isolierfunktion) * Schwammzellen: Isolierung im PNS (einfache Umschließung oder Myelinisierung) 2.4. Nervenzellen • • • Der Aufbau einer Nervenzellen ist gleich dem jeder anderen Zelle. Allerdings ist sie weit auslaufend verzweigt und bildet starken Kontakt zu anderen Zellen. Aufbau: * Zellkörper (=Soma, 5 - 100 µm) * Dendriten (Ausläufer zur Aufnahme von Informationen, „Empfangsantennen“) * Axonen (=Neuriten, Weiterleitung von Informationen / Befehlen an andere Zellen über Synapsen) Klassifikation: * nach Morphologie der Nervenzelle (Größe, Länge, Leitungsgeschwindigkeit) * nach biochemischem Inventar (Antikörper-Analyse, Antigen-Reaktion; geringe Korrelation zwischen Funktion und biochemischen Inventar einer Nervenzelle) * nach Funktion (Feststellung einer Durchtrennung / Verletzung, intra- extrazelluläre Ableitung) 2.5. Zusammenarbeit von PNS und ZNS 6 Informationen von PNS ZNS Afferenz Informationen von ZNS PNS Efferenz viszerale Haut, Skelettmuskulatur, Gelenke somatische Eingeweide sensorische Sinnesorgane vegetative Glatte Muskulatur, Drüsen, Herzmuskel motorische Skelettmuskulatur 2.6. Das PNS • • • • Periphere Nervenzellen (also Nervenzellen außerhalb des ZNS) sind in Schwammzellen eingewickelt und somit isoliert. Die Schwammzellen wickeln sich sehr fest um die Nervenzellen, so das sich in der Isolationsschicht nur wenig Zytoplasma befindet. Die Schwammzellen werden auch Myelin genannt, die Nervenzellen sind also myelinisiert. Mehrere Nervenzellen können sich zu Remarkzellen verbinden. Nervenfasern: Axone mit Schwammzell-Hüllen nennt man Nervenfasern, Nerven sind Bündel von Nervenfasers Klassifikation von Nervenfasern nach Größe: * Afferenzen Faserty myelinisiert p Gruppe Ø enden VLeitung Funktion, z.B. Korrelat I 12 - 20 µm in Muskelspindel (korpuskulär) Aα + 70 - 120 m/s Primäre Muskelspindelund Sehnenorganafferenzen Längendehnung, Spannung II 5 − 15 µm in Muskelspindel (korpuskulär) Aβ + 25 - 70 m/s Mechanorezeptoren der Haut Berührung, Druck, Vibration III 1 − 7 µm nicht korpuskulär Aδ + Tiefe Drucksensibilität des Muskels, 10 - 25 m/s Hautafferenz für Temperatur, Nozizeption Druck, Kälte, Noxe IV 0,1 − 2 µ m nicht korpuskulär C - 0,5 - 2,5 m/s Marklose nozizeptive Fasern Noxe * Efferenzen Fasertyp mittlerer Ø VLeitung Funktion, z.B. Korrelat Aγ 5 µm 15 - 30 m/s Motoaxone zu Muskelspindeln Innervierung der Muskeln, Bewegung Β 3 µm 3 - 15 m/s Sympathisch präganglionäre Fasern - 2.4. Das Membranpotential • • • • • Entstehung: Im Körper sind Ionen unterschiedlich verteilt, so dass es durch die Konzentrationsunterschiede auch zu Ladungsunterschieden kommt. Daraus resultiert das Membranpotential einer jeden Zelle. Dieses ist immer negativ und in einem Bereich zwischen -55 mV und -100 mV. Funktion der Membran: Die Zellmembran (~ 6 nm dick) liegt als Isolator zwischen positiven und negativem Bereich. In einer Zelle sind nur wenige Ionen nötig, um ein Potential zu erzeugen. Ruhepotential: Das Ruhepotential, also ohne Erregung, ist in erster Linie ein K+-Diffusionspotential, das nahe am K +Gleichgewichtspotential liegt, da K+ der gewichtigste Erzeuger diese Potentials ist. Das Ruhepotential kann kurzfristigen Veränderungen unterliegen (bei Skelettmuskulatur bis 1 ms, beim Herzen bis 200 ms). K+-Ionenkonzentration: 155 mmol/l (intrazellulär) und 4 mmol/l (extrazellulär) Na+-Einstrom: Da die Zellmembran in Ruhe ein wenig durchlässig ist, kommt es zu einem andauernden, wenn auch geringen passiven Einstrom von Na+. Damit das Ruhepotential aufrecht erhalten werden kann und die Zellfunktionen nicht zum Erliegen kommen, ist ein steter aktiver Transport von Na + aus der Zelle und K+ in die Zelle nötig. In Ruhe sind die passiven und aktiven Ionenströme durch die Membran in einem dynamischen Gleichgewicht. 2.5. Das Aktionspotential einer Nervenzelle 7 • • Entstehung: Wird eine Nervenzelle gereizt kommt es zu einem Aktionspotential. Es wird eine Depolarisation durch den plötzlichen und kurzzeitigen Einstrom von Na+ in die Zelle verursacht. Eine Repolarisation kommt durch den Ausstrom von K+ zustande. Kennlinie: mW Überschuß 0 mW - 50 mW Schwelle - 100 mW 1 Depolarisation • • • • • • 2 3 Repolarisation Hyperpolarisation 4 ms Depolarisation Wir eine Zelle depolarisiert, kommt es aber ca. -60 mV zu einem Aktionspotential. Das Aktionspotential wird nur als An/Aus-Information vermittelt, die Stärke des einzelnen Aktionspotentials ist unerheblich. Kodierung eines Aktionspotentials im ZNS: Die Stärke eines Reizes wird nicht durch die Höhe des Aktionspotentials repräsentiert, sondern durch die Frequenz seines Auftretens. Im ZNS kann diese Frequenz bis zu 500 Hz haben, im PNS nur bis 10 Hz. Refraktärphase: Nach einer Erregung ist eine Nervenzelle für etwa 2 ms nicht wieder erregbar. Diesen Zeitraum nennt man absolute Refraktärphase. Danach kann eine Nervenzelle eine Zeit lang zwar wieder erregt werden, die ausgelösten Aktionspotentiale haben aber eine verkleinerte Amplitude. Diese Phase nennt man relative Refraktärphase. Erst nach mehreren ms ist die Nervenzelle wieder voll erregbar. Mit einer Patch Clamp kann das Öffnen und Schließen einzelner Kanäle einer Nervenzelle direkt beobachtet werden. Mögliche Zustände eines Na+-Kanals: * geschlossen und aktivierbar * offen und aktivierbar * geschlossen und nicht aktivierbar (nur durch Repolarisation wieder aktivierbar) Aktionspotentialschwelle: Die Schwelle ist abhängig von der Ca +-Konzentration im Körper. Bei niedriger Konzentration sinkt die Schwelle, bei hoher steigt sie. 2.7. Weiterleitung von Aktionpotentialen • • • • Das Signal einer Nervenzelle wird über das Axon zu einer anderen Nervenzelle im Rückenmark weitergeleitet. Innerhalb des Axons wird das Signal mittels Stromschleifen, also mittels einer temporären Umpolung der Ladungen im Axon, weitergeleitet. Die Geschwindigkeit hängt hierbei vom Durchmesser des Axons ab, sowie davon, ob die Nervenfaser myelinisiert ist, oder nicht. Lokalanästhetika blockieren den Natriumkanal und verhinden damit die Entstehung und Fortleitung von Aktionspotentialen. Elektroneurographie (ENG): Bei diesem Verfahren wird das Massenpotential eines Teiles einer Nervenfaser abgeleitet. Reizt man nun eine Stelle vor der Nervenfaser, kann man die ungefähre Leitungsgeschwindigkeit herausfinden. Dieses Verfahren ist außerdem hilfreich, um Störungen oder pathologische Veränderungen im Axon aufzuspüren. Eletromyographie (EMG; die Meßelektroden werden in den Muskel gestochen), und Elektrokardiogramm (EKG) sind weitere Meßmethoden. Synapsen: Am Ende jeder Nervenzelle befindet sich eine Synapse. Diese leitet das Signal entweder an eine nachfolgende Nervenzelle oder an einer Muskelzelle (motorische Endplatte). Eine chemische Synapse ist wie folgt aufgebaut: Wird ein Aktionspotential an die Synapse weitergeleitet, öffnet diese einen Ca2+-Kanal. Durch das 8 synaptischer Spalt Mythrochondien (zur Energieversorgung) Muskelzelle Vesikel TT T Rezeptoren einströmende Ca2+ geben die Vesikel Transmitter in den synaptischen Spalt ab. Der Transmitter wird von Rezeptoren der Muskelzelle bemerkt, woraufhin diese einen Na+-Kanal öffnet. Das einströmende Na+ ergibt wiederum ein Aktionspotential in der Muskelzelle. Der Transmitter im synaptischen Kanal wird durch Spaltung abgebaut (Wirkzeit 1 - 2 ms) und danach von der Synapse wieder aufgenommen. 2 + Ca -Kanal Synapse • + Na -Kanal Transmitter (Acetylcholin) • • • Störung bei der synaptischen Weiterleitung: * Hemmung der Freisetzung der Vesikel durch: Calium-Mangel, Botulinustoxin (verdorbene Lebensmittel), Latratoxin (Gift der schwarzen Witwe), Strychnin * Besetzung der Rezeptoren ohne Öffnen der Kanäle: Curare („Pfeilgift“, zeitlich begrenzt), Bangatoxin (Schlangengift) * Hemmung des Abbaus der Transmitter (Krämpfe können Folge sein): Nikotin, Kokain, Nervengasvergiftung, Insektizidvergiftung Transmitter: u.a. Acetylcholin, Glutamat, GABA (γ-Amino-Buttersäure) Neuropeptide: Bestehend aus kurzen Aminosäureketten (5 - 37 Aminosäuren) werden diese Peptide in Nervenzellen gebildet. Ihre Aufgabe im ZNS ist nicht geklärt, aber sie scheinen modulativ auf die Wirkung der Transmitter einzuwirken . Zu den Neuropeptiden zählen z.B.: Substanz P, Somatostatin, Bombesin,... Bei einer Entzündung eines Gelenks werden z.B. Neuropeptide freigesetzt. Die entzündete Stelle wird dadurch verfärbt und empfindlich. Verschiedene Arten von Synapsen: * axodenritisch: Verbindung von Axon auf Dendriten * axosomatisch: Verbindung Axon auf Soma * axoaxomisch: Verbindung von Axon auf Axon 2.8. Das zentrale Nervensystem (ZNS) • • • • Im ZNS kommen auf jedes Neuron 6000 Synapsen aller Art zusammen. Im Neuron entsteht nur bei ausreichender Reizung durch mehrere Synapsen ein Aktionspotential (Summenaktionspotential). Eine Erregung durch eine einzelne Synapse (EPSP = erregendes postsynaptisches Potential) kann die Schwelle zum Aktionspotential überschreiten. Ein Beispiel für eine solche Erregung ist der Patellarsehnenreflex (gesteuert durch das Rückenmark) zur Steuerung des Stehens. Durch diesen Reflex wird die Feinregulierung der Muskelspannung beim Stehen durch wackeln vorgenommen. In den Motoneuronen finden sich drei Möglichkeiten zur Öffnung der Ionenkanäle: * Rezeptor mit Ionenkanalfunktion: 4 - 5 Transmitter werden benötigt, damit der Kanal sich öffnet. * Indirekte ionengesteuerte ionotrope Rezeptoren: In der Membran befindet sich ein Rezeptor, sobald Transmitter oder Liganden an diese binden, werden sekundäre Botenstoffe gebildet, die die Ionenkanäle öffnen. * Metabotrope Rezeptoren: Die Funktionsweise gleicht der der indirekt ionengesteuerten Rezeptoren, allerdings werden hierdurch keine Kanäle geöffnet, sondern Vorgänge in der Zelle ausgelöst (z.B. Erhöhung des Calciumgehaltes im Herzmuskel zur Förderung der Muskelkontraktion). Für eine lange Depolarisation (bis 5 s) sind möglicherweise Neurolipide verantwortlich. Diese sind vor allem im Gedächtnis von Bedeutung. Vor allen in Motoneuronen sind hemmende Prozesse von großer Wichtigkeit, da es ohne sie zu Krämpfen kommen würde. Eine Hemmung kann durch Depression (Verlängerung der Refraktärphase), eine postsynaptische Hemmung (die postsynaptische Membran wird in ihrer Empfindlichkeit gehemmt) oder eine präsynaptische Hemmung (Reduktion der Transmitter-Freisetzung) erreicht werden. Motoneuronen, die eine Kontraktion eines Muskel bewirken, sind immer noch mit einem Interneuron gekoppelt, das eine Hemmung im Gegenmuskel verursacht. Diese wird durch ein inhibitorisches 9 • • • • postsynaptische Potential (IPSP) an einer axoaxonischen Synapse erreicht. Durch eine Erhöhung der Leitfähigkeit von K+ und Cl- kommt es zu einer Hyperpolarisation, das Membranpotential wird also noch negativer. Treffen mehrere IPSPs zusammen, kann er vorkommen, das die Synapse dauerhaft depolarisiert wird und nicht mehr auf eingehende EPSPs reagiert. Bei einem Zusammentreffen von IPSP und EPSP hingegen wird lediglich das PSP abgeschwächt. Tetanustoxin hebt die Wirkung der IPSPs auf, es kommt zu starken Krämpfen. Auch lange IPSPs sind möglich. EPSP: Depolarisation durch Transport von Na+ IPSP: Depolarisation durch Transport von K + und ClParkinson: Bei dieser Störung liegt ein Mangel des Transmitters Dopamin vor. Dadurch wird das gesamte Gleichgewicht der Transmitter gestört. Andere Transmitter werden dadurch stärker ausgeschüttet, es kommt zum typischen Zittern und unkontrollierten Bewegungen. Die Gabe einer Dopamin-Vorstufe, die durch die Blut-Hirn-Schranke kommt, kann eine Linderung der Symptomatik bringen. Die synaptische Effizienz wird durch häufige Benutzung und die vorangegangene Stimulation der Synapse verändert werden. Dies spielt vor allem bei Lernprozessen eine Rolle. Interaktion von Neuronen: * räumliche Summation: Die EPSPs von mehreren Synapsen werden summiert * zeitliche Summation: Mehrere EPSPs werden auf einer Synapse summiert Elektrische Synapsen: Bei einer elektrischen Synapse liegen die Membranschichten zweier Zellen eng bei einander und beisitzen Kontaktstellen, an die Proteine gelagert sind, die Kanäle erzeugen. Kommt es zu einem Aktionspotential, fließt Na+ direkt von einer Zelle in die andere, ohne Freisetzung von Transmittern. Eine elektrische Synapse funktioniert in beide Richtungen. 3. Hormone 3.1. Einführung • • • Das endokrine System ist eng an das PNS angebunden. Es dient dem Körper dazu, sich schnell an wechselnde Situationen anpassen zu können. Die Hormone werden in endokrinen Drüsen produziert (z.B. Schilddrüse, Nebenniere, Hypophyse,...) und ins Blut abgegeben. Darüber hinaus gibt es auch noch sogenannte Gewebshormone, die durch ein ganzes Gewebe diffundieren und somit auf die gesamte Gewebsregion wirken. Rezeptoren: Bestimmte Zellen haben Rezeptoren für verschiedene Hormone, an denen diese binden können. Diese Rezeptoren können an verschiedenen Stellen der Zelle sein. Typ Ort Art Zugriff Membranrezeptore n an der Membran Peptide, Proteine direkt Plasmarezeptoren im Plasma Lipide H. muß durch Zelle diffundieren Kernrezeptoren im Zellkern Schilddrüsenhormon H. muß zum Kern vordringen (nur für niedermolekulare H. möglich) Es gibt α-adrenerge und β-adrenerge Rezeptoren. Die α-adrenergen reagieren besonders gut auf Noradrenalin und ein wenig auf Adrenalin. Die β-adrenergen reagieren besonders gut auf Isoproterenol und ein wenig auf Adrenalin. Der Herzmuskel hat z.B. β-adrenerge Rezeptoren. Beide Typen von Rezeptoren können mit α-, bzw, β-Blockern blockiert werden. Synthese: Zuerst wird ein Präprohormon im Golgiapperat einer Zelle zu einem Hormon synthetisiert. Dieses Hormon wird darauf hin bis zu seiner Ausschüttung in Vesikeln gespeichert. 3.2. Nebennierenrinde Die Nebennieren sitzen auf den Nieren auf. Sie bestehen aus Rinde und Mark und sind wie folgt aufgebaut: Das Nebennierenmark produziert die Hormone Adrenalin und Noradrenalin. Die Nebennierenrinde besteht aus drei Schichten. Die zona reticularis ist die innerste und produziert hauptsächlich männliche Geschlechtshormone (Androgene), wie Testosteron. Die mittlere Schicht ist die zona fascicularis und produziert vor allem Glukokortikoide (u.a. Cortisol). Diese unterstützen hauptsächlich Prozesse, die dafür sorgen, dass den Zellen genug Glukose zur Verfügung gestellt wird. Die äußerste Schicht, die zona glomerulosa, produziert Mineralkortikoide (z.B. Aldosteron) und sorgt für Konstanz im Wasser- und 10 Ionenhaushalt des Körpers. zona glomerulos a zona fasciculari s zona reticularis Nebennierenmark 3.3. Hypothalamus Der Hypothalamus befindet sich im limbischen System und wird direkt durch Informationen aus dem Gehirn gesteuert und somit die Ausschüttung seiner Hormone. Diese Hormone wirken auf die Hypophyse ein, die wiederum Hormone in den Nebenniere Körper abgeben kann. Er kann insgesamt acht Hormone ausschütten: Niere Name Wirkung auf Releasing (+) / Inhibiting (-) TRH TSH + LHRH FSH, LH + CRH ACTH + GHRH GH + PRH PRL + GHIH GH - PIH PRL - 3.4. Hypophyse Die Hypophyse ist ebenfalls Teil des limbischen Systems. Sie wiegt etwa 0,5 g und ist lebensnotwenig. Die Hypophyse wird in den Hypophysenvorderlappen (Adenohyphyse) und den Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) unterteilt. 3.5. Hormone des Hypophysenvorderlappens (Adenohypophyse) Hormon Klassifikation Wirkung auf... Funktion GH, STH Wachstumshormon alle Körperzelllen Unterstützt Knochenwachstum, Proteinsynthese, Zellteilung, Lipolyse und Glykogenolyse ACTH Adenokortikotropes Hormon Nebennierenrinde Sorgt für die Ausschüttung von Cortisol aus der Nebennierenrinde TSH Thyreoidea-stimulierendes Hormon Schilddrüse Wirkt auf die Schilddrüse ein (Proteinsynthese, Wachstum, Hirnreifung) Prolaktin Mlichsynthese-Hormon alle Körperzelllen Verantwortlich für die Produktion von Muttermilch FSH, LH Geschlechtshormone Gonaden Testosteron-Ausschüttung (u.a. Aggressivität), Spermabildung ( ), Menstruation & Follikelbildung ( ), Entwicklung des Geschlechtes 3.6. Hormone des Hypophysenhinterlappens (Neurohypophyse) Hormon Klassifikation Wirkung auf... Funktion ADH, Vasopressin Antidiuretisches Hormon Niere Einfluß auf Wasserhaushalt und Kreißlauf Oxytozin Geschlechtshormon Uterus, Brust ( ) Kontraktion des Uterus bei Geburt, Freisetzung von Muttermilch, Bindungsverhalten 3.7. Das Hormonsystem • Regelkreis: Die Wirkung des Hormons unterliegt einem Regelkreis, in dem es nach einer Ausschüttungen zu zahlreichen negativen Rückkopplungen zur Eindämmung der Ausschüttung nach der Wirkung kommt: Hypothalamus - - - + Hypophyse Zielzellen - + + periphere Hormondrüsen 11 • Das Hormonsystem ist im Überblick wie folgt aufgebaut: * Stoffe im Bereich des ZNS: Neurotransmitter, Neuropeptide Höhere Zentren * Stoffe aus der Hypophyse: Releasing- und Inhibiting-Hormone a) glandotrope Hormone (ACTH, LH, FSH, TSH) b) andere Hormone (STH, Prolaktin, β-Endorphin) limbisches System Hypothalamus Hypophyse a) b) endokrine Drüse Zielgewebe negative Rückkopplung Zeitgeber * Stoffe aus endokrine Drüsen: Steroide, Schilddrüsenhormone Der in der Grafik erwähnte Zeitgeber sorgt für die regelmäßige Ausschüttung bestimmter Hormone (z.B. immer tagsüber oder immer im Schlaf). Die Zirbeldrüse durch die Ausschüttung von Melatonin (nur bei Dunkelheit) großen Einfluß den externe Stimuli Wach-Schlaf-Rhythmus. 4. Immunsystem 4.1. Einführung Der Mensch ist Lebensraum und Nährboden für die verschiedensten Lebensformen. Bakterien, Pilze, Viren, Einzeller bis hin zu Bandwürmern vermehren sich selbstständig und fügen dem menschlichen Körper Schaden zu (z.B. toxische Ausscheidungen von Bakterien). Darum ist es für den menschlichen Organismus wichtig, ein System zu haben, das ihn vor derartigen Angriffen schützt. 4.2. Aufbau und Arbeitsweise des Immunsystems • • • Leukozyten: Die Leukozyten sind die Grundbausteine des Immunsystems. Es gibt drei verschiedene Sorten: * Granulozyten: ca. 67 %, werden im Knochenmark gebildet * Lymphozyten: ca. 26 %, werden im lymphatischen Gewebe gebildet, „Killerzellen“ * Makrophagen: ca. 7 %, im Knochenmark gebildet, sind in Geweben seßhaft, sehr groß, „Freßzellen“ Sie können Bakterien und Giftstoffe entdecken, in sich aufnehmen und durch Verdauung unschädlich machen. Es handelt sich dabei also um eine unspezifische, angeborene Abwehrreaktion. Die Leukozyten haben eine Lebensdauer von 100 - 300 Tagen und kommen im Blut in einer Konzentration von 7.000 pro mm 2 vor. Eine Überproduktion von Leukozyten nennt man Lekozytose (z.B. bei Leukämie kommt es zu einer Überproduktion, allerdings mit dem einzigen Effekt, das Nährstoffe verschwendet werden), eine Unterproduktion Agranulozytose (z.B. bei radioaktiver Verstrahlung erfolgt eine Unterproduktion, mit folgender Geschwürbildung und nach 6 Tagen eintretendem Tod). Funktionsweise der unspezifischen, angeborenen Abwehrreaktion: Bei einer Verletzung wird in der betroffenen Region Substanz P freigesetzt, die für die Entzündung und Anschwellung verantwortlich ist. Sie lockt Granulozyten und Makrophagen an. Diese verspeisen die Fremdstoffe, sterben dann ab (-> Eiter). Makrophagen sind im Vergleich zu den Granulozyten langlebiger aber auch langsamer. Im Falle einer Virusinfektion wird diese durch die Lymphozyten bekämpft. Sie erkennen infizierte Körperzellen und greifen diese an. Bei einer Infektion steigt die Zahl der Leukozyten an. Spezifische, erworbene Abwehrmechanismen: * Schnelle, humorale Immunität (Monate bis wenige Jahre, akute bakterielle Infektion): B-Lymphozyten produzieren Antikörper, die im Blut die passenden Fremdkörper angreifen * Langsame, zelluläre Immunität (mehrere Jahre bis lebenslang, Viren-Infektionen) T-Lymphozyten produzieren Antikörper und bauen diese in ihre Zellmembran ein. 12 zellulär T-Lymphozyt Lymphoblasten Gedächtniszellen T-Helfer T-Effektor T-Killer T-Suppressor ern steu T- Lymphokin B-Lymphozyt Lymphokine greife Gedächtniszellen Y Y Y Antikörper fres sen n an A A A A A befallene Zellen r-R örpe -Antik Antigen n t io eak A A A A A • Lymphoblasten Makrophagen A • A Antigen humoral Die Latenzperiode ist beim ersten Antigen-Kontakt lang. Beim zweiten wesentlich kürzer und heftiger. Dies ist den Gedächtniszellen zu verdanken. Sie erinnern sich an das Antigen und ermöglichen es schnell und effektiv Antikörper zu produzieren. Die von den B-Lymphozyten gebildeten Antikörper sind Immungluboline: * IgG (Y, Plazenta-gängig, ca. 80%) * IgM (5 sternförmig angeornete Y, können Zellen verklumpen, nicht Plazenta-gängig) * IgA (2 Y, zur lokalen Abwehr) * IgE (auf Mastzelle, die bei Aktivierung Histamin freigibt; allergische Reaktion) * IgD (auf B-Lymphozyt) Impfung: Bei einer aktiven Impfung wird der erste Antigen-Kontakt vorweggenommen, das heißt, der Körper wird mit dem Antigen kontrolliert (z.B. durch abgetötete Erreger mit intaktem Antigen) in Kontakt gebracht, so dass er Antikörper entwickeln kann und bei einer späteren Erkrankung gewappnet ist. Bei einer passiven Impfung hingegen werden nur bereits gebildete Antikörper gespritzt. Diese können Antigene angreifen, es können allerdings keine eigenen Antikörper gebildet werden. Nach einer gewissen Zeit werden die Antikörper abgebaut und der Impfschutz hört auf. 4.3. Autoimmunkrankheiten • • • • • Bei Autoimmunkrankheiten wird der Körper vom eigenen Immunsystem angegriffen. Beispiele sind Multiple Sklerose, Arthritis oder Rheuma. Allergische Reaktion: Auch allergische Reaktionen sind eine Art der Autoimmunkrankheiten. Zugrunde liegt eine AntigenAntikörper-Reaktion, die durch den Kontakt mit einem Allergen ausgelöst wird. Hierbei wird Histamin freigesetzt. Dies führt zu einer Gefäßerweiterung (in extremen Fällen bewirkt dies den Zusammenbruch des Kreislaufs anaphylaktischer Schock), Hautrötungen/-schwellungen, starkem Absondern von Nasenschleimhaut oder zu Atembeschwerden (Asthma). HIV-Infektion, AIDS: Das HIV dringt in T-Lymphozyten ein, zerstört diese und vermehrt sich dabei. Ein Zusammenbruch des Immunsystems ist die Folge. Organtransplantationen: Wird in den Körper ein fremdes Organ eingepflanzt, wird dieses vom Immunsystem als Fremdkörper betrachtet und es kann vorkommen, das das fremde Organ abgestoßen wird. Durch eine Immunsuppression wird das Immunsystem gezielt geschwächt oder ausgeschaltet, um ein Abstoßen zu vermeiden. Dies ist natürlich nicht optimal, da auch die Schutzfunktion des Immunsystems mit ausgeschaltet wird. Bluttransfusion: Das Blut wird in von Mensch zu Mensch verschiedene Blutgruppen eingeteilt. Es gibt vier Blutgruppen, denen jeweils ein unterschiedliches Antigensystem zugrunde liegt. Eine bestimmte Blutgruppe weist Antikörper gegen eine andere Blutgruppe auf, so daß bei einer Bluttransfusion strengstens auf Kompatibilität zu achten ist, will man eine Immunreaktion (Verklumpen des Blutes vermeiden). Blutgruppe Antikörper gegen A B 13 B • A AB - 0 AB Des weiteren unterscheidet man einen Rhesusfaktor. Dieser ist bei der Bevölkerung der BRD zu 85% vorhanden (rh +) und bei den restlichen 15% nicht (rh -). Außer bei einer Bluttransfusion ist der Rhesusfaktor auch bei einer Schwangerschaft zu beachten. Hat die Mutter einen negativen RhesusFaktur und der Vater einen positiven, kann es sein, dass das Kind den Rhesusfaktor vom Vater erbt. Vermischt sich nun (z.B. bei der Geburt) das Blut der Mutter mit dem des Kindes, bildet das Immunsystem der Mutter Antikörper. Weist bei einer weiteren Schwangerschaft das Kind nun wieder einen positiven Rhesus-Faktor auf, kann es zu Komplikationen bis hin zum Tod des Kindes kommen. Diese Gefahr lässt sich allerdings durch geeignete Medikamente ausschließen. Psychoneuroimmunologie: Hierunter versteht man die Wechselwirkung zwischen Immunsystem und dem Nervensystem. Der Einfluß des Nervensystems bei Krankheiten sieht wie folgt aus: Das autonome Nervensystem hat synaptischen Kontakt mit Zellen des Immunsystems und greift somit direkt in dessen Steuerung ein. Die Neuropeptide stammen aus den korpuskulären ZNS Nerven-endigungen. Vor allem im Gefühle, Emotionen Knochenmark und in der Milz haben bestimmte Hormone Nervenfaser direkten Kontakt zu Zellen des PNS Interleukine, Lympholeukine Immunsystem (Leukozyten). Weiter sensorisch autonom Verbindungen bestehen durch das Hormonsystem. Im Alter kommt es durch die Abbau des Neuropeptide sympathischen des Nervensystems zu einer ACh, Katecholamin Substanz P, VIP, NPY Abnahme der Immunreaktivität. Da nun weniger T-Zellen, Lymphozyten und TKillerzellen vorhanden sind, kommt es zu einer Immunsystem erhöhten Anfälligkeit gegen Tumore, Krebs und Autoimmunkrankheiten. Auch ein verändertes Peptide Schlafprofil, schwächt das Immunsystem. Ein regulärer Schlaf-Wach-Rhythmus ist Voraussetzung für ein intaktes Immunsystem. Psychologische Einflüsse wie gerlernte Hilflosigkeit und Depression erhöhen das Risiko für Immunstörungen und Krankheit. • Streß: Extreme und andauernde psychische und physische Belastung und Hilflosigkeit („Streß“) hat einen direkten auf das endokrine System und damit auch auf das Immunsystem. Es wird die Produktion der Glukokortikoide in der Nebennierenrinde gehemmt und damit auch die Konzentration der Lymphozyten und Granulozyten. Dies hat eine Hemmung der Produktion von Interleukinen (Kommunikation im Immunsystem) und Immoglobin (Antikörper), sowie der Antigen-Präsentation und T-Suppressor-ZellenFunktion. Darüber hinaus wird auch die Produktion von Prolaktin (notwenig für Interleukin-Produktion) und Wachstumshormon GH bei Streß verringert. Es kommt also zu Fehlfunktionen im Immunsystem (Allergien, Tumoren), sowie Müdigkeit, Abgeschlagenheit und Erschöpfung. Dem entgegen wirken können soziale Stützung, sowie Sport. Umwelt 5. Das vegetative Nervensystem • • Das vegetative Nervensystem wird auch autonomes Nervensystem genannt, das es unabhängig vom ZNS arbeitet. Eine willkürliche Beeinflussung ist also nur sehr schwer und begrenzt möglich. Es übernimmt die Steuerung folgender Systeme: * Atmung * Drüsensekretion * Fortpflanzung * innere Organe * Körpertemperatur * Kreislauf * Stoffwechsel * Verdauung Systeme des VNS: * Sympathicus * Parasympathicus 14 * Darmnervensystem Sympathicus und Parasympathicus sind Nerven aus dem Brustmark und dem Hirnstamm, die ins Gewebe führen. Das VNS ist wie folgt aufgebaut: sympathisch parasympathisch Mesenzephalon Medulla oblangata III Tränen-, Speicheldrüsen IX, VII Lunge s Auge ne rvu sv X agu Pons thoracal Halsmark Herz Leber Magen zervical Pankreas Brustmark Dünndarm Nebennierenmark Dickdarm, Rectum Lendenmark lumbal Blase Kreuzmark sakral Genitalorgane Die Innervierung erfolgt nicht immer direkt. Oft gibt es noch ein zwischengeschaltetes Ganglion, der erste Zellkörper (präganglionäres Neuron) ist über dieses mit dem zweiten Zellkörper (postganglionäres Neuron) verbunden. Die präganglionären Fasern sind myelinisiert, die postganglionären nicht. Ganglion Rückenmark ( präganglionär • postganglionär Sympathicus: * Reaktionskette I: 1. Zellkörper Transmitter Acetylcholin (ACh) 2. Zellkörper Transmitter Noradrenalin (aus adrenergen Nerven) Gewebe Transmitter Acetylcholin (ACh) Nebennierenrinde Transmitter Noradrenalin (80%), Adrenalin (20%) Blut * Reaktionskette II: 1. Zellkörper Mit unter übernimmt also die Nebennierenrinde die Funktion des 2. Zellkörpers. * Die Übertragungsgeschwindigkeit ist in den präganglionären sehr schnell (20 m/s) und in den postganglionären gemächlich (2,5 m/s). Die Reaktionen sind im VNS also langsamer als im motorischen System. * Der Parasympathicus innerviert zusammengefaßt ausgedrückt: glatte Muskulatur aller Organe, Herzmuskel, verschiedene Drüsen, Fettzellen, Leberzellen, Nierentubuli, lymphatisches Gewebe 15 • Parasympathicus: Reaktionskette: 1. Zellkörper Transmitter Acetylcholin (ACh) 2. Zellkörper Transmitter Acetylcholin (ACh) Gewebe Der Parasympathicus reizt keine Drüsen und keine Blutgefäße. • • Darmnervensystem: Beim Darmnervensystem bilden die Nervenzellen ein Netz um Magen und Darm. So wird die glatte Muskulatur, sowie die sekretorischen und resorbierenden Systeme gesteuert. Es gibt im Darmnervensystem sensorische, motorische und Interneurone. Das Darmnervensystem ist also das „Gehirn des Darms“. Gemeinsame Einflußnahme von Sympathicus und Parasympathicus: Oftmals werden Zielorgane durch das antagonistische Zusammenspiel von Sympathicus und Parasympathicus gesteuert. Der Sympathicus übernimmt eher die Rolle, den Menschen auf einen Kampf vorzubereiten. Nachfolgend einige Beispiele: Ziel • • • Sympathicus Parasympathicus Herzschlagfrequenz + - Darmmodalität - + Gallenblase - + Rezeptoren für Acetylcholin (ACh): Es gibt für ACh nikotinerge und muskarinerge Rezeptoren. Ruhetonus: Ohne Innervierung herscht im autonomen Nervensystem ein Ruhetonus vor. Er entsteht durch eine permanente Freisetzung von Aktionspotentialen im Ruhezustand. Seine Frequenz liegt zwischen 0,1 - 4 Hz. Umso mehr die Frequenz über dem Ruhetonus liegt, um so enger ziehen sich die Gefäße zusammen (Vasoconstruktion). Liegt die Frequenz unter dem Ruhetonus, weiten sich die Gefäße (Vasodilatation). Reflexe: Es gibt vier Arten von Reflexen im VNS: Reflex # viszerokutaner 1 viszerosomatischer kutiviszeraler intestino-intestinaler 2 3 4 Wirkrichtung Beschreibung Einteilung der Haut in Reizzonen für innere Organe, Rötungen der Haut als Organ Haut Symptom für innere Erkrankungen Organ Muskel Haut Organ Wärme auf der Haut (z.B. durch Wärmflasche) wirkt auf innere Organe Organ Organ - Diese Reflexe werden bei einer Durchtrennung des Rückenmarks zerstört. Bei einer starken Quetschung kommt es zu einem postganglionären Schock und damit verbundenen Fehlfunktionen in den Afferenzen. Nach einer gewissen Zeit kommt es aber wieder zu einer langsamen Neuorganisierung. Das vegetative und das somatosensorische System sind auf Rückenmarksebene eng verknüpft: 16 Rückenmarkshinterhorn z ur Haut fer Ef z en m zu r fe Ef ferenzen ale Af Ef fe rnz Da rm z en zer vis n ze en r affe Ha u t zu Mu l ske Haut Darm Bauc hgan g • lion Muskel Grobeinteilung des menschlichen Nervensystems: ZNS Gehirn Rückenmark motorisches NS sensorisches NS Ganglien ventrales Horn im Rückenmark autonomes NS Sympathicus Parasympathicus Darm-NS Ganglien 17 1) viszerokutaner Reflex: 2) viszerosomaischer Reflex 3) kutiviszeraler Reflex 4) intestinointestinaler Reflex
