Blut, Physiologie
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Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK 3. Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes Im Gefässsystem des Körpers fliessen ca. 5‐ 7 Liter Blut. Lässt man eine geringe Menge Blut längere Zeit in einem Reagenzglas bei niedriger Temperatur und unter Luftabschluss stehen, sinken seine festen Bestandteile langsam zu Boden. Als Überstand bleibt eine leicht getrübte, gelbliche Flüssigkeit, das Blutplasma. Seine wichtigste Aufgabe ist der Transport von Nährstoffen von den Dünndarmzotten zu allen Geweben und von Abfallstoffen zur Leber oder zur Niere. Hauptbestandteile sind: 90% Wasser, 7% Plasmaeiweisse, 0,7% Fette, 0,1% Traubenzucker. Die restlichen 2,2% verteilen sich auf Vitamine, Salze (z.B. Kochsalz),, Hormone, Abwehrstoffe gegen Krankheitserreger und Abfallstoffe des Stoffwechsels. Ausserdem enthält das Blutplasma den Gerinnungsstoff Fibrinogen, ein Eiweiss. Wird es z.B. durch stetiges Umrühren mit einem Glasstab aus dem Blutplasma entfernt, bleibt das Blutserum übrig. Die festen Bestandteile des Blutes sind die roten Blutzellen (Erythrocyten), die weissen Blutzellen (Leukocyten) und die Blutplättchen (Thrombocyten). Die roten Blutzellen sind flache, von beiden Seiten eingedellte Scheibchen mit einem Durchmesser von 7µm. Sie werden im roten Knochenmark aus Stammzellen durch Zellteilung gebildet und verlieren bald ihren Zellkern. Die roten Blutzellen haben nur eine begrenzte Lebensdauer von 100‐120 Tagen und werden danach in Leber und Milz abgebaut. Unser Blut enthält etwa 25 Billionen rote Blutzellen, 5 Millionen sind in einem mm3. Damit ihre Gesamtzahl erhalten bleibt, müssen Millionen von Blutzellen pro Sekunde neu gebildet werden. Eine wesentliche Aufgabe der roten Blutzellen ist der Sauerstofftransport. Sie sind prall gefüllt mit dem roten Blutfarbstoff Hämoglobin, der den Sauerstoff in den Lungen bindet und zu den Geweben transportiert. Ausserdem sind die roten Blutzellen am Transport des Kohlendioxids von den arbeitenden Geweben zur Lunge beteiligt. Erst im angefärbten Blutausstrich sind unter dem Mikroskop die weissen Blutzellen – die Leukocyten – zu erkennen. Es gibt verschiedene Arten von Leukocyten. Sie besitzen einen Zellkern und entstehen aus Stammzellen des Knochenmarks oder in den lymphatischen Organen, wie z.B. Milz, Thymusdrüse, Mandeln sowie Wurmfortsatz. Während die roten Blutzellen passiv vom Blutstrom mitgenommen werden, können sich die weissen Blutzellen aktiv wie Amöben fortbewegen. Sie wandern auch gegen den Blutstrom, zwängen sich durch Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK Kapillarwände in die Gewebszellen der Organe und können so fast jeden Ort im Körper erreichen. Ihre Hauptaufgabe ist die Bekämpfung und das Fressen von Fremdkörpern und Krankheitserregern. Oft bildet sich an einer Wunde Eiter. Dieser setzt sich überwiegend aus abgestorbenen weissen Blutzellen zusammen. Die Blutplättchen (Thrombocyten) sind kleine Zellbruchstücke und entstehen im Knochenmark. Ihre Aufgabe ist es – zusammen mit dem Fibrinogen und weiteren Faktoren im Blutplasma – die Blutgerinnung auszulösen und Wunden zu verschliessen. Eine weitere wichtige Aufgabe des Blutes ist die Wärmeregulation. Das Innere unseres Körpers muss immer ungefähr 37°C aufweisen. Die Körperwärme entsteht vor allem in den arbeitenden Zellen, das Blut verteilt diese Wärme im Körper. Überschüssige Wärme wird durch erweiterte Blutgefässe in die Haut geführt und abgestrahlt. Wenn nötig, wird die Wärmeabgabe durch Schwitzen (Verdunstung von Wasser) verstärkt. Aufgaben 3.1. Fülle mit Hilfe des Textes die Kästchen in der Abbildung oben: Die wichtigsten Eigenschaften sowie die wichtigste Aufgabe der jeweiligen Bestandteile sind gefragt. 3.2. Die Abbildung rechts zeigt Blutplasma und Blutserum: worin unterscheiden sich Plasma und Serum (siehe Text)? 4. Stoffaustausch im Gewebe Der Stoffaustausch findet in den Kapillaren statt, die alle Organe mit einem feinen Netz durchziehen. Die dünnen Kapillarwände besitzen Poren. Feste Bestandteile des Blutes (rote Blutzellen, Blutplättchen, grosse Eiweissmoleküle) werden dort zurückgehalten, flüssige Bestandteile jedoch nicht. Diese enthalten gelöste Nährstoffe und Sauerstoff. Mit dem Blutstrom werden auch Wasser, Salze, Hormone, Enzyme und Antikörper an den jeweiligen Bestimmungsort transportiert. So strömen etwa 20 Liter Blutplasma täglich durch die Poren der Kapillaren in die Zwischenzellflüssigkeit (=Lymphe). Die mittransportieren Nährstoffe und den Sauerstoff nimmt die Lymphe auf und transportiert sie zu den Gewebezellen. Die Lymphe fliesst wieder zu den Kapillaren zurück und nimmt dabei die Abfallstoffe und das Kohlendioxid mit, die aus dem Stoffwechsel der Gewebszellen stammen. Ca. 10% der Lymphe werden über ein anderes Transportsystem, das Lymphsystem abgeleitet. Aufgabe 4.1.: Beschrifte mit Hilfe des Textes die Bestandteile und Pfeile der Abbildung (1­9) Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK 4.2. Lymphe – was ist das? Als Lymphe wird sowohl die Zwischenzellflüssigkeit als auch die Flüssigkeit in den Lymphgefässen genannt. Beim Austausch gelöster Stoffe zwischen den Blutkapillaren und dem Gewebe können die Blutkapillaren nicht die gesamte ausgetretene Menge Flüssigkeit wieder aufnehmen. Damit es zu keiner Flüssigkeitsansammlung kommt, nehmen die Lymphkapillaren die restliche Flüssigkeit auf. Über die Lymphkapillare geht die Lymphe in die Lymphgefässe und von dort aus wird sie in der Nähe der oberen Hohlvene wieder in den Körperkreislauf gebracht. Im Körperkreislauf wandert das Blut dann wieder vom Herzen über die Arterien zu den Kapillaren. 4.3. Wie transportieren die roten Blutzellen (Erythrozyten) den Sauerstoff? Die kernlosen roten Blutzellen sind mit dem Farbstoff Hämoglobin gefüllt. Das Hämoglobin hat die Fähigkeit, in den Lungenkapillaren Sauerstoff zu binden: der Sauerstoff wandert beim Einatmen durch die dünne Membran der Lungenbläschen und Lungenkapillaren, in die Erythrozyten, in denen er durch das Hämoglobin gebunden wird. Dieses Molekül besteht aus vier Untereinheiten, von denen jede ein Eisenatom in der Mitte trägt. An dieses Eisen wird der Sauerstoff angelagert. Der menschliche Körper enthält etwa 4 Gramm Eisen. Davon befinden sich ungefähr 3 Gramm im Hämoglobin. Die Erythrozyten helfen auch beim Rücktransport von Kohlenstoffdioxid aus den Zellen in die Lungen. Das CO2 wird jedoch nicht am Hämoglobin gebunden transportiert, sondern als Kohlensäure im Wasser gelöst. Die Erythrozyten liefern Enzyme für die schnelle Umsetzung. Aufgaben 4.4. 4.5 Wie unterscheidet sich die Zusammensetzung der Lymphe von der des Blutplasmas? Wodurch unterscheiden sich die Lymphkapillaren von den Blutkapillaren? Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK 5. Die Erregungsleitung im Herz und EKG Das Herz arbeitet autonom – das bedeutet, dass die Nervenimpulse für die Herzmuskelarbeit vom Herzen selbst erzeugt werden. Der Sinusknoten ist der herzeigene Schrittmacher, er liegt im Dach des rechten Vorhofes. Von ihm geht alle 0,8 Sekunden ein Impuls aus, welche die Herzmuskeln dazu bringen, sich zusammenzuziehen ‐‐> Herzschlag. Zwischen Vorhöfen und Kammern befindet sich der AV – Knoten, der die im Sinusknoten entstandenen Impulse weiterleitet. Die Erregung wird auf festen Bahnen im Herzmuskel weitergeleitet, was eine koordinierte Aktion der Vorhöfe und Hauptkammern gewährleistet. Während der Herzaktion breitet sich die Erregung ausgehend von den Vorhöfen über das Herz hinweg bis zur Herzspitze auf und bildet sich dann wieder zurück. Die dabei entstehenden elektrische Spannungsunterschiede werden bis zur Körperoberfläche weitergeleitet und können mittels EKG (Elektrokardiogramm) in Millivolt gemessen werden. Dazu bringt man von aussen Elektroden an den Körper an, welche die elektrische Spannung messen. 6. Der Blutdruck In der Herzkammer schwankt der Blutdruck zwischen null (Diastole) und etwa 120 (Systole) mmHg. Der obere Wert kommt durch den Blutauswurf in der Systole zustande, der untere Wert ist der Minimaldruck in der Diastole. In der Aorta und den Arterien sinkt der Druck in den Arterien nie gegen null ab. Die elastischen Wände der Aorta und Arterien dehnen sich aus und verwandeln den pulsierenden Blutstrom in seinem Verlauf in einen gleichmässigen Blutstrom mit langsamerem Fluss – sie dämpfen die Pulswelle ab. Blutdruckmessung Bei der Blutdruckmessung wird mit einer Gummimanschette der Blutfluss der Oberarmarterie vollständig abgeklemmt und danach der Druck kontinuierlich verringert. Traditionell werden dabei oberer und unterer Blutdruck aufgrund der sog. Korotkow‐ Geräusche mit dem Stethoskop in der Ellenbeuge festgestellt. Von Bluthochdruck (Hypertonie) spricht man bei jungen Menschen ab 140/90 (nach WHO: 160/95) Wenn der diastolische Wert zu hoch ist, bedeutet das ein dauerhaft zu hoher Druck in den Arterien. Dieser wird meist dadurch ausgelöst, dass die Gefässwände durch Ablagerungen starr und verengt sind: die Pulswelle kann nicht mehr abgedämpft werden (siehe Arteriosklerose). Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK Faustregel für den Normwert systolischer Lebensjahre + 100 Druck – 10% oder 100‐ 140 mm Hg diastolischer 60‐90 mm Hg Druck klinische Aussage Ausdruck der Herzleistung So werden die zwei oberer und unterer Blutdruckwert gemessen: Wenn der Druck der Manschette den Blutfluss gerade noch völlig abklemmt Ausdruck der Elastizität der Arterienwände Wenn das Blut wieder gleichmässig fliessen kann (Druckschwankungen verschwinden) 7. Krankheiten Bei der Koronaren Herzkrankheit (KHK) handelt es sich um krankhafte Veränderungen der Herzkranzarterien, die zu deren Verengung bis hin zum vollständigen Verschluss führen. Ursache ist grösstenteils eine fortschreitende Arteriosklerose („Arterienverkalkung“ siehe unten). Die Verengung führt zu einem Sauerstoffmangel des Herzmuskels, der sich durch Schmerzen und Engegefühl in der Herzgegend zeigt und als Angina pectoris bezeichnet wird. Die Strahlen können in linken Arm, Hals und Oberbauch ausstrahlen. Bei der Arteriosklerose verändern sich, gefördert z.B. durch zu hohe Blutfettspiegel, die Arterienwände. Das Endothel (Innenhaut) erfüllt seine Aufgaben nicht mehr richtig, es schwillt an, Fett (Cholesterin) lagert sich in die Gefässwand ein, die Muskelzellen wachsen und die Gefässlichtung wird immer mehr eingeengt. Aufgrund solcher Veränderungen der inneren Gefässwände können sich Blutgerinnsel (Thromben) an der Gefässwand bilden. Werden diese Thromben durch den Blutstrom abgerissen und verschleppt, können sie andere Gefässe verstopfen (Embolie). Ein typisches Beispiel ist die Hirnembolie. Der Herzinfarkt (siehe Abb.) : bei vollständigem Verschluss einer Herzkranzarterie oder einer ihrer Äste stirbt der zu versorgende Herzmuskelbereich ab. Auslöser ist meist die örtliche Bildung eines Blutgerinnsels (Thrombus) als Begleiterscheinung einer Arteriosklerose. Da Herzmuskelgewebe sich nicht regenerieren kann, wird das abgestorbene Gewebe durch Bindegewebe ersetzt. Ein Herzinfarkt kann durch Herzrhythmusstörungen oder bei einem grossen Infarkt durch zu geringe Pumpleistung des verbliebenen Herzmuskels tödlich verlaufen. 8. Übungsaufgaben zu Herz und Kreislauf 8.1.: Welche Stationen (Blutgefässe, detailliert im Herzen) durchläuft ein rotes Blutkörperchen, das sich momentan im Daumen befindet bis es ein zweites Mal zum Daumen gelangt? 8.2. Diagramm Blutgefässe des Körperkreislaufes: zeichne für die folgenden sechs Faktoren die Kurven oder Geraden im jeweiligen Gefässbereich ein. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Sauerstoffgehalt in den Gefässen Blutdruck in den Gefässen Durchlässigkeit für Stoffe durch die Gefässwand Elastizität (elastische Membranen in den Gefässwänden) Muskelzellen in den Gefässwänden Totale Oberfläche der Gefässe im Körper Herz und Kreislaufsystem Vorssa 2009 / CK gross (viel) mittel klein (wenig) Aorta Arterien Arteriolen Kapillaren Venolen (kleiner Arterien) Venen (kleine Venen) 8.3. Die Abbildung zeigt das Herz, die Lungen‐ und die Körperkapillaren: a. Verbinde die Enden der Blutgefässe so miteinander, dass eine korrekte schematische Darstellung des Aufbaus des menschlichen Blutkreislaufs entsteht b. Zeichne die Herzklappen anatomisch korrekt ein c. Kennzeichne sauerstoffreiches Blut mit rot, sauerstoffarmes Blut mit blau und zeichne die Flussrichtung des Blutes ein. d. Benenne die Bestandteile
