Physiologie - Organfunktionen
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Physiologie - Organfunktionen Inhalt 1. Herz,Kreislaufsystem 1.1 Kreislaufsystem 1.1.1 Einteilung 1.1.2 Gefäße 1.1.3 Regulation des Kreislaufs 1.2 Arbeitsweise des Herzens 1.2.1 Allgemeine Arbeitsweise 1.2.2 Arbeitsphasen 1.2.3 Arbeitsparameter 1.2.4 Erregungssystem des Herzens 2. Lungenfunktion, Spirometrie 2.1 Lungenfunktionsdiagnostik 2.2 Ventilation 2.2.1 Parameter der Ventilation 2.2.2 Diagnostikverfahren 2.2.3 Pathophysiologie der Atmung 2.3 Diffusion 2.4 Perfusion 2.5 Blutgasanalyse 2.6 Spirometrie 3. Funktion der Nieren 3.1 Anatomische Grundlagen 3.1.1 Nierenmark 3.1.2 Feinbau der Niere 3.2 Aufgaben der Niere 3.2.1 Funktionsprinzip der Niere 3.2.2 Funktionsprüfung der Niere 3.3 Hormonwirkung 3.3.1 ADH (Antidiuretisches Hormon) 3.3.2 Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) 3.4 Resorption und Sekretion - Transportvorgänge am Nephron 3.4.1 Aktive Tubuläre Sekretion 3.4.2 Rückresorption 3.4.3 Übersicht Transportvorgänge im Tubulussystem 4. Blut, Gerinnung und Immunsystem 4.1 Aufgabe und Zusammensetzung des Blutes 4.2 Bestandteile des Blutes 4.3 Blutbildung - Hämatopoese 4.4 Erythrozyten und Hämoglobin 4.4.1 Erythrozytenbildung 4.4.2 Funktion und Struktur der Erythrozyten 4.4.3 Hämoglobin 4.5 Blutplasma 4.6 Blutgruppe 4.7 Thrombozyten und Blutstillung 4.7.1 Thrombozyten 4.7.2 Phasen der Thrombozytenaktivierung 4.8 Hämostase - Blutgerinnung 4.9 Immunsystem 4.9.1 Unterteilung 4.9.2 Zellentwicklung 1. Herz, Kreislaufsystem 1.1 Kreislaufssystem ● wichtigstes Transportsystem im Körper, Motor: Herz ● verbindet alle Organe zu einer Funktionseinheit: ̶ bedarfsgerechte Blutverteilung ̶ Antransport von Sauerstoff, Nährstoffen ̶ Abtransport von CO2, Stoffwechselprodukten ̶ Transport von Hormonen, Mineralien, Immunstoffen ̶ Wärmeleitung ● Gefäße sind nach Aufgaben differenzierte Röhren (dehn- und kontrahierbar) 1.1.1 Einteilung Kreislauf Körperkreislauf: ● Blut (O2 -reich) aus linker Kammer, über Aorta, Arterien, Arteriolen, Kapillaren in Organe/Peripherie ● Blut (CO2 -reich) über Venolen, Venen, Hohlvenen in rechtes Atrium (Vorhof) Lungenkreislauf: ● Blut (CO2 -reich) aus rechter Kammer in Lunge ● Gasaustausch in Alveolen ● Blut (O2 -reich) über 2 Lungenvenen, in linkes Atrium (Vorhof) Drucksystem Hochdrucksystem (Arterielles System) ● linke Kammer in Systole ● Arterien des Körperkreislaufes ● Arteriolen ● Versorgerfunktion (20% des Blutvolumens) Niederdrucksystem ● ● ● ● ● Kapillare Venolen, Venen Rechte Herzhälfte Lungenblutgefäße linker Vorhof, linke Kammer in Diastole ● Blutspeicherfunktion (80% des Blutvolumens) 1.1.2 Gefäße drei Arten: ● Arterien (Schlagadern): führen vom Herzen weg ● Venen: führen zum Herzen hin ● Kapillare (Haargefäße, Austauschgefäße) dreischichtiger Bau: ● Innere Schicht (Endothel, Bindegewebe) ● Mittlere Schicht (Media, herznah → fasriges Gewebe, herzfern → Muskelzellen) ● Äußere Schicht (Adventitia, kollagene elastische Fasern) Arterien: ● zwei Arten von Arterien: ̶ elastischer Typ (herznah); große Gefäße (Aorta) ̶ muskulöser Typ (herzfern); kleine Gefäße; Arteriolen ● Übergang von elastisch zu muskulös erfolgt allmählich ● Windkesselfunktion (Druckspeicher); Pulswellenausbreitung Arterielle Blutleitung: → Windkesselfunktion ● Blutdruckschwankungen am Herzausgang werden durch Dehnung der Aorta in gleichmäßigen Blutfluss umgewandelt → Druckausgleich ● Dehnung der Gefäßwand pflanzt sich im gesamten arteriellen System fort → „Pulswelle“ entsteht → schneller Blutfluss ̶ ist am Hals oder Handgelenk messbar ̶ Frequenz entspricht Herzfrequenz schematische Darstellung des Windkesseleffekts Venen: ● kräftige Außenschicht oft mit Umgebung verwachsen ● glatte Muskelschicht nach Anforderung unterschiedlich ● an der Innenschicht taschenartige Klappen: „Venenklappen“ ̶ v.a. in unteren Extremitäten ̶ verhindern Blutrückfluss ̶ Bauch- und Lungenvenen sind klappenlos ● Sehr geringer Blutdruck ● Sehr hohe Dehnbarkeit der Gefäße (kapazitives System) Venöse Blutleitung ● Prinzip der Muskelpumpe ● Prinzip der arteriovenösen Kopplung ● Orthostatischer Kollaps durch zu langes Stehen möglich (= Wasser in Beine) Kapillare ● nur eine Schicht (innerste Schicht) ● weisen oft Poren (Fenster) auf ● Fläche: 6500m² ● RR-Abfall (in den Gefäßen durch Windkessel entstehender Druck = Riva-Rocci-Druck) ● Stoff-Flüssigkeitsaustausch durch Diffusion und Filtration ● Arteriovenöse Anastamosen als Kurzschlussverbindung zwischen Arterien und Venen (direkte Verbindung ohne Kapillaren) 1.1.3 Regulation des Kreislaufs → bedarfsgerechte Verteilung des Blutes ● zentrale Durchblutungsregulation: ̶ durch Kreislaufzentrum im verlängerten Rückenmark ̶ hemmender und erregender Abschnitt ● Umverteilung des Blutes – Verlauf: ̶ Änderung der Kenngrößen ̶ Lokale Gefäßerweiterung durch Metabolite ̶ Arterielle Drucksenkung ̶ Pressorezeptoren (Karotissinusreflex) signalisieren Druckabfall ̶ Kreislaufsystem regelt gegen mit Herzfrequenz- und Herzschlagvolumen-Erhöhung ● Mitwirkung der Niere: ̶ Einfluss auf Wasser- und Mineralhaushalt ̶ Regelung des Blutvolumens 1.2. Arbeitsweise des Herzens 1.2.1 Allgemeine Arbeitsweise ● Wirkung des Herzens als „Saug-Druckpumpe“ ● Wechsel zwischen Kontraktion / Erschlaffung ● Unterscheidung zweier kardiodynamischer Zeitintervalle: ̶ Systole: Kontraktion → Blutausstrom und Füllen der Vorhöfe ̶ Diastole: Erschlaffung → Segelklappenöffnung → Blut aus Vorhof in Kammer gepumpt 1.2.2 Arbeitsphasen: Systole: ● Anspannungsphase: → isovolumetrische Kontraktion ̶ Kammern sind mit Blut gefüllt ̶ Muskulatur kontrahiert ̶ Druckerhöhung in Kammern (80mmHg) ● Austreibungsphase: → auxotonische Kontraktion ̶ Muskulatur kontrahiert weiter und verkürzt sich ̶ Druckerhöhung in Kammern (120mmHg) ̶ dadurch Öffnung der Taschenklappen ̶ Blutauswurf, Ejektionsfraktion ca. 60% (70ml, ca. 60ml verbleiben) ̶ Ventilebene senkt sich, Vorhöfe vergrößern sich, Ansaugen wird begünstigt ̶ Blut strömt in die Vorhöfe Diastole: ● Erschlaffungsphase: → isovolumetrische Erschlaffung ̶ Muskulatur erschlafft ̶ Absinken der Kammerdrucks (von 80 auf 2mmHg) ̶ dadurch Schließung der Taschenklappen ̶ Segelklappen sind noch geschlossen ̶ hier findet Eigenversorgung des Herzens statt ● Auffüllungsphase → Phase der schnellen und langsamen Kammerfüllung ̶ Absinken des Kammerdrucks unter Vorhofdruck ̶ Segelklappen öffnen sich Diastase: ● Zustand vor Vorhofsystole und vor Beendigung der Kammerdiastole ● alle Kammern und Vorhöfe für ca. 200ms im Zustand der Diastole → kurzer Ruhezustand Funktionelle Veränderungen des Herzens: ● Bradykardie: → Herzfrequenzsenkung ̶ Herzfrequenz < 50 (Ruheherzfrequenz) ̶ Verlängerung von Systole und Diastole ̶ Bradykardie als Ausdruck der Ökonomisierung ◦ Verlängerung der Diastole von 0,6 auf 1,4s ◦ Durchblutung des Herzens erfolgt 5/6 in Diastole ● Tachykardie: → Herzfrequenzsteigerung ̶ Herzfrequenz > 100 ̶ Verkürzung von Systole und Diastole ● reversible Myocardhypertrophie: ̶ erfolgt durch mechanische und metabolische Beanspruchung ̶ mehr H20, mehr Mitochondrien, mehr Myoglobin, mehr Enzyme, mehr Eiweiß (Aktin, Myosin) ̶ Vergrößerung des Gefäßbettes, Kapillarneubildung 1.2.3 Arbeitsparameter: ● Herzschlagfrequenz (Hf): ̶ Schläge pro min. (in Ruhe ca. 60-80) ● Herschlagvolumen (Vs): ̶ Blutmenge, die bei Kontraktion aus der linken Kammer ausgeworfen wird (ca. 70ml) ● Herzzeitvolumen oder Herzminutenvolumen (HMV): ̶ Produkt aus HF und Vs ̶ in Ruhe etwa 5 – 6 l/min. 1.2.4 Erregungssystem des Herzens Autonomie des Herzens wegen eigener Erregungsbildung ● eigenes Erregungsbildungs-System (spezielle Muskelzellen) ● aktive Vordepolarisation (Ionenverschiebung) ● Ruhepotential sinkt ab, bis Membranschwelle erreicht ist, danach „Alles-oder-Nichts-Gesetz“ ● 1. Sinusknoten ̶ primärer Schrittmacher ̶ 60-80 Erregungen/min. ● 2. AV-Knoten ̶ sekundäres Autonomie-Zentrum ̶ 40-60 Erregungen/min. ● 3. His’sches Bündel ̶ tertiäres Autonomie-Zentrum ̶ Verteilung des Reizes auf 2 Seiten des Herzens → Erregbarkeit des Herzens unterliegt trotz Autonomie auch äußeren Einflüssen (Steuerung durch vegetatives Nervensystem) EKG (Elektrokardiogramm) ● jeder Pumpfunktion des Herzens geht elektrische Erregung voraus (verläuft im Normalfall vom Sinusknoten ausgehend über Erregungsleitungssystem zu den Muskelzellen) ● elektrischen Potenzialänderungen am Herzen kann man an der Körperoberfläche ableiten und in Zeitachse aufzeichnen ● ● ● ● P-Welle: Vorhoferregung = Initiator des Erregungsablaufes PQ-Strecke: Erregungsausbreitung Sinusknoten und AV-Knoten QRS-Komplex: Ausbreitungen im Herzen (Kammerteil) → Erregung der Kammer T-Welle: spiegelt den Erregungsrückgang wider ̶ danach Austreibungsphase abgeschlossen ̶ Repolarisation ● Systole = Anfang QRS-Komplex bis Ende T-Phase (QT-Intervall) ● Diastole = Ende T bis Anfang QRS-Komplex → Abstände und Amplituden der Wellen sind je nach Belastung variabel Verlauf der Erregungsausbreitung und -rückbildung EKG-Diagnostik: → EKG ist schmerzloses, nicht-invasives, jederzeit wiederholbares und fast überall durchführbares Untersuchungsverfahren für: ● Funktionsparameter des Herzens: ̶ Herzfrequenz und Herzrhythmus ̶ Lagetyp des Herzens (elektrische Herzachse, Quer-/ Steilherz) ● Funktionsstörungen des Herzens: ̶ Herzrhythmusstörungen (z.B. Extraschläge = Extrasystolen) ̶ Störungen der Erregungsleitung und -ausbreitung ̶ Erkennung eines Herzinfarktes ̶ Verdickung der Herzwand (Hypertrophie des Myokards) ̶ abnorme Belastung des rechten oder linken Herzens ̶ Entzündungen von Herzbeutel (Perikarditis) oder Herzmuskel (Myokarditis) ̶ Elektrolytstörungen und unerwünschte Arzneimittelwirkungen 2. Lungenfunktion, Spirometrie 2.1 Lungenfunktionsdiagnostik: In der Praxis sollen folgende Fragen beantwortet werden: 1) Besteht eine klinisch relevante Ventilationsstörung der Lunge? 2) Wenn ja, handelt es sich um eine obstruktive oder restriktive Ventilationsstörung? 3) Ist eine Obstruktion reversibel? 4) Wie verhalten sich die Lungenfunktionswerte unter Therapie? 5) Wie ist die pulmonale Leistungsbreite? besteht aus folgenden Bausteinen: ● Ventilationsdiagnostik ● Diffusionsdiagnostik ● Perfusionsdiagnostik ● Blutgasanalyse ● Spiroergometrie 2.2 Ventilation Ventilation der Lunge ► zyklischer Vorgang der Ein- und Ausatmung der Atemluft 2.2.1 Parameter der Ventilation: ● Atemfrequenz (Ein- und Ausatmung pro Minute) ● Atemzugvolumen ● Totraumvolumen (eingeatmete Luft, die nicht am Gasaustausch teilnimmt) ● Atemminutenvolumen Atemfrequenz: ● normale Atemfrequenz in Ruhe: 7 – 20 Atemzüge / min ● Unterschiede je nach Alter: ̶ Kinder haben höhere Atemfrequenz in Ruhe als Erwachsene ̶ Atemfrequenz ist beim Neugeborenen am größten ● unter Belastung nimmt die Atemfrequenz zu ● funktionale Anpassung: ̶ Tachypnoe = gesteigerte Atemfrequenz ̶ Bradypnoe = verminderte Atemfrequenz ● Lässt keine hinreichende Beurteilung der Qualität der Ventilation zu. So kann bei langsamer oder schneller Atmung ungenügende oder zu hohe Ventilation vorliegen. ̶ Hypoventilation = verminderte CO2-Abatmung im Vergleich zur Produktion ̶ Hyperventilation = erhöhte CO2-Abatmung Atemzugvolumen: ● 350 – 850 ml / pro Zug beim Erwachsenen ● Ermöglicht allein keine Aussage über die alveolare Ventilation, weil je nach besonderen Umständen eine Hypo- oder Hyperventilation vorliegen kann. Atemminutenvolumen: → Atemminutenvolumen ist ein leistungsdiagnostischer Parameter ● 6 – 10l / min beim Erwachsenen (in Ruhe) ● ist die gesamte Frischluftmenge, die pro Minute eingeatmet wird Atemminutenvolumen = Atemzugvolumen * Atemfrequenz ● unter Belastung: ̶ bei Sportlern 130 – 150 l /min (bei Älteren oder unsportlichen Leuten niedriger) ̶ bei sportlichen Kindern (11 – 12 Jahren) immerhin 100 – 130 l/ min. Totraumvolumen: ● beim Erwachsenen ca: ̶ 150 – 200 ml ̶ oder 2ml / kg Körpergewicht ̶ oder ca. 30% des Atemzugvolumens ● Teil des eingeatmeten Volumens gelangt nicht in die Alveolen, sondern bleibt in den zu und abführenden Atemwegen ● dieser Anteil des Atemzugvolumens nimmt nicht am Gasaustausch teil ● Anatomischer Totraum: (Zuleitung und Verteilung der Atemluft) ̶ Mund / Nase ̶ Rachen ̶ Trachea ̶ Hauptbronchus bis Bronchiolus terminalis (bis Abzweigung 16) ● Alveolarraum: (Gasaustausch) ̶ Bronchiolus respiratorius ̶ Ductus alveolaris (Abzweigung: 18 –22) ̶ Saccus alveolaris ● Totraumventilation = Totraumvolumen * Atemfrequenz 2.2.2 Diagnostikverfahren: Klassische Methode zur Beurteilung der Ventilation ist die Spirometrie Bestimmung von: ● Statischen Größen: z.B. Vitalkapazität (VC) ● Dynamische Größen: z.B. Einsekundenkapazität (FEV1) Lungenkapazität in Litern 100 % 7 IRV 6 5 VC 75 % AZV Totale Lungenkapazität 4 50 % 3 2 ERV FRV 25 % 1 RV Parameter: ● ERV – expiratorisches Reservevolumen (Volumenmöglichkeit der maximalen Ausatmung) ● IRV – inspiratorisches Reservevolumen (Volumenmöglichkeit der maximalen Einatmung) ● RV – Residualvolumen (Rest in Lungen nach maximaler Ausatmung) ● FRV – funktionelles Residualvolumen (bei Normalatmung verbleibende Luft in Lunge) ● VC – Vitalkapazität ● VC(80%) + RV(20%) = totale Lungenkapazität Normalwerte atemmechanischer Parameter für etwa 25-jährige, 1,80m Männer und Frauen Parameter Symbol Totalkapazität TLC Vitalkapazität VC Residualvolumen Normalwert (relativ) Männer (in l) Frauen (in l) 7,0 6,2 80% von TLC 5,6 5,0 RV 20% von TLC 1,4 1,2 Funktionelles RV FRV 45% von TLC 3,2 2,8 Einsekundkapazität FEV1 80% von FVC 4,5 4,0 Vitalkapazität: ● Maximal mobilisierbares Lungenvolumen, gemessen bei langsamer Inspiration nach vorangegangener langsamer Exspiration ● Sollwerte sind abhängig von Geschlecht, Größe und Alter ● verminderte VC: ̶ restriktive Ventilationsstörungen (Gewebeverlust) ̶ stärkere obstruktive Störungen → Zunahme des Residualvolumens ̶ mit zunehmendem Alter Einsekundenkapazität nach Tiffeneau: FEV1 ● Nach langsamer tiefstmöglicher Einatmung, die in der ersten Sekunde mit maximaler Anstrengung schnellstmöglich ausgeatmete Luftmenge ● forciertes exspiratorisches Volumen in der 1. Sekunde Beurteilt werden der gemessene Absolutwert sowie der auf die IST-VC (Messwert) bezogene relative Wert ( FEV1 % VC) Normwerte des relativen FEV1 : > 75% der IST-VC Normwerte des relativen FEV1 : > 70% bei älteren Menschen Fluss- Volumen-Diagramm: Legende: PEF (peak exspiratory flow): ● exspiratorischer Spitzenfluss (l/sec) ● abhängig von Geschlecht, Alter, Körpergröße MEF (mean exspiratory flow): ● maximale Ausatmung bei 25, 50 und 75% der FVC PIF (peak inspiratory flow): ● inspiratorischer Spitzenfluss → Fluss-Volumen-Diagramm dient der Diagnose von Lungenobstruktionen z.B.: Eine isolierte Verminderung der MEF25 spricht für periphere Obstruktion der kleinen Atemwege (small airways) = typisch für Raucher Messung des Atem(wegs)widerstandes (Resistance = R) ● zum Nachweis oder Ausschluss einer endobronchialen Obstruktion ● Methode: Bodyplethysmograph ● Resistance erfasst vorwiegend eine Obstruktion in den größeren Atemwegen ● Obstruktionen in den kleineren Atemwegen können durch andere Verfahren erfasst werden 2.2.3 Pathophysilogie der Atmung Obstruktive Lungenerkrankung: ► Erhöhung des Strömungswiderstandes (Resistance) durch Schleim und Kontraktion der Bronchialmuskulatur → Behinderung bei der Ventilation der Alveolen Folgen: ● Hypoventilation eines Teils oder aller Alveolen ● vollkommener Ausfall der Ventilation der Alveole führt zu einem funktionell atriovenösem Shunt ● Hypoxie führt zur Kontraktion der versorgenden Gefäße und mindert damit den Blutfluss durch die minderbelüfteten Alveolen ● schwerfälliges Atmen (→ Luftnot - Dyspnoe) Restriktive Lungenerkrankung: ► Verminderung des funktionstüchtigen Lungenvolumens ● durch anatomischen Verlust an funktionstüchtigem Lungengewebe, durch z.B.: ̶ (Entfernung eines) Tumor in der Lunge ̶ Wasseransammlung in Lunge ̶ Pneumothorax ● funktionelle Einschränkung der Gasaustauschflächen Folgen: ● Abnahme der Diffusionsfläche ● Verminderung der Compliance, der VC, des funktionellen Residualvolumens (FRV) ● O2-Partialdruck im Blut erniedrigt Diffusionsfläche reduziert Parenchymverlust Gefäßfläche reduziert Diffusionsstörung Dehnbarkeit reduziert Gefäßwiderstand Hypoxie Dyspnoe pulmonaler Hochdruck Zusammenfassung: Restriktion Obstruktion VC geringer normal/ (geringer) FEV1 normal geringer TLC, RV geringer höher Resistance normal höher Folge führen erst relativ spät zu Blutgasveränderungen führen mit der Zeit zu einer Lungenüberblähung (obstruktives Emphysem) und relativ früh zu einer Hypoxämie (niedriger pO2) und dann auch Hyperkapnie (erhöhter pCO2) → obstruktive Störungen der Ventilation haben schwerwiegendere Folgen und machen zeitiger Beschwerden 2.3 Diffusion Gase üben nicht nur in einem Gasgemisch einen Druck aus, sondern auch in Flüssigkeiten in denen sie gelöst sind. → bringt man gasfreie Flüssigkeit mit Luft in Berührung, so diffundieren die Gase der Luft (entlang ihrem Partialdruckgradienten) solange in die Flüssigkeit, bis die Partialdrücke in der Luft und in der Flüssigkeit gleich hoch sind Normalwerte der alveolären Partialdrücke bei Ruheatmung: pO2 = 100 mmHg (13,3 kPa) pCO2 = 40 mmHg (5,3 kPa) Abhängigkeit der Diffusion: ● Konzentrationsgradienten führen zur Diffusion ● Länge der Diffusionsstrecke beeinflusst die Diffusion ● Größe der Diffusionsfläche beeinflusst die Diffusionsmenge Diffusionsstörungen: → Da die Löslichkeit von CO2 ca. 20x größer ist als die von O2 ist, führen Diffusionsstörungen zunächst nur zu einer Hypoxämie (Abnahme des Sauerstoffpartialdruckes im Blut) ohne Anstieg des pCO2 Aus methodischen Gründen bestimmt man nicht die Diffusionskapazität für O2; sondern für CO2 (DLCO). Raucher haben auf Grund des erhöhten COHb-Gehaltes ihres Blutes erniedrigte DLCOWerte. 2.4 Perfusion Ursachen gestörter Perfusion (Durchblutung der Lunge): ● Störung der arteriellen Blutzufuhr ̶ z.B. Lungenembolien ● Beeinträchtigung des Kapillarbettes ̶ Schwund der Kapillaren bei destruktiven Lungenerkrankungen ̶ Alveolokapillärer Reflex (Euler-Liljenstrand) (Alveoläre Hypoventilation führt zur Konstriktion der kleinen Lungenarterien im unbelüfteten Lungenbereich → Blutumleitung in belüftete Bereiche) ● Störungen des venösen Abflusses (von Lunge zum Herzen) ̶ z.B. Linksherzinsuffizienz oder Mitralstenose Alveolokapillärer Reflex / Euler-Liljestrand-Reflex: → beschreibt den Zusammenhang zwischen der Belüftung und der Durchblutung der Lunge ● wird Belüftung der Lunge in einem Teil eingeschränkt, führt das zu lokalem Sauerstoffmangel (Hypoxie) und zur reflektorischen Konstriktion der Blutgefäße in diesem Lungenabschnitt (hypoxische pulmonale Vasokonstriktion) ● dadurch wird verhindert, dass Blut die Lunge passieren kann, ohne oxygeniert zu werden 2.5 Blutgasanalyse → Wesentliche Aufgaben der Lunge sind: ● Oxygenierung des Blutes durch Aufnahme von O2 ● Abgabe von CO2 (und damit u.a. Regulierung des Säure-Basen-Haushaltes des Körpers) Messparameter, die den Erfolg (Wirkungsgrad) der Atmung beurteilen, sind: Arterieller pO2 arterielle O2-Sättigung Normbereiche: 72 – 107 mmHg > 94% 40 mmHg < 80% Grenzwert: Kohlenstoffdioxidpartialdruck und pH-Wert: → pCO2: 34-46 mmHg entspricht pH-Wert: 7,36 – 7,44 2.6 Spiroergometrie → Methode zur quantitativen Bestimmung der körperlichen Leistungsfähigkeit (Radfahren und Atemmessung) ● bei steigender Belastung erfolgt die Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme ● Anstieg von Kalium im Plasma führt zu ̶ Sensibilisierung von Afferenzen (Nerven von Peripherie zum Zentrum) ̶ Aktivierung der Chemorezeptoren → Anstieg der Ventilation ● Beurteilung und Definierung von individuellen Belastungsbereichen Ventilatorische Schwelle liegt bei ca. 70% der max. Leistung (Pmax) 3. Funktion der Niere 3.1. Anatomische Grundlagen 3.1.1 Nierenmark: ● Aufbau aus pyramidenförmigen Gewebestrukturen (10 – 12 Markpyramiden pro Niere) ● Nierenpyramiden zeigen mit Basis nach außen und mit Spitze nach innen zum Hilum ● Spitzen (Papillen) reichen frei in den Hohlraum der Nierenkelche (Calix renalis) ● Nierenkelche schließen sich in variabler Form zum Nierenbecken (Pelvis renalis) zusammen ● aus Nierenbecken geht der Harnleiter (Ureter) hervor 3.1.2 Feinbau der Niere Unterteilung des Tubulussystems: ● Nephron ̶ ist die funktionelle Untereinheit der Niere ̶ besteht aus: ◦ Nierenkörperchen (corpusculum renale): Glomerulum und Bowman-Kapsel ◦ Nierenkanälchen (Tubuli) ● Sammelrohr (Tubulus renalis colligens): ̶ feines Rohr für den Abfluss des Harns aus den Nephronen ̶ Sammelrohre verlaufen von der Nierenrinde durch das Nierenmark und münden in den Nierenpapillengang (Ductus papilaris) und dieser wiederum in das Nierenbecken Aufbau und Aufgaben des Tubulussystems: Nephron: → hier wird im Bereich des Nierenkörperchens der Primärharn aus dem Blut abfiltriert, anschließend werden im Tubulssystem bestimmte Stoffe resorbiert bzw. sezerniert, wodurch der eigentliche Harn (Endharn) entsteht ● Nierenkörperchen: (corpusculum renale) ̶ Glomerulum: Gefäßknäuel, durch dessen gefensterte Kapillarwände der Primärharn abfiltriert wird ◦ vas afferens: zuleitendes Blutgefäß ◦ vas efferens: ableitendes Gefäß ̶ Bowman-Kapsel: Aufnahme des Primärharns (in Lumen zwischen den Epithelwänden) und Ableitung in proximalen Tubulus ● Tubulus-System: → Primärharn tritt aus Nierenkörperchen in proximalen Tubulus und Henlesche Schleife, danach in distalen Tubulus und Sammelrohr (Tubulus renalis colligens) ̶ Hauptstück (Tubulus proximalis): ◦ führt in das Nierenmark ◦ Rückgewinnung der im Primärharn enthaltenen wertvollen Verbindungen (Glucose, Aminosäuren, Elektrolyte) ◦ aktive Aufnahme von Schadstoffen aus umgebenden Blutgefäßen ̶ Überleitungsstück (Tubulus attenuatus): ◦ zieht von Nierenmark in Richtung Rinde ◦ hier wird dem Harn vor allem Wasser entzogen ̶ Mittelstück (Tubulus distalis): ◦ beginnt im Nierenmark und zieht in die Nierenrinde, mündet in ein Sammelrohr ◦ hier wird dem Harn NaCl entzogen und in Nierenmark abgegeben, wo das NaCl über die Kapillaren wieder in den Blutkreislauf gelangt (aktiver Transport der Na+ über Ionenkanäle, Cl- wandert passiv nach) Sammelrohr: ● feines Rohr für den Abfluss des Harns aus den Nephronen, münden in den Nierenpapillengang (Ductus papilaris) ● Epithel ist normalerweise kaum wasserdurchlässig ● durch Hormon ADH (Anti-Diuretisches Hormon) kann diese Permeabilität durch den Einsatz von Aquaporinen (AQP2 - Wasserkanäle) in die Plasmamembran gesteigert werden, wodurch H20 in das hypertone Nierenmark tritt 3.2 Aufgaben der Niere ● Ausscheidung: → harnpflichtige Substanzen: Abfallstoffe, nicht weiter benötigte Endprodukte von Stoffwechselvorgängen (z.B. Harnsäure, Harnstoff, Kreatinin, Ammonium) ● Regulation: ̶ Wasserhaushalt des Körpers ̶ Blutdruck (langfristig) ̶ Säure-Base-Haushalt des Körpers ̶ Gehalt der im Blut gelösten Stoffe (Homöostase): Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphat, Bicarbonat ● Hormonbildung 3.2.1 Funktionsprinzip der Niere - Filtration des Blutes ● im Glomerulus wird aus dem Blut ein sehr großes Flüssigkeitsvolumen in Tubulus abfiltriert ̶ durch Druck in vas afferens wird Flüssigkeit und Partikel durch die Poren gedrückt ̶ Glomerulusfiltrat → Primärharn = Wasser + kleinmolekulare Stoffe des Plasmas ● anschließende Filtration der Bestandteile des Primärharn im Tubulus und Sammelrohr → Re(ab)sorption (Rücktransport) benötigter Stoffe ins Blut ̶ je nach Substanz in unterschiedlichem Ausmaß ̶ je nach Bedarf in wechselnder Menge (Na, H20) ● der Rest des Filtrats wird mit dem Urin ausgeschieden (Exkretion) ● Stoffe die den Körper besonders schnell verlassen sollen, werden nicht filtriert, sondern zusätzlich von den Tubuluszellen in das Tubuluslumen transportiert (Sekretion) 3.2.2 Funktionsprüfung der Niere Größen: Glomeruläre Filtration: ● GFR = glomeruläre Filtrationsrate → Flüssigkeit, die von allen Glomeruli pro Zeit filtriert wird: ca. 120ml/min → ca. 180l/Tag ● bei 180l/Tag und etwa 1-2 l/Tag Urinausscheidung (Urinzeitvolumen = Vu) ergibt sich: ● ca. 99% tubuläre Resorption von H20 ̶ fraktionelle Ausscheidung (FE) von H20 = 1% der GFR ̶ Wasserresorption abhängig von Hormonen, die je nach Bedarf ausgeschüttet werden Filtrationsfraktion (FF): ● ist der in den Glomeruli filtrierte Anteil des Blutplasmadurchflusses ● FF = GFR / RPF (renaler Plasmafluss) → ca. 20% bei gesunden Menschen ● FF kann durch das Hormon Atriopeptin erhöht werden → Atriopeptin erhöht den Filtrationsdruck (Peff) in den Glomeruluskapillaren (vas afferens), dadurch wird mehr Flüssigkeit durch die Poren gepresst Der effektive Filtrationsdruck (Peff): → treibende Kraft der Filtration ● ergibt sich aus Blutdruck in Glomeruluskapillaren (Pkap) abzüglich des Drucks in der Bowman-Kapsel (Pbow) und des kolloidosmotischen Drucks im Plasma (πkap) Peff = Pkap – Pbow – πkap Peff = Peff = Pkap etwa 48 mmHg – Pbow etwa 13 mmHg – πkap etwa 25-35 mmHg 10 mmHg am Kapillaranfang 0 mmHg am Kapillarende → wegen der hohen FF (mehr Flüssigkeit wird durch Poren der Gefäße gedrückt) steigt die Plasmaproteinkonzentration entlang der Glomeruluskapillare an, damit steigt πkap an und Peff sinkt ab Messung der GFR: ● um die GFR ermitteln zu können, wird die Clearence einer Markersubstanz betrachtet, die im Tubulussystem der Niere weder sezerniert noch rückresorbiert wird ● Indikatorsubstanz mit folgenden Eigenschaften wird benötigt: ̶ frei filtrierbar ̶ die gefilterte Menge darf sich nicht durch Sekretion oder Resorption ändern ̶ darf nicht in der Niere verstoffwechselt werden ̶ darf die Nierenfunktion nicht beeinflussen ● mögliche Indikatoren: ̶ Inulin (exogen) ̶ Kreatinin (endogen) Berechnung: ● die filtrierte Indikatormenge pro Zeit ist: Plasmakonzentration x GFR ● die gleiche Indikatormenge pro Zeit ergibt sich im Urin: Urinkonzentration x absolute Ausscheidungsrate Vu → Daraus ergibt sich: PIn x GFR = UIn x Vu GFR = (UIn x Vu) / PIn (oder Clearence von Inulin) UIn - Inulinkonzentration im Urin (g/l) Vu - absolute Ausscheidungsrate (ml/min) PIn - Plasmakonzentration von Inulin (g/l) GFR - glomeruläre Filtrationsrate (ml/min) Clearence: (→bezieht sich auf Indikatorsubstanz) ● bezeichnet die Menge einer Substanz, die pro Zeiteinheit aus dem Blut durch die Nieren entfernt wird ● Einteilung der Nierenfunktionsleistung in Stufen: ̶ Stufe I: > 90 normale oder erhöhte GFR ̶ Stufe II: 60 – 89 geringgradiger Funktionsverlust ̶ Stufe III: 30 – 59 mittelgradiger Funktionsverlust ̶ Stufe IV: 15 – 29 schwerer Funktionsverlust ̶ Stufe V: < 15 Nierenversagen ● das Verhältnis Clearence einer Substanz X (z.B. ein Medikament) zur Inulin-Clearence ist gleichbedeutend mit der fraktionellen Ausscheidung FE (= fraktionelle Exkretion) der Substanz X FE = (Cx/Cln) → der Quotient gibt an, welcher Anteil der filtrierten Menge von X ausgeschieden wird: FE < 1 : X wird durch Resorption aus dem Tubulus entfernt FE > 1 : es findet zusätzlich zur Filtration eine Sekretion in dem Tubulus statt FE = 1 : keine zusätzliche Sekretion 3.3 Hormonwirkung 3.3.1 ADH (Antidiuretisches Hormon) Wirkung: (Peripher ist das ADH ein Dursthormon) ● Wassermangel im Organismus → Blutserum wird hyperton (dickflüssig → hoher Druck) ● Osmorezeptoren im Hypothalamus registrieren Blutkonzentration und bewirken Freisetzung von ADH → wird über Blut zu Epithelzellen des Sammelrohrs transportiert ● ADH koppelt an membranständige Rezeptoren – Freisetzung von Calcium – Andocken von Vesikeln – Einbau der Wasserkanäle (AQP2) in Membran ● durch die Aquaporine gelangt Wasser zurück ins Blut ● Koffein,Teein, Alkohol wirken gegen ADH → verstärkte Ausscheidung 3.3.2 Renin-Angiotensin-Aldosteron System Renin-Angiotensin-Aldosteron System (Abk. RAAS): → Kaskade von verschiedenen Hormonen und Enzymen (ähnlich der Blutgerinnungskaskade) mit folgenden Aufgaben: ● Steuerung des Salz- und Wasserhaushalts des Körpers ● reguliert langfristig den Blutdruck und wirkt starken Blutdruckabfall entgegen Am Anfang der Kaskade steht die Freisetzung des Enzyms Renins aus juxtaglomerulären Apparat: Juxtaglomerulärer Apparat: ● spezialisierte Anteile der Bowman-Kapsel ● Bildung und Ausschüttung von Renin ● Messung der Kennwerte: Blutdruck im Vas afferens, Salzgehalt des Harns im Harnkanälchen ● reagiert zudem auf Signale des vegetativen Nervensystems Renin (lat. ren „Niere): ● Enzym, gebildet in der Niere (Zellen des juxtaglomerulären Apparates) ● Ausschüttung bei: ̶ niedrigem Blutdruck im vas afferens des Nierenkörperchens ̶ Abnahme der Flüssigkeitsmenge, die in den Nierenkörperchen abfiltriert wird ̶ geringerem Salzgehalt des Blutes ̶ Aktivierung des Sympathikus: Wirkung von Katecholaminen via ß-Adrenorezeptoren → Renin wird immer dann freigesetzt, wenn der Blutdruck (in der Niere) abfällt und/oder ein Verlust an Kochsalz und Wasser (und damit Blutvolumen) auftritt bzw. der Körper belastet wird Angiotensinogen: ● Protein und Prohormon (Hormonvorläufer) ● wird in der Leber gebildet und zirkuliert im menschlichen Blutplasma ● wird durch Renin in Angiotensin I umgewandelt Angiotensin I: ● wird im Organismus enzymatisch durch Renin aus Angiotensinogen gebildet ● ist selbst weitgehend inaktiv ● wird in Gegenwart des ACE (Angiotensin Coverting Enzyme) in Angiotensin II gespalten Angiotensin II: ● blutgefäß-kontrahierende Wirkungen → steigender Blutdruck in der Niere ● bewirkt Ausschüttung von Aldosteron in Nebennierenmark Aldosteron: ● natürliches Steroidhormon, wird aus Cholesterin gebildet (zählt zu den Mineralocorticoiden) ● gebildet in der Zona glomerulosa – der äußersten Schicht der Nebennierenrinde ● wird bei Flüssigkeitsmangel vermehrt ausgeschüttet (gelegentlich als Dursthormon bezeichnet) ● Ausschüttung steigt durch: ̶ Verminderung von Blutvolumen und Blutdruck (vermittelt über Angiotensin II über AT1Rezeptoren) ̶ Hyperkaliämie (zu hohe Kaliumkonzentration im Blut) ● Einfluss anderer Stoffe: ̶ Natrium: steigt das Natrium im Blut, wird die Biosynthese gehemmt, sinkt das Natrium, ist sie stimuliert ̶ ACTH: stimuliert die Aldosteron-Synthese in der Nebenniere ̶ Atriopeptin: hemmt die Ausschüttung → Blutdruck in der Niere autoreguliert (ist daher relativ unabhängig von Körperblutdruck) 3.4 Resorption und Sekretion - Transportvorgänge am Nephron 3.4.1 Aktive tubuläre Sekretion → Aktive tubuläre Sekretion beschleunigt die Ausscheidung von unerwünschten Stoffen (z.B. Medikamente und körpereigene Abbauprodukte wie die Harnsäure, Harnstoff, Ammoniak) Die Ausscheidung wird mit Hilfe von aktiven Transportern (Carrier) gewährleistet: ● Carrier-Systeme transportieren nur bestimmte Stoffgruppen ● Kapazität ist begrenzt ● Carrier sind nicht spezifisch: → ein Carrier nimmt alle zu einer bestimmten Gruppe chemischer Elemente gehörenden Substanzen auf ● Gesamtmenge der Abbauprodukte kann u.U. die zur Verfügung stehende Kapazität der speziellen Carrier übersteigen ̶ Abbauprodukte bleiben übrig, die weiter im Blut zirkulieren ̶ dies kann bei Medikamenten zu Wechselwirkungen oder Einschränkung/Erhöhung der Wirkung kommen 3.4.2 Rückresorption → viele Substanzen, die im Primärharn enthalten sind, werden vom Körper benötigt und müssen daher ins Blut zurückgeholt werden: ● Elektrolyte wie Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid und Bikarbonat ● Kohlenhydrate ● Aminosäuren Transportarten: Passive Transporte: → Stoffe gelangen ohne weiteren Energieaufwand in Nachfolge von anderen (aktiv transportierten) Stoffen zurück: ● bei Elektrolyten werden einzelne Ionen jeweils passiv von geringer Menge Wasser „verfolgt“, das sich an das Ion anhängt → so gelangen 2/3 des Wassers im Primärharn zurück ins Blut ● Cl-Ionen folgen über weite Strecken passiv den Na-Ionen, weil sie ein elektrisches Gegenstück sind Aktive Transporte: → Durchtritt eines Stoffes durch eine Membran funktioniert nur, wenn Stoffaustausch stattfindet ● Stoffaustausch wird als Pumpmechanismus bezeichnet ● Beispiel ist die Natrium-Wasserstoff-Pumpe: H-Ion (Wasserstoff), wird in den Harn abgegeben und gleichzeitig ein Na-Ion in die Zelle aufgenommen Resorption organischer Stoffe: x: - Glukose - Aminosäuren - Phosphat - Lactat a: - Na+-Symport b: - Carrier-Transport Die Rückresorption von Aminosäuren und Glukose ● diese Stoffe unterliegen einem Schwellenwert → Rückresorption ist begrenzt ● Übersteigt die Menge der im Primärharn gelösten Stoffe diesen Schwellenwert, so wird der Überschuss mit dem Harn ausgeschieden. ● z.B. bei Diabetes mellitus: wegen fehlendem Abbau zu viel Glukose im Blut → Ausscheidung 3.4.3 Übersicht Transportvorgänge im Tubulussystem: Wasserresorption und -ausscheidung Proximaler Tubulus ● 2/3 des Wassers ● 2/3 der Na+-Ionen ● 100 % der Glucose ● viele Ionen (u.a. Cl, K, Ca) ● Aminosäuren, Peptide ● Reststoffe, ca. 4x konzentriert ● Osmolarität nicht verändert Henlesche Schleife:(aufsteigend, dünn) ● gute Resorption von NaCl (passiv) ● Osmolorität von Harn sinkt Resorption Distaler Tubulus: ● gute Resorption von Na, Cl, HCO3 ● Sekretion von K, H, NH3 Sammelrohr: ● Harnkonzentration durch Wasseraustritt Verteilung wichtiger Transportvorgänge entlang des Nephrons 4. Blut, Gerinnung und Immunsystem 4.1 Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes → Blut ist ein flüssiges Organ Aufgaben: ● Transportfunktion: ̶ von Sauerstoff aus der Lunge in Gewebe ̶ von Kohlendioxid aus den Geweben in die Lunge ̶ von Nährstoffen und Stoffwechselprodukten ̶ von Vitaminen, Hormonen und Elektrolyten ̶ von Wärme (bei Belastung, Wärme wird über Haut wieder nach außen abgegeben) ● Schutzfunktion: ̶ gegen eingedrungene Fremdsubstanzen und Fremdkörper ̶ Gerinnung ● Pufferfunktion/Regulationsfunktion: ̶ Konstanthaltung des Gleichgewichts chemischer Prozesse (pH-Wert, Bikarbonat, Lactat) ● Signalübermittlung (Hormone) 4.2 Bestandteile des Blutes → Blut besteht aus 2 Bestandteilen: Blut Plasma (56%) Serum Wasser Zellige Bestandteile (Hämatokrit) (44%) Gerinnungsfaktoren (insb. Fibrinogen) Mineralstoffe Nährstoffe Erythrozyten Leukozyten Thrombozyten Granulozyten (57%) Monozyten (4%) Lymphozyten (6%) Neutrophile GZ Eosinophile GZ Basophile GZ Gase Stoffwechselprodukte Blutzellen und ihre Funktion: Erythrozyten: • Transport von Sauerstoff, Mitwirkung beim CO2 Transport • pH-Pufferung Leukozyten: • drei Zellreihen der Leukozyten (Granulozyten, Monozyten, Lymphozyten) • wesentlichen Bestandteile bzw. Vermittler der unspezifischen und spezifischen zellulären und humoralen Abwehr Thrombozyten: • Hauptfunktion ist Mitwirkung bei der Blutstillung 4.3 Blutbildung – Hämatopoese → alle Blutzellen entstehen aus pluripotenter hämopoetischer Stammzelle (Hämozytoblast) im Knochenmark Hämatopoese durch Vielzahl an Wachstumsfaktoren gesteuert: ● Aufgabe der Wachstumsfaktoren: Steuerung der ̶ Proliferation (Zellwachstum) ̶ Differenzierung (Unterscheidung) ̶ Funktion der einzelne Zellelemente ● Arten der Wachstumsfaktoren: ̶ zahlreiche Interleukine ( IL 1-8), ̶ koloniestimulierende Faktoren (CSF) ̶ Erythropoietin (EPO). 4.4 Erythrozyten und Hämoglobin 4.4.1 Erythrozytenbildung IM KNOCHENMARK pluripotente hämopoetische Stammzelle - Wachstumsfaktoren IL-1,3,6 und CSF Erythroide Stammzelle - Erythropoietin → Hämoglobinsynthese Erythroblast (verlässt Knochenmark und wird ins Blut abgegeben) - Verlust des Zellkerns Reticulozyt - Abgabe ins Blut - Verlust der restlichen Zellorganellen Erythrozyt Lebensdauer 100 – 120 Tage 4.4.2 Funktion und Struktur der Erythrozyten Funktion: → Gastransport (O2 und CO2) Struktur, Zusammensetzung und Stoffwechsel → sind angepasst an Aufgaben: ● große Oberfläche → ermöglicht erhöhten Diffusionsquerschnitt ● Zellmembran: kein Widerstand bei der Diffusion von O2 und CO2 ● mit Hämoglobin ausgefüllt (wichtig für O2 und CO2 Transport) ● Stoffwechsel auf Funktionsfähigkeit des Hb und Stabilität der Zellstruktur ausgerichtet Erythrozytenstoffwechsel: ● keine Zellatmung (da keine Mitochondrien vorhanden) ● Erythrozyten sind auf Glucose als Energielieferant angewiesen → durch Glycolyse: Umwandlung von Glucose in Laktat ● Die Glykolyse liefert das ATP ● ATP wichtig für die Erhaltung der Struktur und Funktion der Zelle ● Na-K-ATPase in der Erythrozytenmembran Flexibilität der Erythrozytenstruktur: → Funktion des Gastransportes nur mit flexiblen und aufnahmefähigen Erythrozyten möglich Test in der Milz: ● zum Passieren der Kapillaren und engen Milzpforten werden hohe Anforderungen an die Flexibilität, Deformierbarkeit und Dauerhaftigkeit der Erythrozyten gestellt ● Aussortierung der überalterten oder durch Membrandefekte geschädigte Blutzellen ● Abbau der alten Zellen durch Makrophagen („Fresszellen“) → Die Milz arbeitet als Sieb/Filter für das Blut: 4.4.3 Hämoglobin ● ist der rote Farbstoff der Erythrozyten ● ist ein globuläres (kugelförmiges) Protein mit 4 Untereinheiten ● jede Untereinheit trägt ein Hämmolekül, das fest verbunden mit einem Hämeisen (Fe2+) ist ● jedes Fe2+ kann reversibel 1 Molekül Sauerstoff binden, folglich kann ein Hämoglobinmolekül 4 Sauerstoffmoleküle binden Hämoglobin (Tetramer) + 4 O2 = Hb (O2)4 → Gesamtbestand im Körper: (bei einem gesunden 70kg Menschen - ca. 800g) Mann: 140-180g/Liter Frau: 120-160g/Liter 4.5 Blutplasma Proteine im Serum und Plasma und ihre Funktionen: Protein Konzentration (g/liter) Ausgewählte Funktion Albumin 35-40 - Kolloidosmotischer Druck - Transport von Fettsäuren, Bilirubin, Pharmaka, Vitamine und Ca2+ , Mg2+ α1 – Globuline (Antitrypsin) 1,3 – 4 - Transport von Lipiden, Thyroxin und Nebennierenrindenhormonen α2 – Globuline 4–9 - Schutz vor Eisenverlust durch Bindung von freien Hämoglobin bei der Hämolyse β - Globuline 6 – 11 - Transport von Lipiden und Eisen - Komplementprotein y - Globuline 7 – 15 - Mehrzahl der zirkulierenden Antikörper Fibrinogen 2 – 4,5 - Blutgerinnung, Vorstufe von Fibrin Prothrombin 0,13 – 0,15 - Blutgerinnung, Vorstufe von Thrombin Im Serum Im Plasma Niedermolekulare Bestandteile des Blutplasmas: (keine Funktion) Bestandteil Konzentration (mg/ 100ml) Konzentration (mmol/l) Glucose (Nüchternzucker) 90 5 Freie Fettsäuren 10-20 0,3 – 0,6 Triglyceride 100 11 Phospholipide 200 2,6 Cholesterin 150 4 Laktat 9 1 Pyruvat 0,6 0,06 Citrat 2 0,1 Ketonkörper 0,8 0,15 Bestandteil Konzentration (mg/ 100ml) Konzentration (mmol/l) Harnstoff 30 5 Kreatinin 4 0,1 Reststickstoffverbindungen: Freie Aminosäuren 0,4 Elektrolyte 290 mosmol/l Lipoproteine des Blutplasmas: → haben eine große Bedeutung für den Transport und den Stoffwechsel der Lipide Einteilung der Lipoproteine in 4 Klassen: ● Chylomikronen: entstehen im Darm ● Lipoproteine mit sehr niedrigen Dichte ̶ VLDL (very-low-density-lipoproteins) ̶ entstehen in der Leber ● Lipoproteine mit niedriger Dichte ̶ LDL (low-density-lipoproteins) ̶ entstehen im Blut durch Abbau von VLDL ● Lipoproteine mit hoher Dichte ̶ HDL (high-density-lipoproteins) ̶ entstehen in Leber und Darm Cholesterin, HDL und LDL: → es besteht ein enge Korrelation zwischen dem Plasma- Cholesterin- Spiegel, der Arteriosklerose und dem Herzinfarkt ● Gesamtcholesterinspiegel, abhängig von: ̶ Menge durch Aufnahme mit der Nahrung ̶ endogenen Synthese des Cholesterins in der Leber, Darm und Haut ̶ Ausscheidung des Cholesterins ● LDL – Cholesterinspiegel: ̶ LDL transportiert das Cholesterin in extrahepatische Gewebe (weg von der Leber) ● HDL – Cholesterinspiegel: ̶ HDL transportiert das Cholesterin vom Plasma und extrahepatischen Zellen zur Leber und ̶ steroidhormonproduzierenden Drüsen (Nebenniere) Konzentration beeinflusst somit die Verwertung des Cholesterins ● Quotient: LDL / HDL stellt das Arteriosklerotische Risiko ( Herzinfarktrisiko) dar: < 3 Zielwert; 3-5 gesteigertes Risiko; > 5 hohes Risiko 4.6 Blutgruppe das AB0-Blutgruppen-System → Unterscheidung von Antigenen und Antikörpern im Blut: ● Antigene: ̶ Erythrozyten besitzen auf Oberfläche Antigene (auf Membran des Erythrozyt gelagert) ̶ Vorkommen der Antigene: A, B, beide (AB) oder keine (0) auf Erythrozyten ● Antikörper: ̶ Antikörper im Blutplasma gegen die fehlenden Antigene ◦ A → Antikörper gegen B und umgekehrt ◦ AB → keine Antikörper ◦ 0 → Antikörper gegen A und B Blutverträglichkeit bei Blutplasma Blutgruppenverträglichkeit bei Erythrozyten („rotes Blut“) Empfänger Spender Empfänger Spender 0 AB, A, B und 0 0 0 A A und AB A A und 0 B B und AB B B und 0 AB AB AB AB, A, B und 0 4.7 Thrombozyten und Blutstillung 4.7.1 Thrombozyten (Blutplättchen) Eigenschaften: ● kernlos aber organellenreich (Lysosomen, Mitochondrien) ● bilden vasoaktive (gefäßaktive) Substanzen (Thromboxan A2 - TxA2, führt zur Gefäßverengung) Bedeutung/ Aufgaben: → sehr wichtige biologische Rolle im Gefäßsystem: Blutstillung ● Unter normalen Bedingungen haften Thrombozyten nicht an gesunden Arterienwänden an und werden auch nicht vom Gefäßendothel aktiviert. ● An der Stelle einer Verletzung haften Thrombozyten jedoch am Endothel an, werden aktiviert, lösen die Rekrutierung von weiteren Thrombozyten aus und bilden schließlich einen Thrombozytenthrombus. Form und Formveränderung der Thrombozyten inaktive Form aktivierte Form - flach, glatt - keine „Reibungsstellen“ 4.7.2 Phasen der Thrombozytenaktivierung - rau, stachlig, rund - Rezeptoren für Fibrin ausgeworfen 1. Thrombozytenadhäsion ● Gefäßschädigung (Plaqueruptur) → Thrombozyten kommen und heften sich an die Ruptur, über spezifischen Kollagenrezeptor (aus Glykoproteinen – GPs) ● Interaktion wird durch 'Von-Willenbrand-Faktor' (ein Adhäsions-GP) stabilisiert → Thrombozyten können trotz der ausgeprägten Scherkräfte durch Blutstrom an Gefäßwand haften ● Fibrinogen vernetzt benachbarte Thrombozyten über den Thrombozyten-GPIIb/IIIa-Komplex (Rezeptor) 2. Thrombozytenaktivierung ● Aktivierung der Thrombozyten, schütten ADP und Thromboxan A2 aus, Veränderung der Form → Bildung eines Thrombus ● von Thrombozyten freigesetzte Substanzen, vor allem ADP, Serotonin, Thromboxan u.a. können, die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten weiter verstärken → Unter diesen Bedingungen kommt es auch zur Aktivierung der Gerinnungskaskade; daher bildet sich Thrombin, das die Thrombozytenaktivierung ebenfalls stark stimuliert. 3. Thrombozytenaggregation ● Aktivierte Thrombozyten verändern ihre Form ̶ Zellmembranveränderungen, die zur weiteren Aggregation und Gerinnung wichtig sind ̶ Anheftstellen für Fibrinogen werden freigemacht ● bilden festen verschlossenen Thrombus bis zur Ausheilung Hemmung der Thrombozytenaggregation ASS – Aspirin, Aggregationhemmer C – Clopidogrel, Rezeptorblocker COX – Cyclooxygenase TXA2 – Thromboxan A2 C ADP ADP GP IIb/ IIIa Fibrinogenrezeptor Kollagen, Thrombin, TxA2 COX ASS TxA2 Aktivierung 4.8 Hämostase – Blutgerinnung Blutgerinnung: ► Komplex von Vorgängen, die geschlossenen Blutkreislauf vor Schäden schützen, indem Austritt von Blut aus Gefäßen verhindert und geschlossener Kreislauf wieder hergestellt wird → Zusammenwirken von zellulären und humoralen Bestandteilen des Blutes mit der Gefäßwand 4 überlappende Stadien: ● 1. Lokale Vasokonstriktion ● 2. Bildung eines primären Thrombozytenthrombus (weiß, nicht stabilisiert) ● 3. Bildung von Fibrin (sekundärer „roter“ Thrombus, netzartig umspannt) ● 4. Auflösung des Fibrins (Fibrinolyse; nach Ausheilung der Ruptur) 1. Lokale Vasokonstriktion ● unmittelbar nach Entstehung einer Schnittwunde tritt Gefäßkontraktion ein ● resultiert aus: ̶ Reflektorischer Erregung der sympathischen Nervenendigungen ̶ Serotonin (aus Thrombozyten) ̶ Thromboxan A2 (aus Thrombozyten) ● dies bleibt stark lokal begrenzt (durch Wirkung von Prostacyclin) 2. Bildung eines primären Thrombozytenthrombus → siehe 4.7 3. Bildung von Fibrin (sekundärer „roter“ Thrombus) Gefäßverletzung Gefäßverengung und Pfropfenbildung Fibrinogen (Faktor I) Prothrombin (Faktor II) Gerinnung Fibrin „geronnes Blut“ (Fibrin-Netzwerk) Thrombin Faktor X (zentraler Gerinnungsfaktor) Vitamin K hat Einfluss an den Faktoren 2, 7, 9, 10 Faktoren werden in der Leber gebildet weitere Faktoren 4. Auflösung des Fibrins (Fibrinolyse) Prothrombin Thrombin Fibrinogen Plasminogen Plasminogen-Aktivatoren - körpereigene TPA - Lyse-Medikamente Fibrin Plasmin Fibrin-Spaltprodukte ThrombinHemmstoffe: -Heparin -FSP Vitamin K und Blutgerinnung ● viele Faktoren sind Vitamin-K abhängig, damit sie in der Leber gebildet werden können ● Vitamin-K sorgt für intakte Calcium-Rezeptoren an den Gerinnungsfaktoren Vitamin K-Antagonisten (Cumarine) ● In der Abwesenheit von Vitamin K oder bei der Anwesenheit von K-Antagonisten werden biologisch inaktive Formen der 4 Faktoren in der Leber gebildet → Verlängerung des Gerinnungsprozess, da aktive Faktoren reduziert vorhanden Hemmung der Blutgerinnung: Thrombozyten Fibrin Thrombozytenfunktionshemmer: - Aspirin - GP IIb/IIIa Inhibitoren - Clopidogrel Fibrinolytika: - tPA - Streptokinase Thrombin Antithrombin-Therapie: - unfrakt. Heparin - niedermol. Heparin - direkte Thrombininhibitoren 4.9 Immunsystem 4.9.1 Unterteilung → Immunabwehr lässt sich je nach Funktionsweise und Erwerb grundlegend unterteilen angeborene oder unspezifische Abwehr ● von Geburt an vorhanden, Informationen zur Abwehr von Mutter weitergegeben ● ungezielte Zerstörung von Fremdkörpern ● Bestandteile: ̶ anatomische und physiologische Barrieren wie Epithelien ̶ zellvermittelte Gegenwehr ̶ allgemein entzündliche Reaktionen ● zellvermittelte Abwehr: ̶ Phagozytose: Makrophagen, neutrophile Granulozyten → sind in der Lage, den Angreifer (Erreger) selbst zu vernichten („search and destroy“) ̶ Vermittler: eosinophile Granulozyten, Dendritische Zellen, Epithelzellen → versetzen den Organismus durch Produktion von Botenstoffen (Interleukine) in eine Art Alarmzustand und können so die Immunreaktion noch verstärken ● Wirkung der Botenstoffe: ̶ Entzündung und Fieber ̶ Überreaktionen: Heuschnupfen (Histamine = Botenstoffe) adaptive oder spezifische Abwehr ● Anpassungsfähigkeit gegenüber neuen oder veränderten Krankheitserregern ● gezielte zelluläre Abwehrmechanismen: ̶ Erkennung spezifischer Strukturen (Antigene) der Angreifer ̶ Antigenpräsentierenden Zellen (Dendritischen Zellen) vermitteln Abwehrzellen die „Feindstruktur“ ̶ Abwehrzellen (T-Lymphozyten und B-Lymphozyten) vernichten Feind direkt oder bilden molekulare Antikörper ̶ reagiert unterschiedlich – je nach Lokalisation des Pathogens: Für Keime im extrazellulären Bereich werden Antikörper bereit gestellt, zur Eliminierung von intrazellulären Pathogenen ist eine zellvermittelte Immunantwort nötig ● Sytem hat Fähigkeit sich Strukturen der Angreifer zu merken - „Behaltenseffekt“ → schnellere Erkennung/Abwehr bei Neuinfizierung möglich Die beiden Bestandteile des Immunsystems bedingen sich gegenseitig – erst durch ein gut koordiniertes Zusammenspiel der angeborenen und adaptiven Immunabwehr wird die komplexe Immunreaktion des Körpers ermöglicht. Vergleich Angeborene (natürliche) Immunität: • ist bereits vor Antigenkontakt entsprechend ausgebildet • tritt als erstes in Aktion • unspezifische Abwehr – nicht auf spezielles Antigen gerichtet • erkennt ganz bestimmte Strukturen an der Oberfläche von Erregern (müssen jedoch nicht spezifisch für diesen Erreger sein) • kann – insbesondere durch Mediatoren – nach Kontakt mit Erregern in ihrer Wirksamkeit gesteigert werden spezifische (erworbene) Immunität: • zeigt eine verzögerte Reaktion beim ersten Kontakt • Spezifität: ̵ genaue Fremd- / Selbst-Unterscheidung ̵ Vorgehen nur gegen markierte Pathogene (oder sehr ähnliche) • erinnert sich an frühere Antigenkontakte und kann somit bei wiederholtem Kontakt auf andere (raschere) Art reagieren 4.9.2 Zellentwicklung → alle Blutzellen entstehen aus pluripotenter hämopoetischer Stammzelle (Hämozytoblast) im Knochenmark Zwei Entwicklungslinien: Die lymphoide Reihe: Die myeloide Reihe: • T-Lymphozyten (T-Zellen) • B-Lymphozyten (B-Zellen) • natürliche Killerzellen (NK-Zellen) • Granulozyten (Neutrophile, Eosinophile, Basophile) • Dendritische Zellen, Langerhans Zellen • Monozyten, Makrophagen Myeloide Zellen: ● Mastzellen: ̶ Unterteilung in Bindegewebsmastzellen und Schleimhautmastzellen ̶ regulierender Einfluss auf die Immunantwort durch Freisetzung verschiedener Mediatoren (z.B. Histamin) ● Dendritische Zellen: antigenpräsentierende Zellen (APC) ̶ Vorkommen: lymphatische Organe, Gewebe ̶ Aktivierung der T-Zellen: ◦ Aufnahme und Präsentation geringer Antigenmengen ◦ Stimulation durch geeignete Gefahrensignale ̶ an MHC1-Klasse: Informationen für CD8-Moleküle (Tc-Zellen) ̶ an MHC2-Klasse: Informationen für CD4-Moleküle (Th2-Zellen) ̶ spezifische Abwehr ● Mononukleäre Phagozyten: ̶ Arten: Monozyten (Blutzirkulation), Histiozyten (Gewebe), Mikroglia (Gehirn), Kupffer´sche Sternzellen (Leber), Makrophagen (mit Flüssigkeit gefüllte Gefäße, lymphatische Organe) besitzen wie die Granulozyten auch Granula (Enzyme), jedoch weniger häufig ̶ Expression des CD14 Oberflächenmoleküls ̶ unspezifische Abwehr ̶ ● Granulozyten ̶ Neutrophile Granulozyten: ◦ Aufnahme und Zerstörung von Bakterien ◦ relativ große Zellen, die zahlenmäßig die größte Population der weißen Blutkörperchen darstellen ◦ Granula (zellzerstörende Enzyme) im Zytoplasma Eosinophile Granulozyten ◦ Zerstörung von Parasiten ◦ binden mit spezifischen Membranrezeptoren multizellulare Parasiten und wirken auf diese toxische ein ◦ außerdem Regulation der Immunabwehr ̶ Basophile Granulozyten ◦ Funktion noch nicht ausreichend geklärt ◦ wahrscheinlich Regulation der Immunabwehr ̶ Lymphoide Zellen: ● Natürliche Killer (NK) Zellen ̶ Abwehr von viralen Infektionen und Tumoren ̶ Granula enthalten zytolytische Proteine wie Perforin ̶ erkennen Unterschied zwischen normalen und infizierten/malignen Zellen bzw. fremden Erregern durch das Fehlen des MHC Klasse I Moleküls an der Oberfläche der betroffenen Zellen ̶ unspezifische Abwehr ● T-Zellen: zentrale Rolle in spezifischer Immunantwort ̶ Tc-Zellen: ◦ zelluläre Abwehr ◦ CD8-Molekül an ihrer Oberfläche, Informationen am Rezeptor: MHC Klasse 1 ◦ töten infizierte Zellen, bei denen sich die Keime im Zytoplasma befinden ̶ Helfer- oder Th-Zellen: ◦ Th1-Zellen: helfen bei Elimination von Keimen ◦ Th2-Zellen (echte Helferzellen): B-Zellaktivierung, initiieren Antikörperproduktion ◦ CD4-Molekül an ihrer Oberfläche, Informationen am Rezeptor: MHC Klasse 2 ● B-Zellen: ̶ Produktion und Transport von spezifischen Antikörpern ̶ sind in gesamte Immunabwehr involviert ̶ erhalten Informationen über Th2-Zellen (Helferzellen) Ausbildung der T-Zellen: → Der Thymus: Ausbildungslager für T-Zellen ● Thymus: primäres lymphatisches Organ, Reifestation für T-Zellen ● Prüfung der T-Zellen ̶ auf Selbst-Erkennung (T-Zellen müssen die körpereigenen MHC-Komplexe erkennen) ̶ Selbst-Reaktion (T-Zellen dürften nicht gegen körpereigene Stoffe reagieren) ● nur 5-10% der entstandenen Zellen überleben die Auslese und verlassen den Thymus als reife, antigenspezifische T-Zellen ● Unterteilung des Thymus in 2 Regionen: ̶ äußere Rindenschicht: etwa 90% aller im Thymus anwesenden T-Zellen, durchlaufen den Reifeprozess ̶ inneren Markschichten: gereifte T-Zellen, antigenpräsentierenden Zellen und Makrophagen ● die Reifung der T-Zellen setzt bereits während der Schwangerschaft ein und ist mit der Geburt abgeschlossen Ausbildung der B-Zellen: → Das Knochenmark: Blutbildung und B-Zell-Reifung ● Knochenmark: primäres lymphatisches Organ, Bildung der roten und weißen Blutzellen ● weiße Blutkörperchen, die zu T-Zellen reifen, wandern weiter zum Thymus ● B-Zellen verbleiben im Knochenmark und durchlaufen einen Reifeprozess, mehr als 90% der Zellen wieder absterben ● nur Zellen mit funktionstüchtigen Antikörpern, die sich nicht gegen körpereigene Stoffe richten, überleben
