BLUT - Vetstudy

ZELLEN
1. Zelle
Die Zelle ist die kleinste lebens- und vermehrungsfähige Funktionseinheit des Organismus.
2. Lebenskriterien





Vorhandensein eines Genoms (DNA)
Fähigkeit zur Mutation
Stoffwechsel (Anabolismus/ Katabolismus)
Austausch von Stoffen und Energie mit der Umgebung führt zu einem Fließgleichgewicht
(Permeabilitätseigenschaften der Zellmembran)
Reizbarkeit der Zelle (Rezeptoren)
3. Bestandteile einer Zelle





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
Zellmembran: s. Aufgaben der Zellmembran
Cytoskelett: aufgebaut aus Mikrotubuli, Actinfilamenten und intermediären Filamenten
Cytosol: Grundsubstanz außerhalb des Zellkerns
Cytoplasma: membranfreie Grundsubstanz außerhalb des Zellkerns für Stoffwechsel,
Proteinsynthese, Glykogen, intrazelluläre Bewegung, Cytoskelett
Endoplasmatisches Retikulum mit glattes ER (Lipidsynthese) und rauhes ER durch Ribosomen
(Proteinsynthese)
Golgi-Apparat
bzw.
Dictyosomen:
Membranvesikelstapel
zur
Oligound
Polysaccharidproduktion
Lysosomen: Lyse endozytierter Substanzen durch Hydrolasen
Peroxisomen: Kompartiment für spezifische Aufgaben mit Oxidasen und Katalasen,
Verdauungssystem der Zelle
Zellkern: Speicherung des genetischen Codes in Form von DNA, DNA-Replikation, Bildung von
mRNA zur Transkription, RNA-Prozessierung, Bildung ribosomale Vorstufen
Mitochondrien: oxidative Energiegewinnung, Atmung, Bildung von ATP
Ribosomen: frei im Cytoplasma oder an ER, Ort der Proteinsynthese, Translation
4. Aufbau der Zellmembran
Zellmembran
Die Zellmembran ist eine 5 - 6 nm dicke Grenzschicht zwischen Cytoplasma und
Extrazellulärräumen. Sie besteht aus Lipiddoppelschicht (Bilayer) mit 50 % Phospholipiden, 20 %
Cholesterin und 10 % Glycolipiden. Die Membranlipide haben einen amphiphilen Charakter, d. h. sie
besitzen langkettige hydrophobe Kohlenwasserstoffketten der Fettsäurereste, die sich gegeneinander
gruppieren und hydrophile Anteile, die sich zur wässrigen Phase ausrichten.
Membranproteine
1
Der Proteinanteil der zellulären Membranen schwankt zwischen 20 - 80 %. Sie weisen an ihrer
Oberfläche Anhäufungen von hydrophoben Aminosäuren auf, mit denen sie mit der hydrophoben
Phase der Membran in Wechselbeziehungen stehen. Man bezeichnet das als Transmembrandomänen.
Fas alle Glycoproteine weisen an ihrer Oberfläche Kohlenhydrat-Seitenketten auf, die das Erkennungsmerkmal jeder Zelle (Zell-Zell-Erkennung und Zell-Matrix-Erkennung) bilden. Die gebildete
Struktur wird als Glycokalix bezeichnet.




Extrinsische Proteine: sind nur an die Membran angelagert, da sie keine hydrophoben Anteile
besitzen, z. B. Cytochrom C, ATP-Synthase
Intrinsische Proteine: Sind nur in die innere Schicht verankert, z. B. G-Proteine
Integrale Proteine mit einfachem Membrandurchtritt, z. B. Rhodopsin oder mehrfachem
Membrandurchtritt, z. B. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Ionenpumpen, Ionenkanäle
Periphere Proteine: liegen extrazellulär, sind über Lipidanker an der Membran gebunden
Fluidität
Diese wird bestimmt vom Cholesteringehalt (flüssiger, gallertartiger Zustand  fester kristalliner
Zustand). Der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren hingegen bestimmt die Viskosität.
Permeabilität
Jede Zellmembran stellt eine Barriere für hydrophile Substanzen dar. Sie ist abhängig von Asymmetrie und Fluidität der Zellmembran und der Beschaffenheit der Substanzen. So können z. B. kleinere
polare Moleküle (Harnstoff, Ethanol) und lipophile Substanzen die Membran per Diffusion leicht
passieren (Frick’sches Gesetz, s. Diffusion). Größere hydrophile Substanzen und geladene Teilchen
können die Membran nur mit Hilfe von Transportproteinen passieren. (Atemgase > Steroide > H2O >
Glycerin > Monosaccaride > Ionen)
Die Diffusionsgleichung für Nichtelektrolyte leitet sich vom Fick’schen Diffusionsgesetz ab (s.
Diffusion). Dabei stellt P die Permeabilität der Membran dar. Es ist ein Charakteristikum der
Membran und des diffundierenden Stoffes.
dm
------- = - P A c
dt
5. Hauptaufgaben der Zellmembran
Sie bildet eine Barriere zwischen intra (IZF)- und extrazellulärer (EZF) Flüssigkeit, die durch Ionenpumpen, Carriersysteme und Ionenkanäle aufrecht erhalten wird.






Spezifischer Stofftransport (selektiver Filter)
Begrenzung der Zelle
Endo- und Exocytose
Signalaufnahme und Verarbeitung, z. B. Begrenzung von IZF und EZF, Flexibilität (Zellteilung,
Wachstum), Signalübermittler (Oberflächenstrukturen, Rezeptoren), Zellerkennung
Weitergabe an Rezeptoren
Ausbildung von Zell-zu-Zell-Verbindungen
2

Filterfunktion
6. Transport durch die Zellmembran
Die Zahl der membranassoziierten Transportsysteme ist sehr vielfältig. Allerdings sind viele von
ihnen ATP-abhängig, so daß ein erheblicher Teil der Stoffwechselenergie für die Transportarbeit
verwendet werden muß. Man unterscheidet zwischen:
Passiver Transport
Erleichterte
Diffusion
Kanäle
Diffusion
Transportrichtung
Membranproteine
Sättigber
Spezifität
Energieabhängigkeit
Aktiven Transport mit ATP-Verbrauch
Prim. akt.
Sek. akt. Transport
Transport
Bergab
Bergab
Bergab
Bergauf
Bergauf
-
Carrier
(Uniporter)
Ionenkanäl
e
Pumpen
Nein
Nein
Ja
Ja
(Nein)
Ja
Ja
Ja
Austauscher
(Antiporter)
Cotransporter
(Symporter)
Ja
Ja
Nein
Nein
Nein
Ja
Ja
Diffusion
Alle Teilchen sind in der Lage sich zu bewegen. Durch ihre Bewegung kommt es automatisch zu einer
gleichmäßigen Verteilung im Raum. Tritt ein Konzentrationsunterschied zwischen zwei Seiten auf, so
wird durch die Diffusion Konzentrationsgradienten ausgeglichen. Es können nur sehr kleine Moleküle, z. B. gelöste Gase wie CO2, O2, N2 oder lipidlösliche Moleküle, z. B. Steroide (chemischer
Gradient) diffundieren.
Berechnet wird die Diffusion nach dem Frick’schen Diffusionsgesetz:
dm
A
----- = - D ----- (c1 - c2)
dt
d
dm
A
----- = - D ----- c
dt
d
c1, c2 =
A=
d=
m=
t=
D=
Konzentration eines Stoffes in zwei Kompartimenten
mit unterschiedlicher Konzentration
Fläche der Trennschicht
Dicke der Trennschicht
Fluß des Stoffes
Zeit
Diffusionskoeffizient des jeweiligen Stoffes
dc =
dx =
Konzentrationsunterschied
Strecke
Allgemeiner formuliert gilt:
dm
dc
----- = - D A ----dt
dx
3
Erleichterte Diffusion
Unter erleichterter Diffusion versteht man den Bergabtransport eines Teilchens entlang eines
elektrochemischen Gradienten, der durch ein Transportprotein (Carrier, Uniporter) vermittelt wird.
Dazu gehören Na+-unabhängiger Glucosetransporter und Na+-unabhängiger Aminosäure-Carrier.
Ionenkanäle
Für Teilchen, die durch die Lipiddoppelschicht der Membran nicht einfach so hindurchtreten können,
befinden sich sog. Ionenkanäle in der Membran. Sie werden durch Transmembranproteine, die sich zu
einer „Pore“ formen, gebildet. Durch diese können geladene Teilchen diffundieren. Sie können in 2
Konformationen auftreten, offen bzw. geschlossen. Die treibende Kraft sind chemische und/ oder
elektrische Gradienten. Es können nur geladene Teilchen, Ionen, z. B. Na+, K+, Cl- diffundieren. Die
Ionenkanäle haben eine hohe Transportrate und während des Transportes fließt Strom (elektrogen).
Primär aktiver Transport
Ionen können durch Ionenpumpen unter ATP-Verbrauch entgegen dem Konzentrationsgradienten
durch die Membran transportiert werden. Das dazu benötigte ATP wird in der Zelle selbst aufgebaut.
Zur Gewinnung muß eine Substratlieferung in Form von Glucose und Sauerstoff erfolgen. An die
Lieferung schließt sich die Umwandlung des Substrates in der Zelle an. ADP (Adenosindiphosphat) +
Pi (Phosphat) wird zu ATP (Adenosintriphosphat) aufgebaut, die Speicherform der Energie. Bei Bedarf wird ATP wieder zu ADP + Pi und die gespeicherte Energie wird frei. Es dient der Stabilisierung
der Ionenkonzentration, da z. B. die Membran für K+ und Na+ relativ durchlässig ist und die
Konzentration nach einiger Zeit angeglichen werden würde
Ein Beispiel für den primär aktiven Transport ist die Na+-K+-Pumpe oder auch Na+-K+-ATPase. Es ist
ein Proteinkomplex, der aus -Untereinheit und einer -Untereinheit aufgebaut ist. Die katalytische
Funktion (Bindung des ATP) und die Bindung von Na+ und K+ können der -Untereinheit zugeordnet
werden. Die -Untereinheit ist dafür nicht nötig. Zum Pumpen der Ionen müssen aber beide Untereinheiten vorhanden sein. Sie dient zur Aufrechterhaltung des Konzentrationsgradienten, da dies für die
elektrische Weiterleitung, Antrieb anderer aktiver Transportmechanismen und der Einstellung des
Zellvolumens dient. Es werden jedes Mal 3 Na+ raus und 3 K+ in die Zelle rein transportiert. Der
Vorgang wirkt elektrogen (treibt einen elektrischen Strom über die Membran aus der Zelle raus). Der
Transport ist höchst effektiv: 150 - 600 Na+/ s.
Neben dieser Pumpe kommen noch Protonen-ATPasen (pumpen Protonen in ein Kompartiment (z. B.
Mitochondrien oder Lysosomen) und Ca2+-ATPasen (halten das große Konzentrationsgefälle
zwischen Extrazellulärraum und Zytosol aufrecht) vor.
Sekundär aktiver Transport
Prinzip des sekundär aktiven Transportes ist der Transport eines Teilchen bergab und gleichzeitig
Bergauftransport eines zweiten Teilchens. Der Transport selbst benötigt keine Energie, ist aber davon
abhängig, daß ein aktiver Transporter (Pumpe) den Ionengradienten aufrecht erhält.
Auf der „cis“-Seite wird das Substrat gebunden und durch die Konformationsänderung auf die
„trans“-Seite der Membran befördert. Die Richtung wird vom Konzentrationsunterschied bestimmt.
Eine Vielzahl von Carrierproteine nutzen den Gradienten mit Na+ um bestimmte Substrate in die Zelle
hinein (Cotransport/ Symport) oder hinaus (Austausch/ Antiport) zu transportieren. Transportiert
werden z. B. kleine Ionen oder kleine organische Teilchen (Monosaccharide, Aminosäuren).
4
7. Zell-Zell-Verbindungen
Verbindungen
Die Zell-Zell-Verbindungen werden durch spezifische Membranproteine gebildet, die u. U. auch noch
Beziehungen zum Cytoskelett aufweisen. Sie dienen der mechanischen stabilen Verbindung von
Zellen zu Gewebeverbänden oder zur Befestigung von Zellen an der extrazellulären Matrix. Man
unterscheidet zwischen verschiedenen Formen mit verschiedenen Funktionen.


Stofftransfer („Signale“) mit Gap junctions (Nexus)
Haftkomplex („mechanisch“) mit Tight junctions, Desmosomen oder Zonula adhaerens
Gap junctions (Nexus)
Die Gap junctions bilden Verbindungen zwischen benachbarten Zellen, die den direkten Stoffaustausch ermöglichen. Sie werden durch zwei Halbkanäle (Konnexone) der benachbarten Zellen gebildet, die wiederum aus jeweils 6 Connexinmolekülen aufgebaut sind. Durch eine besondere Anordnung der Membranproteine („Tunnelproteine“) werden Kanälchen bzw. eine Pore in den
Oberflächenmembranen ausgebildet. Dies ermöglicht den Durchtritt von kleinstmolekularen Stoffen ,
z. B. anorganische Ionen, cAMP, IP3, ATP, Glucose, Aminosäuren, etc. von einer Zelle zur anderen.
Die Regulation erfolgt z. B. durch eine Erhöhung der zytosolischen Ca2+-Aktivität und durch einen
sauren pH-Wert, der die Poren schließen läßt. Bedeutung:




Durch die Kopplung der Zellen werden „Probleme“ der Einzelzelle durch den Zellverband kompensiert und ausgeglichen. Durch eine Erhöhung der Ca2+-Konzentration, kann die Zelle jedoch
von den anderen abgekoppelt werden.
Im Herzmuskel und in glatter Muskulatur sorgen sie für die elektrische Kopplung.
„Schrittmacherzellen“ können somit die benachbarten Zellen steuern, wie dies beispielweise im
Pankreas (-Zellen) der Fall ist.
Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Embryogenese. Differenzierungskompartimente werden
eng aneinander gekoppelt, andere koppeln sich ab.
Tight junctions (Schlußleisten, Zonula occludens)




Sie liegen hauptsächlich am luminalen, apikalen Pol eines Epithelzellenverbandes.
Die äußeren Schichten gegenüberliegender Oberflächenmembranen verschmelzen miteinander,
wodurch sich 5 lamilläre Strukturen bilden.
Der intrazelluläre Spaltraum verschwindet vollständig.
Es bildet eine Stoffwechselbarriere an allen Stellen, an denen ein hoher transepithelialer Gradient
besteht, z. B. Harnblase, Sammelrohr und Kolon.
Desmosomen (Haftplatte, Maculae adhaerentes)



Sie sind punktförmig bis elliptisch, mit einem Durchmesser von 0,3 - 0,5 m 
Punktdesmosomen.
Sie haben einen erweiterten Intrazellulärspalt von 25 bis 35 nm, gefüllt mit mikrofilamentösem
Material.
Außen inserieren dicke Bündel von intrazytoplasmatischen Filamenten (Tonofibrillen), die die
Stabilität der Zellverbindung verstärken.
5

Funktion ist die mechanische Zellverbindung.
Zonula adhaerens (Schlußleiste, gürtelförmige Desmosomen)


Die Zellmembranen der Gürteldesmosomen sind angenähert, so daß sich ein verengter Intrazellularspalt bildet. Dieser ist gefüllt mit filamentösem Material.
Aktinfilamente verstärken zusätzlich die Zellmembranen.
8. Endo- und Exozytose
Endozytose
Die Plasmamembran stülpt sich ein und bildet eine Grube, die sich immer weiter vertieft und schließlich im intrazellulären Raum sich abschnürt und ein Vesikel bildet, das extrazelluläre Flüssigkeit oder
Makromoleküle enthält. Man unterscheidet hierbei:



Pinozytose (Aufnahme von Flüssigkeit)
Phagozytose (Aufnahme von korpuskulären Stoffen)
Rezeptorvermittelte Endozytose (Makromoleküle werden von membranständigen, spezifischen
Rezeptoren gebunden, der ganze Komplex wird endozytiert)
Exozytose
An den Zellorganellen werden Vesikel abgeschnürt, die mit einem auszuscheidenden Stoff (Hormone,
Enzyme, ...) beladen sind. An der Zellmembran kann die Lipidmembran des Vesikels mit der Plasmamembran verschmelzen. Der Inhalt des Vesikels wird somit in das Außenmedium entleert. Das Ausmaß der Exozytose wird durch die Höhe der cytosolischen Ca2+-Ionenkonzentration gesteuert.
9. Signaltransduktion
Extrazelluläre Signale können durch Bindung an einen Rezeptor spezifische intrazelluläre Vorgänge
auslösen. Zu den extrazellulären Signalstoffen gehören Hormone, Membranproteine benachbarter
Zellen, Plasmaproteine, Nahrungsbestandteile und körperfremde Substanzen, z. B. Arzneimittel.
Rezeptortyp
7-Membrandomänenrezeptor
Tyrosinkinaserezeptor
Cytokinrezeptor
Beispiele
 Adrenorezeptoren
 Glucagonrezeptoren
 Rezeptoren
für
GeschmacksGeruchsstoffe
 Insulinrezeptor
 IGF 1-Rezeptor
 Wachstumshormonrezeptor
 Erythropoetin-Rezeptor
und
10. Second-messenger-System
Das Second-messenger-System leitet zu steuernde Informationen innerhalb der Zelle durch sekundäre
Botenstoffe, second-messengers. Im Gegensatz dazu stehen die Steuermechanismen, die von außen
die Zelle beeinflussen, sog. „erste“ Botschaften. Das sind Reaktionen von extrazellulären Substanzen
6
mit spezifischen Rezeptoren an der Plasmamembran, z. B. synaptische Überträgerstoffe oder lokale
Wirkstoffe (Hormone, Antigene)
Calcium, Ca2+
Das Calcium ist der einfachster intrazellulärer Botenstoff. In der ruhenden Zelle ist die Ca 2+-IonenKonzentration sehr gering. Nach einer Membranpotentialänderung öffnen sich Membrankanälen,
durch die Ca2+ einströmen kann. Die Ca2+-Konzentration in der Zelle steigt an und ermöglicht so
wichtige Reaktionen, wie die Kontraktion der Myofibrillen in Muskelzellen oder die Freisetzung von
Überträgervesikeln in den Nervenendigungen. Die Freisetzung kann auch über intrazelluläre Speicher
(endoplasmatisches Retikulum, ER oder auch sarkoplasmatisches Retikulum, SR) erfolgen.
Cyclisches Adenosinmonophosphat, cAMP
Das cAMP ist ein Derivat von ATP und der wichtigster intrazellulärer Botenstoff. Es ist wasserlöslich und leitet die Informationen des Rezeptors RS (stimulierender Rezeptor) im Zellinneren weiter.
a)
Syntheseweg
An den Rezeptor RS mit einer spezifischen Bindungsstelle für Botenstoffe, z. B. Hormone, liegt
an der Außenseite der Membran. Hier erfolgt die Bindung mit einem „Reiz“-Molekül. Das
Rezeptormolekül ändert seine Konformation und gibt die Stimulation an das Protein G S, das an
der Innenseite der Membran liegt, weiter. GS kann nun durch Guanosintriphosphat (GTP)
aktiviert werden. Das aktive GS stimuliert die Adenylatcyclase, welches ATP in cAMP
umwandelt. Das cAMP reagiert mit der Adenylatkinase (A-Kinase), wobei eine katalytische
Untereinheit C frei wird, die wiederum die Phosphorylierung von Proteinen katalysiert. Die
Proteine werden funktionsfähig und können den spezifischen Effekt der Steuerung auslösen.
b)
Hemmung
Ein extrazellulärer Überträgerstoff oder ein Hormon stimuliert den hemmenden Rezeptor R i
(inhibierender Rezeptor). Analog zum Syntheseweg hemmt ein über GTP aktiviertes Protein Gi
die Adenylatcyclase und damit die Entstehung von cAMP.
c)
Hormonale Steuerung
Die Hormone werden von den Rezeptorproteinen erkannt, gebunden und initiieren dort einen
Prozeß, der sich Transduktion nennt. Ein Beispiel hierfür ist die Bindung von Adrenalin an bUntereinheiten von Leber- und Muskelzellen. Die Vermittlung der Information erfolgt wie oben
beschrieben. Die gebildeten Proteine am Ende der Reaktionskette vermitteln dann die
Hormonfunktion, wie hier die Förderung der Glycogenolyse.




CAMP stimulierende Hormone
Adrenalin ()
 Histamin
Adiuretin
 Dopamin
Oxytocin
 glandotrope Hormone
Prostaglandine  Glucagon
Phosphoinositoltriphosphat, IP3
7




cAMP hemmende Hormone
Adrenalin (2)
 Acetylcholin
Dopamin
 Prostaglandine
Somatostatin
 Serotonin
Angiotensin II
 etc.
Das Phosphoinositol hat einen ähnlichen Syntheseweg wie das cAMP, aber ohne Hemmsystem. Die
Reizung des Rezeptor R erfolgt durch die Bindung eines „Signal“-Moleküls an den Rezeptor R. Es
folgt eine Konformationsänderung des Rezeptors, die den Reiz auf ein GTP-aktiviertes Protein G auf
der Innenseite der Membran überträgt. Im nächsten Schritt wird nun ein gewöhnliches Lipid, PI
(Phosphaditylinositol), aus der Membran mit zwei zusätzlichen Phosphatgruppen bestückt. Das entstandene PIP2 (Phosphoditylinosindiphosphat) wird nun durch die aktivierte Phospholipase C in zwei
Bestandteile gespalten. Es entsteht:


Inositoltriphosphat (IP3), das durch seine Wasserlöslichkeit in das Cytoplasma diffundiert und
die Freisetzung von Ca2+ aus dem ER ermöglicht
Lipid Diacylglycerin (DAG), das innerhalb der Lipidphase der Membran diffundiert. Zusammen
mit Phosphatidylserin aktiviert es eine membranständige C-Kinase, die dadurch die
Phosphorylierung von Proteinen fördert.
Die Wirkung von IP3 über Hormone erfolgt wie oben beschrieben. Die wichtigsten Hormone sind:




IP3 stimulierende Hormone
Acetylcholin
 Adiuretin
Histamin
 Angiotensin II
Adrenalin
 Vasopressin
Serotonin
 Thyreotropin
11. Regulation des Zellvolumens
Sekundär kompensatorische Volumenzunahme
Bei osmotisch bedingter Zellschwellung kommt es zu einer Aktivierung der Pumpen (Na+-K+-ATPase) und dehnungsempfindlicher Kanäle (K+, Cl-). Durch den Efflux von Osmolyten folgt ein
physiologischer Wasserausstrom  regulatorische Volumenabnahme
Sekundär kompensatorische Volumenabnahme
Bei osmotisch bedingter Zellschrumpfung werden von der Zelle Ionen ausgenommen durch
Aktivierung von Na+-H+-Austauschern und (Na+-K+-2 Cl- -Cotransportern. So kommt es zur
Natriumaufnahme und zu einem physiologischen Wassereinstrom  regulatorische
Volumenzunahme.
8
NERVEN
1. Strukturelle und funktionelle Gliederung des Nervensystems
Zerebrospinales, willkürliches Nervensystem


Gehirn und Rückenmark bilden das zentrale Nervensystem (ZNS)
Rückenmarksnerven, Ganglien und Rezeptoren das periphere Nervensystem (PNS)
Vegetatives, unwillkürliches, autonomes Nervensystem (VNS)


Zentrales vegetatives Nervensystem mit Zentren im zentralen Nervensystem
Peripheres vegetatives Nervensystem mit dem intramuralen, sympathischen
parasympathischen System
somatische
motorische
Fasern  ZNS 
afferente
und
efferente
vegetative
Fasern
vegetative
2. Bauelemente des Nervensystems
Was gehört dazu?
Zu den Bauelementen des Nervensystems gehören die nervöse Substanz bzw. das Nervengewebe und
das umhüllendes Bindegewebe, sowie die sekundär einwachsende Blutgefäße. Zum Nervengewebe
gehören:


Gliazellen (Abgrenzungs- und Stoffwechselfunktionen)
Erregungsbildende und -leitende Nervenzellen und deren Fortsätze, Axone
Unterschiede zwischen markhaltigen und marklosen Nerven



marklose Nervenfaser
Kontinuierliche Ausbreitung
Gliazellen umhüllen die Nervenfaser
nicht vollständig
Ausgleichströme zur Auffrischung der



9
markhaltige Nervenfaser
Saltatorische Ausbreitung
Gliazellen bilden dicke Myelinscheide
Ausgleichströme nur an Ranvier’schen
Schürringen (Auffrischung der


Depolarisation
Hoher Energieverbrauch
Wesentlich langsamer


Depolarisation durch Na+-Einstrom)
Energiesparsam
Viel schneller
3. Funktion des Nervensystems
Das Nervengewebe dient der schellen Signalübermittlung und ist an der Regulation, Koordination und
Kontrolle aller Körpervorgänge beteiligt.
4. Die nervalen Grundstrukturen
Neuron
Eine Nervenzelle besteht aus dem Zellkörper, Perikaryon oder Soma und mehreren Fortsätzen
(mehrere Dendriten und 1 Axon).
Perikaryon oder Soma
Das Perikaryon enthält den Zellkern und Zytoplasma, sowie raues ER, Nissl-Schollen bzw. NisselSubstanz (Polysomenansammlungen), Golgi-Apparat, Mitochondrien, Lysosomen, Neurofilamente,
Neurotubuli und Einschlüsse in Form von Pigmenten.
Dendriten





Baumartig verzweigte Fortsätze, i. d. R. in der Mehrzahl
Dient der Oberflächenvergrößerung des Nervensystems
Enthalten Neurofilamente und Neurotubuli
Erregungsleitung erfolgt immer in Richtung des Perikaryons
Perikaryon und Dendriten bilden den Rezeptorteil des Nervensystems!!
Axon



Jeder Nervenzelle hat nur 1 Axon
Bildet am Soma einen zylindrischen Fortsatz
Urspungskegel und Axon unterteilt man in ein Anfangssegment, die Hauptverlaufsstrecke und in
die Endaufzweigungen
Das Axon kann auch Stoffe transportieren. Der Transport erfolgt entlang der Mikrotubuli bzw. den
Neurofilamenten. Man unterscheidet zwischen:


Anterograder Transport: Dieser Transport wandert vom Soma  Axonterminal. Transportiert
werden z. B. Membranbestandteile und zur Sekretion bestimmter Stoffe. Ein myosinähnliches
Makromolekül, das Kinesin, transportiert den in Vesikel verpackte Stoffe unter ATP-Verbrauch
am Axon entlang.
Retrograder Transport: Der Transport erfolgt in umgekehrter Richtung. Transportiert werden z.
B. brauchbare Endprodukte aus dem Stoffwechsel oder auch den Nerve growth factor (NGF), der
10
für das Überleben der Neurone von Bedeutung ist. Das Motorprotein für den retrograden
Transport ist das Dynein.
Der schnelle axonale Transport kann sowohl anterograd (mit bis zu 400 mm/Tag), als auch retrograd
(200 - 300 mm/Tag) erfolgen. Neurotrope Vieren nutzen diesen Prozeß des retrogranden Transportes
(z. B. Herpesvirus, Virus der Kinderlähmung und der Erreger des Wundstarrkrampfes „Tetanus“). Der
langsame axonale Transport (etwa 1 mm/Tag) dient zum Wiederaufbau v. a. bei der Regeneration von
peripher durchtrennten Nerven.
Synapse
Die Synapse ist der Ort für die Übertragung nervöser Signale von einer Nervenzelle auf eine
Folgezelle (Nervenzelle oder Effektorzelle) Die Synapse zwischen einem Nerv und einer Muskelfaser
wird als motorische Endplatte oder neuromuskuläre Endplatte bezeichnet. Man unterscheidet
zwischen einer präsynaptische Seite und einer postsynaptischen Seite. Dazwischen liegt der
synaptische Spalt.
Die präsynaptische Membran ist zu einem synaptischen Kopf aufgetrieben, der synaptische Bläschen
und zytoplasmatische Strukturen enthält. Die Membran ist aus proteinreichem Material verdichtet, in
denen sich kleine Räume befinden, in die die synaptischen Bläschen eintreten und dort mit der
Oberfläche Kontakt aufnehmen.


Synaptische Bläschen: bestehen aus einer Doppellipidschicht und enthalten die Neurotransmitter
(Acetylcholin, Noradrenalin, Adrenalin und Dopamin, manche benutzen auch Peptide). Sie
werden durch Exozytose freigesetzt und erreichen die postsynaptische Membran durch Diffusion.
Zytoplasmatische Bestandteile: dazu gehören Mitochondrien (im synaptischen Kopf sind davon
sehr viele enthalten), Mikrofilamente, glattes ER und synaptische Bläschen
Der synaptische Spalt befindet sich zwischen prä- und sub- bzw. postsynaptischer Membran. Er ist ein
Teil des Interzellularraumes mit ca. 20 nm bis 50 nm Breite. Er enthält verdichtetes Material, das aus
Glycoproteinen besteht.
Man kann nun die Synapsen aufgrund ihrer Art der Übertragung klassifizieren:



Chemische Synapsen: Übertragung durch Neurotransmitter, mit zwei verschiedenen Formen.
Zum einen kann der Transmitter an der nachfolgenden Zelle gleich eine Reaktion auslösen
(schnell) oder es wird erst eine Reihe chemischer Prozesse in Gang gesetzt, bevor der Reiz
weitervermittelt werden kann (langsam).
Elekrische Synapsen: Kontaktstellen an den Neuronen mit Gap juctions; die Erregung gelangt
ohne Verzögerung von einer Nervenzelle zur Nächsten.
Gemischte Synapsen: ein Teil der Synapse ist nach der Art der chemischen und der andere Teil
nach der Art der elektrischen Synapse gebaut.
Die Erregungsübertragung erfolgt über ein Aktionspotential, das zu einer Depolarisation an der
Synapse führt. Es kommt zur Öffnung spannungsabhängiger Ca2+-Kanäle  Ca2+-Einstrom  Ca2+induzierte Exozytose der Neurotransmittervesikel (die Vesikel verschmelzen mit der Außenmembran)
 Neurotransmitter diffundieren in den synaptischen Spalt. Die Rezeptoren in der postsynaptischen
Membran besitzen ligandengesteuerte Kanäle (z. B. bei nikotinischen Synapsen), die nun durchlässig
für Kationen (v. a. Na+) werden, aber keine Anionen durchlassen. Die Neurotransmitter öffnen die
Kanäle und es kommt zum Na+-Einstrom. Der Na+-Einstrom bewirkt eine Depolarisation, die als exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP) bezeichnet wird  Öffnung spannungsabhängiger
Na+-Kanäle  Aktionspotential.
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5. Diffusionspotentiale
Entstehung
An Zellen beobachtet man das Phänomen, daß an der Zellmembran eine elektrische Potentialdifferenz
anliegt, die man als Membranpotential bezeichnet. Diese Spannung entsteht als Diffusionspotential,
welches sich durch die unterschiedlich schnelle Diffusion von Ionen durch die Membran und die
asymmetrische Ionenverteilung auf beiden Seiten der Membran aufbaut. Im Gleichgewichtszustand
gilt, daß die elektrische Potentialdifferenz E gerade so groß ist, daß der Unterschied im chemischen
Potential zwischen Intra- und Extrazellulärraum durch die elektrische Spannung an der Membran
ausgeglichen wird. Bei dem sich einstellenden Gleichgewichtspotential gilt, daß der Nettostrom des
jeweiligen Ions durch die Membran 0 beträgt. Die Lage des Gleichgewichtspotentials läßt sich mit
Hilfe der Nernst-Gleichung berechnen.
Nernst-Gleichung
RT
[Ion]a
Egleichgewicht = ---------  ln -------zF
[Ion]i
E=
R=
F=
z=
T=
[Ion]a =
[Ion]i =
Potential (V)
Allgemeine Gaskonstante (8,314 J/ K  mol)
Faraday-Konstante (96487 C/mol)
Wertigkeit des Ions
Temperatur (in Kelvin, 393 K = 20° C)
Extrazelluläre Ionenkonzentration
intrazelluläre Ionenkonzentration
6. Ruhemembranpotential
Bei der Nervenzelle liegt das Membranruhepotential um - 90 mV. Die Membran ist durchlässiger für
K+-Ionen, so daß das Potential ein K+-Gleichgewichtspotential darstellt. Wenn die Zelle nicht erregt
(aktiv) wird, bleibt das Membranruhepotential auf einem konstanten Wert, dem
Ruhemembranpotential.
Eine elektrische Spannung tritt auf, wenn eine Membran verschiedene oder verschieden konzentrierte
Elektrolytlösungen voneinander trennt oder wenn sich für die Ionen eines Elektrolyten eine unterschiedlich hohe Durchlässigkeit besitzt.
Ionenkonzentrationen
Na+
K+
Andere
ClHCO3Protenat
intrazellulär
12
155
4
8
155
extrazellulär
145
4
5
120
27
27
Goldmann-Gleichung
Bei der Entstehung des Membranpotentials spielen die Konzentrationsgradienten zwischen der
extrazellulären und der intrazellulären Flüssigkeit sowie die Permeabilitäten für alle Ionen eine Rolle,
für die die Zellmembran durchlässig ist. Das sind unter physiologischen Bedingungen in der
Hauptsache Na+, K+ und Cl-. Dieser Tatsache trägt die Goldman-Gleichung Rechnung, in der als
zusätzlicher Term die Permeabilität für die jeweiligen Ionen eingeführt wurde.
12
RT
PK [K+]a + PNa [Na+]a + PCl [Cl-]a
Egleichgewicht = ---------  ln -----------------------------------------zF
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]i
PK, PNa und PCl sind die Membranpermeabilitäten für K+, Na+ und Cl-. Sie werden meist als relatives
Maß, bezogen auf K+, angesehen. So gilt an vielen Zellen PK = 1, PNa = 0,01 und PCl = 0,01. Das heißt
z. B., daß Na+ bei gleichem Konzentrationsgradienten unter Ruhebedingungen 100-fach langsamer
durch die Membran permeirt als K+  das Ruhemembranpotential liegt demnach sehr nahe am K+bzw. dem Cl- -Diffusionspotential liegt.
Ruhe
Der überwiegende Teil der Kanäle sind K+-Kanäle, so daß K+-Ionen diffundieren können. Demnach
entspricht das Ruhepotential dem K+- Diffusionspotential bzw. dem Cl- -Diffusionspotential. Die
nicht erregte Membran ist fast undurchlässig für Na+.
erregbare Zellen
K+
Na+
Innen


Außen
+


7. Aktionspotential
Beim Aktionspotential kommt es zu einer schnellen Veränderung des Membranpotentials, das sich
aber von selbst wieder beendet, so daß das Membranpotential zum Ruhepotential wieder zurückkehrt.
Es wird durch eine Depolarisation der Membran über einem gewissen Wert, Schwellenwert ausgelöst.
Es gilt hier das Alles-oder-nichts-Gesetz.
Dauer



Nerv: 1 ms
Muskel: 10 ms
Herzmuskel: 200 ms
Phasen





Kurze Vordepolarisation bis zum Schwellenwert
Aufstrich: sehr rasche Depolarisierung bis zum Überschuß = „overschoot“ in den positiven
Bereich hinein. Die Membran verliert ihre „Polarisation“ (= Aufladung). Die Depolarisation
überschreitet i. d. R. die 0-Linie  das Membranpotential wird positiv bis ~ + 30 mV
(spannungsgesteuerte Na+-Kanäle werden geöffnet)
Überschuß: ist nur der positive Anteil des Aktionspotentials (Na+-Kanäle werden geschlossen)
Repolarisation: nach Überschreitung der Spitze, stellt sich das alte Ruhepotential wieder ein
(spannungsgesteuerte K+-Kanäle werden geöffnet)
Hyperpolarisierendes Nachpotential (K+ - Kanäle werden geschlossen)
13

Refraktärphase (Na+ - Kanäle geschlossen inaktiv)
Das Ruhepotential oder auch Gleichgewichtspotential der K +-Ionen ist die Basis der Erregung. Durch
die Depolarisation auf -50 mV (Schwellenwert) wird eine erhöhte Leitfähigkeit der Na +-Ionen hergestellt. Es wird ein Aktionspotential ausgelöst, wenn bis zum Schwellenwert depolarisiert wurde. Die
Repolarisation wird durch K+-Ausstrom beschleunigt (verzögerte Erhöhung der K+-Leitfähigkeit). Innerhalb der Millisekunde wird durch die Depolarisation die erhöhte Na +-Leitfähigkeit inaktiviert.
Danach folgt die Refraktärzeit der Membran.
Refraktärität
Es ist die Folge der Inaktivierung des Na+-Systems. Depolarisiert man unmittelbar nach einem Aktionspotential die Membran, so tritt keine Erregung auf = absolute Refraktärphase. Sie begrenzt die
maximale Frequenz mit der in der Zelle ein Aktionspotential ausgelöst werden kann. Anschließend
folgt die relative Refraktärphase. Hier können durch große Depolarisationen Aktionspotentiale
ausgelöst werden, jedoch ist die Amplitude verkleinert.
Zustände der schnellen spannungsgesteuerten Na+ -Kanäle
geschlossen - aktivierbar
geschossen - inaktiviert
offen - aktivierbar
Der „geschlossen - inaktivierbare“ Zustand ist verantwortlich für die absolute Refraktärzeit. Erst wenn
der Kanal spontan bei einem hyperpolarisierenden Potential in den Zustand „geschlossen aktivierbar“ übergegangen ist, ist eine erneutes Öffnen bei der Depolarisation möglich.
Eigenschaften von Rezeptorpotentialen und Aktionspotentialen
Rezeptorpotentiale,
Postsynaptische Potentiale







Abgestufte Antwort, die den Reiz analog
abbildet
Keine Schwelle
Keine Refraktärzeit
Summation möglich
Depolarisation und Hyperpolarisation
Weiterleitung in benachbarte
Membranbezirke passiv mit
Amplitudenabfall
Auslösung an spezialisierten
Membranbezirken, die den adäquaten Reiz
beantworten
Aktionspotentiale









Alles-oder-nichts-Antwort
Amplitude ist abhängig von der auslösenden
Ursache
Amplitude des auslösenden Ereignisses kodiert
in der Frequenz der Aktionspotentiale oder
durch Entladungsmuster
Definierte Schwelle
Refraktärzeit
Keine Summation
Immer Depolarisation
Aktive Regeneration an Membran führt zu verlustfreier Erhaltung der Amplitude
Auslösung an Membranen mit schnelle, spannungsgesteuerten Na+-Kanälen
8. Generatorpotential
Das Generatorpotential ist eine qualitative Differenzierung von Reizen auf der Ebene von Rezeptoren
infolge ihrer spezifischen Empfindlichkeit. Die quantitative Unterscheidung von Intensitäten erfolgt
14
dadurch, daß die Membran von Rezeptorzellen örtliche Potentiale erzeugen, deren Amplituden
proportional zur Stärke des adäquaten Reizes ist. Das Rezeptorpotential (Sensorpotential) oder
Generatorpotential erzeugt an der dazugehörigen afferenten Nervenfaser ein Aktionspotential.
Wechselnde Reizstärken bewirken eine Amplitudenmodulation, die dann wiederum die
Frequenzmodulation der Aktionspotentiale beeinflußt.
Sensoren, Rezeptoren
Rezeptoren sind spezialisierte Nervenzellen (Sinneszellen), die Reize aus der Um- und Innenwelt in
einen lokalen Generatorstrom umwandelt, der von der Reizstärke abhängt und der sich in einer
reizabbildenden (analogen) Depolarisation des Rezeptor-Membranpotentials wiederspiegelt. Je nach
Größe und Dauer löst das Generatorpotential nach Überschreitung der Membranschwelle am ersten
Ranvierschen Schnürring der afferenten Nervenfaser Aktionspotentiale aus, die an das ZNS
weitergeleitet werden.
Sensoren sind Zellen oder Membranabschnitte von Zellen, die Sensorpotentiale ausbilden, welche in
den Afferenzen in Aktionspotentialsequenzen umkodiert werden. Die Kanäle deren
Permeabilitätsänderung das Rezeptorpotential des Sensors verursachen, werden nicht selektive
Kationenkanäle genannt.
Sensorpotentiale
Das sind abgestufte Antworten. Sie bilden mit ihrer Amplitude die Reizgröße ab. Der Reiz muß
jedoch die Erregungsschwelle überschritten haben.


Reizstärke  Amplitude des Generatorpotentials  Frequenz des Aktionspotentials
Reizdauer  Dauer des Generatorpotentials  Dauer der Frequenzen insgesamt
Beispiele
a)
Dehnungsrezeptor, z. B. Muskelspindel
Ein Dehnungsrezeptor besteht aus einer Nervenzelle mit relativ großem Soma, deren Dendriten
Muskelfasern anliegen und von der ein Axon Aktionspotentiale fortleiten kann. Bei der Dehnung
des Muskels wird im Soma eine Depolarisation gemessen. Die Depolarisation hört auf, wenn der
Muskel nicht mehr gedehnt wird. Die Depolarisation wird Rezeptor- oder Generatorpotential
genannt.
b)
Mechanorezeptoren, z. B. Vater-Pacini-Körperchen
Ein Druck löst die Bildung eines Generatorpotential aus, dabei nehmen sowohl
Anstiegsgeschwindigkeit als auch die Amplitude mit der Reizstärke zu. Örtliche Potentiale
führen zu elektrotonischen Depolarisationen des Axons und damit zur Ausbildung eines
Aktionspotentials, deren Frequenz der Amplitude des Generatorpotentials und damit der
Reizstärke proportional ist. Die Proportionalität zwischen Reizstärke und Frequenz des Aktionspotentials ist nicht linear, sondern logarithmisch.
c)
Sehzellen
15
Die Generatorpotentiale der primären Sehzellen (Stäbchen und Zapfen) nehmen eine
Sonderstellung ein, da sie bei der Belichtung hyperpolarisieren.
Transformation
Das ist die Auflösung einer Frequenz von Aktionspotentialen durch das Generatorpotential. Die
Amplitude des fortschreitenden Aktionspotentials folgt dem Alles-oder-nichts-Gesetz. Die Abbildung
der Reizgröße erfolgt durch die Frequenzänderung.
9. Elektrotonus
Ein Elektrotonus ist eine passive Potentialänderung durch einen Ionenstrom. Er kann sich nur über
eine kurze Strecke ausbreiten.
An einer kugeligen Zelle
Bei einem Versuch wird eine Mikroelektrode in eine kugelförmige Zelle eingestochen. Bei
Einspeisung eines positiven Stroms wird eine Depolarisation der Zelle hervorgerufen. Der Einstrom
positiver Ionen kann aber nur langsam die Ladung des durch die Zellmembran gebildeten
Kondensators verändern. Es führt zu einer exponentiell sich an einen Grenzwert annähernde
Potentialänderung. Die Annäherung an den Grenzwert erfolgt mit der Zeitkonstante . Die
Veränderung des Membranpotentials bildet sich also mit einer zeitlichen Verzögerung aus. Gleichzeitig erhöht die durch den Ioneneinstrom bewirkte Depolarisation der Zellmembran, aber auch den
K+-Ausstrom, so daß schließlich ein neues Gleichgewicht zwischen Ioneneinstrom und Ionenausstrom
entsteht und sich ein neuer Endwert des Membranpotentials einstellt. Die Änderung des Membranpotentials nennt man elektrotonisches Potential.
An langgestreckten Zellen
Der Ionenstrom führt zu einer Potentialänderung, die exponentiell mit der Längenkonstante  entlang
des Axons abfällt.
10. Erregungsleitung
Kontinuierliche Erregungsausbreitung
Eine kontinuierliche Erregungsausbreitung erfolgt an marklosen Nervenfasern. Die elektrotonische
Ausbreitung der Depolarisation entlang der Nervenfaser erfolgt über Ausgleichsströme, die wiederum
benachbarte Bezirke depolarisieren und dort ein Aktionspotential auslösen. Es ist eine einseitig
gerichtete Erregungsausbreitung, da sich die bereits erregten Bezirke in der Refraktärphase befinden.
An jeder Stelle der Nervenfaser erfolgt eine vollständige Erregung nach dem Alles-oder-nichtsGesetz. Die Amplitude der Aktionspotentiale ist an allen Stellen gleich. Das Aktionspotential
erscheint jedoch gegenüber dem Reiz mit Verzögerung und wächst proportional zum Abstand an.
Die Erregungen sind aneinander gekoppelt, d. h. die elektrotonische Ausbreitung von Reizströmen
erfolgt entlang der Faser. Einströmende Na+-Ionen wirken auf die benachbarte, noch nicht erregte
Membranstelle als Stromquelle für ein depolarisierendes elektrotonisches Potential.
16
Saltatorische Erregungsleitung
Eine saltatorische Erregungsleitung findet an markhaltigen Nervenfasern statt. Die Ausgleichsströme
können wegen der Isolierung der Myelinscheiden nur an Ranvier’schen Schnürringen die Membran
passieren. Es bildet sich daher nur an den Ranvier’schen Schnürringen ein Aktionspotential. Die saltatorische Erregungsleitung ist energiesparsam und schneller als die kontinuierliche Erregungsleitung in
marklosen Nerven.
11. Erregende und hemmende Synapsen
Erregende, exzitatorische Synapse
An erregenden Synapsen kommt nach der Depolarisation einer präsynaptischen Nervenendigung
durch ein Aktionspotential zu einer Ausschüttung der Überträgerstoffe, die mit den Rezeptoren der
postsynaptischen Membran reagieren. Bei der erregenden Übertragung kommt es zum Öffnen von
ligandengesteuerten Kationenkanälen (Na+- oder Ca2+-Einstrom) und somit zur Depolarisation. Es
entsteht ein EPSP = exzitatorisches postsynaptisches Potential und im Anschluß daran folgt ein
Aktionspotential.
Hemmende, inhibitorische Synapse
An hemmenden Synapsen führt die Reaktion des präsynaptisch freigesetzten Transmitters mit den
postsynaptischen Rezeptoren zur Permeabilitätsänderung durch Öffnen von K +- und/ oder Cl- Kanälen. Die Öffnung dieser Kanäle setzt den Membranwiderstand herab. Der Ionenstrom bewirkt
eine Hyperpolarisation und damit Bildung eines IPSP = inhibitorisches postsynaptisches Potential.
Das IPSP entfernt das Membranpotential von der Schwelle. Es führt zur Widerstandsabnahme,
schließt die erregende Depolarisation kurz und stabilisiert das Membranpotential auf seinem
Ruhewert, kurz: führt zu einer Abschwächung der exzitatorischen Signale.
12. Hemmungsvorgänge
Präsynaptische Hemmung
Kommt eher selten vor. Die Transmitterfreisetzung an der präsynaptischen Endigung wird reduziert
oder völlig verhindert, durch die Aktivierung einer hemmenden Synapse. Diese löst auf die erregende
Synapse ein IPSP aus, wodurch das EPSP an dieser verringert wird  Verringerung der
Transmitterfreisetzung.
Postsynaptische Hemmung
Der Erregungszustand der Soma- und Dendritenmembran wird herabgesetzt, d. h. hier führt ein
Zwischenneuron zu einer Hyperpolarisation des postsynaptischen Neurons.
13. Neuronale Rezeptoren
Ligandengesteuerte Kanäle, isotrope Rezeptoren
Als Ligand werden alle an Rezeptoren bindende spezifische Substanzen bezeichnet. Ein
Transmittermolekül bindet an den Rezeptor, der Ionenkanal wird für Millisekunden geöffnet.
17
Ein Beispiel sind: cholinerge Rezeptoren des nikotinischen Typs, z. B. in Endplatten enthalten. Das
Acetylcholin koppelt an gesteuerte Kanäle an den neuromuskulären Endplatten. Es folgt ein zyklisches Reaktionsschema, in dem mehrere Öffnungen, die durch kurze Intervalle getrennt sind, erfolgen.
Es kommt zu einer schnellen Konformationsänderung des Moleküls: Acetylcholin-Konzentration 
 Öffnungswahrscheinlichkeit .
Indirekt ligandengesteuerte Kanäle, metabotrope Rezeptoren
Der Transmitter öffnet nicht direkt den Ionenkanal, sondern löst eine Kaskade chemischer Reaktionen
aus.
Ein Beispiel sind cholinerge Rezeptoren des muskarinischen Typs. Das Acetylcholin bindet an den
Rezeptor. Ein trimeres G-Protein bildet dann mit dem Rezeptor einen Komplex. Das an das G-Protein
gebundene GDP wird durch GTP ersetzt, so daß ein aktives G-Protein entsteht, besteht aus dem GTP
und der -Untereinheit, das nun den K+-Kanal öffnet. Am Herz würde es nun zu einer Frequenzabsenkung kommen. (Hemmung der Erregungsbildung im Sinusknoten)
Weitere Möglichkeiten für das Öffnen von Kanälen wäre die Zwischenschaltung von cAMP oder
durch Phosphorylierung über die Proteinkinase C. Dieser Vorgang geht von einem G-Protein aus, das
über die Bildung von Diacylglycerin (DAG) die Proteinkinase aktiviert.
14. Neurotransmitter
Aufgaben und Vorkommen
Neurotransmitter sind chemische Substanzen, die an den Synapsen im ZNS und an den peripheren
Nerven eine Erregung weiterleiten. Sie werden in den Vesikeln der präsynaptischen
Nervenendigungen gespeichert und durch ein Aktionspotential freigesetzt. Nach Diffusion im
synaptischen Spalt bewirken sie an der postsynaptischen Membran eine Permeabilitäts- und
Potentialänderung. Es kommt zu einer De- bzw. Hyperpolarisation.
Transmitter zwischen prä- und postganglionärem Neuron ist beim Sympathikus und Parasympathicus
das Acetylcholin (nikotinerge Rezeptoren). Transmitter zwischen postganglionärem Neuron und
Endorgan ist beim Sympathikus in der Regel Noradrenalin (- und -Rezeptoren), beim
Parasympathicus Acetylcholin (muskarinerge Rezeptoren).
Neurotransmitter









Acetylcholin
GABA (-aminobuttersäure): wirkt als hemmender Überträgerstoff im ZNS
Glycin: Hemmung von -Motoneuronen
Glutamat: wichtigste erregender Überträgerstoff im ZNS
Serotonin: überall im Körper, Kontrolle vieler neuronaler Funktionen
Histamin: v. a. im Gehirn (Schlaf-Wach-Regulation, Motorik, Sexualverhalten, ...)
Adrenalin: an wenigen Synapsen im Gehirn
Noradrenalin: hat Einfluß auf Lernprozesse, Verarbeitung von Sinnesreizen, Schafregulation im
Gehirn, in der Peripherie an Synapsen von Herz- und Gefäßmuskulatur
Dopamin: im Gehirn (Parkinson-Krankheit: durch Untergang von Nerven die Dopamin als
Transmitter haben, sinkt der Dopaminspiegel ab  typische Symptome der Krankheit treten dann
auf)
Benennung der Rezeptoren
18
Cholinerge Rezeptoren
Transmitter
Subtypen
Adrenerge Rezeptoren
Adrenalin und Noradrenalin
(Katecholamine)
Acetylcholin (Ach)


nikotinerge Rezeptoren
muskarinerge Rezeptoren mit
M1, M2 und M3-Rezeptoren


-Rezeptoren mit 1- und 2-Rezeptoren
-Rezeptoren mit  1- und  2-Rezeptoren
Cholinerge Rezeptoren
a)
Nikotinerge Rezeptoren


b)
Sie übertragen die Information über ligandengesteuerte Kanäle.
Sie befinden sind an den Übertragungsstellen vom prä- auf das postganglionäre Neuron von
Sympathikus und Parasympathicus sowie an motorischen Endplatten,
Muskarinerge Rezeptoren
Sie befinden sich an den Kontaktstellen parasympathisches postganglionäre Neuron auf den
Effektor oder auf eine andere Nervenzelle.
Rezeptor
Botenstoff
Vorkommen
M1-Rezeptoren
Ca2+ 
 vor allem auf Neuronen, Förderung der Erregbarkeit
M2-Rezeptoren
cAMP   Herzmuskel  Hemmung der Herzfrequenz
 glatte Muskulatur  Kontraktion
M3-Rezeptoren
Ca2+ 
 Drüse  Sekretion
Adrenerge Rezeptoren
a)
b)
-Rezeptoren
Rezeptor
Botenstoff
1-Rezeptoren1
Ca2+ 
2-Rezeptoren2
cAMP 
Vorkommen
Endorgane des peripheren Nervensystems:
 Kontraktion (Vasokonstriktion, Uteruskontraktion,
Kontraktion intestinaler Sphincter)
 Dilatation (Pupillendilatation)
 präsynaptischen
Hemmung
der
Noradrenalinfreisetzung
 Sympathicotonus 
 intestinale Relaxation
 -Rezeptoren
Erhöhung der K+-Leitfähigkeit durch die Aktivierung der Adenylatcyclase über ein Gs-Protein
und die damit verbundene Erhöhung des sekundären Botenstoffs cAMP.
1
Sie vermitteln ihre Wirkung durch die Phospholipase C, die IP 3 und Diacylglycerin synthetisiert. Das IP3 öffnet
Ca2+-Kanäle
2
Ein Gi-Protein vermittelt die Hemmung der Adenylatcyclase  Konzentrationsverminderung des cAMP zur
Unterbrechung des K+-Ruhestroms. Es ist direkt an Ionenkanäle gebunden.
19
Rezeptor
Botenstoff
 1-Rezeptoren
cAMP 
 2-Rezeptoren
cAMP 
Vorkommen
 Herz  Kontraktionskraft und Frequenz 
 Macula densa  Freisetzung von Renin
 Fettgewebe  freien Fettsäuren
Rezeptoren der Endorgane:
 Dilatation (Vasodilatation, Bronchodilatation)
 Glycogenolyse
 Relaxation (Uterusrelaxation, intestinale Relaxation)
 Thermogenese
Wirkungsweise von Adrenalin und Noradrenalin
Die Wirkungsweise von Adrenalin und Noradrenalin ist an den Rezeptoren verschieden:
Adrenalin
haben
die
gleiche Wirkung
1-Rezeptoren

2-Rezeptoren

 1-Rezeptoren

 2-Rezeptoren
Bildung und Freisetzung am Beispiel von Acetylcholin



Noradrenalin



Bildung: Sie erfolgt nahe am präsynaptischen Ende eines Neurons durch die Übertragung einer
Acetylgruppe von einem Acetyl-CoA auf Cholin. Dieser Vorgang wird durch das Enzym CholinAcetyltransferase katalysiert. Die Speicherung erfolgt in synaptischen Vesikeln.
Freisetzung: Freigesetzt wird das Acetylcholin, wenn ein Aktionspotential die Öffnung
spannungsgesteuerter Ca2+-Kanäle auslöst. Ca2+ fließt in das präsynaptische Nervenende ein,
setzt die Exozytose der präsynaptischen Vesikel in Gang. Es kommt zur Freisetzung der Vesikel
in den synaptischen Spalt.
Abbau: Gespalten wird das Molekül im Extrazellularraum durch das Enzym
Acetylcholinesterase, die an der Membran der Endorgane und der Nerven selbst lokalisiert ist.
Das Acetylcholin wird in Cholin (Aufnahme und Recycling) und Acetat gespalten.
15. Der einfache Reflexbogen
Der einfache Reflexbogen stellt die Antwort von Effektoren des Körpers auf eine Erregung der Rezeptoren dar = Reflex. Es ist die automatische, zielgerichtete Antwort auf einen Reiz. Eigenschaften:


Ist willentlich nicht unterdrückbar.
Automatisch zielgerichtete Antwort auf einen Reiz
Reflexbogen
Der Reflexbogen ist eine neuronale Verschaltung, ausgehend vom peripheren Rezeptor zu einem oder
mehreren zentralen Neuronen im ZNS bis zum peripheren Rezeptor.
afferenter Schenkel
AFFERENZ
Reflexzentrum
Interneurone im ZNS
Rückenmarksneurone
20
efferenter Schenkel
EFFERENZ
sensible Fasern
motorische
 ZNS
Einheiten
Sensoren
Rezeptortypen
Erfolgsorgan
Effektor
Die Rezeptoren bilden mit ihren afferenten Fasern den afferenten Schenkel des Reflexbogens. Die
Anzahl der zentralen Neurone ist bis auf den monosynaptischen Dehnungsreflex immer größer als
eins. Motoaxone oder postganglionäre Fasern des vegetativen Nervensystems bilden den efferenten
Schenkel. Effektoren des Reflexbogens sind Skelettmuskulatur, glatte Muskulatur, Herz oder Drüsen.
Reflexzeit
Es ist die Zeit zwischen Beginn des Reizes und Antwort des Effektors. Sie ist vorwiegend bedingt
durch die Leitungszeit in den Fasern und zentralen Teilen des Reflexbogens. Außerdem kommt hinzu:
 Umwandlung des Reizes in eine fortleitende Erregung
 Übertragungszeit in den Synapsen (Synapsenzeit)
 Übertragung vom efferenten Schenkel auf den Effektor
 Aktivierung des Effektors durch diese Membranerregung
Hemmende Schaltkreise
z. B. Patellasehnenreflex. Der Ib-Motoneurone und
damit den Antagonisten über hemmende Interneurone. Der Strecker wird erregt  Strecken des
Beins.
16. Der monosynaptische Eigenreflex (Muskelspindel)
Beim monosynaptischen Dehnungsreflex ist der afferente Schenkel direkt mit dem efferenten
Schenkel verbunden. Das System dient der Lagestabilisierung. Typische monosynaptische Reflexe
sind Muskeldehnungsreflexe (Sehnenreflexe). Die Dehnung führt zu einer Erregung von
Muskelspindelafferenzen (Ia-Fasern), die eine Erregung in den Motoneuronen des dazugehörigen
Muskels hervorrufen. Die Erregung wird über monosynaptische Nerven (A-Fasern) weitergeleitet
und führt zur Muskelkontraktion.



Sensor: ist die Muskelspindel. Sie besteht aus intrafusalen Muskelfasern und dem nervalen Teil,
die Endigungen der Ia-Muskelafferenzen  spirale und nicht kontraktilen Mittelteil der intrafusalen Fasern.
Stammfasern: Das ist der afferente Schenkel mit einer hohen Leitungsgeschwindigkeit. Der
efferente Schenkel besteht aus den Motoneuronen der sensortragenden Muskeln.
Adäquater Reiz: Dehnung des Muskels. Dabei sind die Muskelspindeln die Meßfühler für Lage
und Längenveränderungen. Eine dynamische Dehnung des Muskels führt zur Entladungssalve in
den Ia-Afferenzen. Dadurch wir der Motoneuronenpool aktiviert und es kommt zur
Spannungszunahme im Muskel.
Eigenreflex
Hier liegen Affektor und Effektor im selben Organ. Es existiert nur eine Synapse zwischen dem
efferenten und afferenten Neuron. Die Reflexzeit ist dadurch sehr kurz (ca. 20 ms). Da der Reiz und
die Antwort im selben Organ liegen, heißt diese Reaktion auch Eigenreflex.
21
Dehnungsreflex
Beim Dehnungsreflex sind Effektoren die Muskelspindelrezeptoren. Sie liegen als intrafusale
Muskelfasern, von Bindegewebe umhüllt, zwischen der extrafusalen Arbeitsmuskulatur. Das
Mittelstück der intrafusalen Faser ist der eigentliche Dehnungsrezeptor, an den Enden ist die typische
Querstreifung zu erkennen. Somit sind diese Abschnitte kontraktil und werden von -Motoneuronen
innerviert. Werden beim Dehnungsreflex die Muskelrezeptoren gedehnt, kommt es zu einem
Generatorpotential und zur Bildung eines Aktionspotentials. Sie laufen über 1a-Fasern zum
Rückenmark und von dort über -Motoneurone zu der extrafusalen Arbeitsmuskulatur um eine Kontraktion auszulösen. Dadurch werden die Dehnungsrezeptoren entspannt und das Generatorpotential
läßt nach.
Aber auch über -Motoneurone können Dehnungsreize aktiviert werden. Es kommt dabei zu einer
erhöhten Spannung in den Enden der intrafusalen Fasern, also zu einer Vordehnung. Je höher diese
ist, um so größer ist die Impulserzeugung im Mittelstück. Der Rezeptor wird daraufhin bei relativ
geringer Dehnung schon große Generatorpotentiale, also auch Aktionspotentiale haben. Dadurch kann
der Organismus Reflexabläufe beeinflussen bzw. den Muskeltonus erhöhen. Mit Hilfe des
Jendrassischen Handgriffs (gebeugte Finger verhaken und kräftig auseinander ziehen) können
Reflexe, z. B. der Quadrizepsreflex leichter ausgelöst werden
17. Polysynaptischer Fremdreflex
Außer der monosynaptische Dehnungsreflex sind alle anderen Reflexe über mehrere zentrale Neurone
im Reflexbogen hintereinander geschaltet. Sie sind deshalb polysynaptisch. Hier sind Rezeptor und
Effektor im Organismus räumlich voneinander getrennt, nicht im gleichen Erfolgsorgan, so daß sie als
Fremdreflex bezeichnet werden. Man teilt die Fremdreflexe auch noch in vegetative Reflexe
(Refelxbögen enden in den Effektoren des vegetativen Nervensystems) und polysynaptische
motorische Reflexe (Effektoren sind Skelettmuskeln) unterteilen. Bei polysynaptische Reflexen kann
durch die größere Anzahl der zentralen Neurone die Reflexantwort noch besser an die jeweiligen
Erfordernisse des Organismus angepaßt werden.
Kennzeichen



Sind über spinale Interneuronketten mit den motorischen Einheiten verknüpft
Bei einem schmerzhaften Reiz am einer Extremität wird diese reflektorisch angezogen, z. B.
Wegziehen er Hand, Lidschluß, Anpassung der Bauchdecke
Es ist der erste Schritt einer Schutz- und Fluchthandlung
Summation, Ausbreitung (Irridiation)
Unterschwellige Reize können sich zu einem überschwelligen Reiz summieren. Diese Summation
findet an den Interneuronen und Motoneuronen statt. Subjektive Empfindungen gehen der
Reflexauslösung voraus (z. B. Kitzeln, Kratzen vor dem eigentlichen Hustenreflex), d. h. die
Rezeptoren sind schon erregt. Die Reflexzeit hängt stark von der Reizintensität ab. Dei sehr starker
Reizintensität kommt es zur Ausbreitung des Reflexbogens auf bisher unbeteiligte Muskelgruppen. Es
werden dabei bisher unterschwellig erregte Neurone überschwellig erregt (z. B. bei sehr starkem
Husten arbeitet die Brust-, Schulter-, Bauch- und Zwerchfellmuskulatur mit).
22
Beugereflex
Wird bei einem Tier die Hinterpfote schmerzhaft gereizt, so kommt es zu einem reflektorischen
Wegziehen dieser Extremität, also zu einer Beugung. Die entsprechenden Streckmuskeln werden
während dieser Beugung gehemmt (über hemmende Interneurone). Die Rezeptoren für den
Beugereflex liegen in der Haut. Da der Reflex die Extremität aus einem ihr schädlichen Bereich
wegzeiht, wird er auch als Schutzreflex bezeichnet.
Wiederholte schmerzhafte Reize führen zu einer Sensitivierung d. h. die Reflexschwelle ist gesenkt,
die Reflexzeit ist verkürzt und das rezeptive Feld vergrößert. Es kann also Ausbreitung stattfinden.
Der Beugereflex kann auch abhängig vom Reizort unterschiedlich stark ausfallen, was als
Lokalzeichen bezeichnet wird.
Gekreuzter Streckreflex
Die Beugung einer Extremität führt immer zu einem erhöhten Streckertonus in der contralateralen
Muskulatur der Extremität. Dadurch ist dieses Bein befähigt, die zusätzlich einwirkende Kraft zu
tragen. Die contralateralen Beuger werden gehemmt, d. h. sie erschaffen.
Fällt ein Reiz z. B. an der Hinterpfote sehr stark aus, so bleibt die Reflexantwort nicht auf das hintere
Bein beschränkt, sondern breitet sich über das Rückenmark auf die vorderen Extremitäten aus. Dort
wird ebenfalls (jedoch Seitenverkehrt) ein gekreuzter Streckreflex ausgelöst. Diese Reflexantwort
bereitet den Organismus auf eine Flucht vor.
Habituation, Gewöhnung
Bei häufiger, nicht schmerzhafter Wiederholung eines Hautreizes am selben Ort mit gleicher
Intensität läßt die Reflexantwort nach. Komplizierte Schutzreflexe sind:




Pupillenreflex3
Tränenfluß
Hustenreflex
Niesen
18. Unterschied zwischen Eigenreflex und Fremdreflex



Eigenreflex
Monosynaptisch
Motorisch
Angeboren



Beispiel: Patellasehnenreflex
Fremdreflex
Polysynaptisch
Motorisch oder vegetativ
Angeboren
oder
erworben
Beispiel: Pupillenreflex
19. Bedingte Reflexe
Die bisher behandelten Reflexe können bei allen Individuen der gleichen Art beobachtet werden. Sie
sind im Bauplan des Nervensystems festgelegt und somit angeboren. Es besteht aber auch die
3
Er wird durch plötzlich vermehrten Lichteinfall ausgelöst. Das efferente Signal läuft über parasympathische
Fasern des N. oculomotorius und bewirkt das Engerwerden der Pupillen. Es reagieren stets beide Pupillen. Es
reagieren stets beide Pupillen gleichzeitig, auch wenn der Reiz nur ein Auge trifft (konsensueller Reflex).
23
Möglichkeit bestimmte reflektorische Reaktionen zu lernen, um besser auf wechselnde Situationen
reagieren zu können. Dafür muß das ZNS Informationen mit anderen vergleichen und speichern. Ein
Beispiel dafür liefert Pawlow. Wird einem Hund ein Stück Fleisch ins Maul gelegt, so kommt es
reflektorisch zur Speichelsekretion. Wird statt dessen eine Glocke geläutet kommt es nicht zur
Speichelsekretion. Pawlow hat nun in unablässigem Forschdrang festgestellt: wird das Glockenläuten
immer mit der Fütterung ausgelöst, registriert das Gehirn diese Kombination. So passiert es nach
einiger Zeit, daß der Speichelfluß schon beim Glockenschlag ausgelöst wird. Dieser bedingte Reflex
wird durch Übung erhalten oder durch Unterlassen vergessen. Ähnlich geschieht dies beim erscheinen
des Melkers  Einschießen der Milch (Milch-Ejektions-Reflex).
20. Gliazellen
Funktion der Gliazellen





Ernährung und Stoffaustausch der Nervenzellen
Förderung der Erregungsleitung (Ausbildung von Nervenfaserhüllen) = Isolator
Unspezifische Abwehraufgaben, Fähigkeit zur Phagozytose
Ionenspeicher
Stützfunktion: sie füllen die Räume zwischen Perikaryon, Dendriten und Axonen von
Nervenzellen aus, dienen der Organisation und der räumlichen Trennung der Neurone
 Stoffwechselaktive Aufgaben: Stoffaustausch zwischen Nervenzellen und Kapillaren
 Bilden die Axonscheide markhaltiger und markloser Nervenfasern und beeinflussen dadurch die
Leitungsgeschwindigkeit
 Sind an Regulationsvorgängen beteiligt
 Bilden die Blut-Hirn-Schranke
Gliazellen des ZNS
Ependymzellen:



Kleiden die Hohlräume des ZNS und den Zentralkanal des Rückenmarks aus
Bewegung des Liquor cerebrospinalis
Transport von Stoffwechselmetaboliten
Makroglia:



Liegen auch den Blutkapillaren perivaskulär an und sind Bestandteil der Blut-Hirn-Schranke
Verbindet sich durch die zytoplasmatischen Ausläufer mit den Nervenzellen (Nervensystem und
den weichen Gehirnhäuten) zum Flüssigkeits- und Stofftransport (NZ  Kapillare)
Regulieren die Ionenkonzentration des Nervengewebes
Photoplasmatischer Astrozyt:



Liegt in der grauen Substanz des ZNS
Kennzeichnet ein polygonales Kerngebiet
Hat eine Vielzahl von reich verzweigten Fortsätzen.
Oligodendrozyt:

Sind kleine Gliazellen in der grauen und weißen Substanz des Rückenmarks
24

Bilden die Myelinscheiden um die Nervenzellenfasern im ZNS
Mikroglia:



Klein, meist sternförmig
Liegen in der Nähe von Gefäßen und in der grauen und weißen Substanz
Schließt häufig phagozytiertes Material aus abgestorbenen Nervenzellen ein (Phagolysomen)
Gliazellen im peripheren ZNS
Schwann’sche Zellen:

Bilden die Myelinscheide um periphere Nervenzellenfortsätze
Amphizyt:


Umgeben das Perikaryon von Nervenzellen der vegetativen Ganglien und von Spinalganglien
Stoffwechselaktive Aufgaben
MUSKELN
1. Vergleich von quergestreifter und glatter Muskulatur
In den Muskelfasern von Skelett- und Herzmuskulatur liegen die Aktin- und Myosinfilamente streng
geordnet, so daß eine optische Querstreifung entsteht. Diese fehlt der glatten Muskulatur. Bei der Innervation gibt es ebenfalls Unterschiede, so wird die Skelettmuskulatur durch motorische Endplatten
innerviert, das Herz allerdings durch Eigenerregung in den Automatiezentren.







quergestreifte Muskeln
Hexagonales Gitter der Myofilamente im
Querschnitt
Jedes „dicke“ Myosinfilament ist von 6
„dünnen“ Aktinfilamenten umgeben
Daraufhin folgt wieder eine hexagonale
Anordnung von 6 Myosinfilamenten
Verhältnis Aktinfilament:Myosinfilamet =
2:1
Aktinfilamente sind über -Actinin an ZStreifen befestigt
Sarkolemm bildet eine Verbindung zwischen
kontraktilem Apparat und extrazellulärer
Matrix
Muskelfasern bis zu 15 cm lang









25
glatte Muskeln
Hohes Ordnungsprinzip ist nicht vorhanden
Keine Querstreifung
Enthält mehr Aktin als die Skelettmuskeln
Verhältnis Aktin : Myosin = 12 : 1 bis 18 : 1
Vernetzungspunkte bilden sog. „dense
bobies“
Aktinfilamente inserieren am Sarkolemm
unter Bildung von „dense patches“ bzw.
„dense bands“
Während der Kontraktion wird die Zellmembran eingezogen
Muskelfaserlänge zwischen 30 bis 200 m
Vorkommen in den Eingeweiden, in der
Wand von Blutgefäßen und im Auge
2. Muskelfasertypen












glatte Muskulatur
1 Zellkern
Wenig sarkoplasmatisches
Retikulum
Unregelmäßige Anordnung
der Aktin-Myosinfilamente
mit Befestigungsplatten
Intermediärfilamente
Keine motorische
Endplatte
Langsame Bewegung
Energiesparend
Automatie
Desmosomen
Viele Gap junctions
Tetanisierbar
Wenig Mitochondrien










Herzmuskel
1 Zellkern
Mittelmäßig viel sarkoplasmatisches Retikulum
Querstreifung
Keine motorische Endplatte
Rhythmische Bewegungen
Ausdauernde Funktion
Automatie (Steuerung) ist
möglich
Viele Gap junctions
Nicht tetanisierbar (lange
Refraktärzeit)
Viele Mitochondrien










Skelettmuskel
Viele Zellkerne
Ausgeprägtes
sarkoplasmatisches
Retikulum
Querstreifung
Motorische Endplatte
Schnelle Bewegungen
Energieaufwendig
Steuerung
Keine Gap junctions
Tetanisierbar
Wenige Mitochondrien
 Langsame, kaum ermüdbare Fasern mit hoher oxidativer Enzymaktivität
 Schnelle, wenig ermüdbare, dünnere Fasern mit hoher Myosin-ATPase, hoher glykolytischer und
stärkerer oxidativer Enzymaktivität
 Schnelle, ermüdbare, dicke Fasern mit hoher Myosin-ATPase und hoher glykolytischer (anerober)
Enzymaktivität
3. Struktur und Zusammensetzung des Muskels
Die mit bloßem Auge erkennbaren „Fleischfasern“ sind Faserbündel aus Muskelfasern 0 Muskelzelle.
Die Zellmembran der Muskelzelle ist das Sarkolemm. Es umschließt die Myofibrillen, das
Sarkoplasma (Zytoplasma), mehrere Zellkerne, Mitochondrien, Lysosomen, Fetttröpfchen und
Glycogenkörnchen. Im Sarkoplasma gelöst sind Glycogen, glykolytische Enzyme, Kreatinphosphat,
Aminosäuren und andere Substanzen.
Der Muskel ist aus Muskelfasern (lang, kernreich, zylindrisch, Durchmesser von 80 m) aufgebaut.
Die Muskelfaser enthält einige 100 Myofibrillen. Die einzelne Myofibrille ist durch Z-Scheiben in
Sarkomere eingeteilt.
Struktur der Myofibrillen
Sie bestehen aus Myofilamenten, die aus Myosin, Aktin, Tropomyosin und Troponin aufgebaut sind.
a)
Aktinfilament (dünnes Filament)
Hat einen Durchmesser von etwa 6 nm und verhält sich im polarisierenden Licht isotrop, einfach
brechend. Es besteht aus:




Aktin
Tropomyosin und
Bei quergestreifter Muskulatur dem Troponinkomplex,
Bei glatter Muskulatur Caldesmon und Calmodulin
26
Etwa 400 kugelförmige (globuläre) Aktinmoleküle sind entlang der fadenförmigen Tropomyosinmoleküle über Aktin-Aktin-Bindungsstellen hintereinander aufgereit und bilden so ein F-Aktion
(f-fibrös) mit einer Doppelhelixstruktur. Ein Tropomyosinmolekül erstreckt sich über 7
Aktinmoleküle, wobei in einem gewissen Abstand (etwa 40 nm) Troponinmoleküle eingelagert
sind. Sie bestehen aus 3 Untereinheiten:



Troponin C = bindet Calcium
Troponin I = bindet Actin (verhindert in Ruhe die Brückenbildung zwischen Mysin und
Aktin. Der Hemmeffekt wird durch die Bindung von Ca2+ an Troponin C aufgehoben.
Troponin J = bindet Tropomyosin
Dem glatten Muskel fehlt Troponin, enthält stattdessen das Ca 2+-bindende Protein Calmodulin.
Caldesmon verläuft parallel zum Tropomyosinmolekül, während das globuläre Calmodulin in
regelmäßigen Abständen auf dem Tropomyosin liegt.
b)
Myosinfilament (dickes Filament)
Sie entstehen durch eine Zusammenlagerung von Myosinmolekülen, die im polarisierten Licht
anisotrop, doppeltbrechend wirken und rufen so die dunklen Abschnitte der Querstreifung
hervor. Die Länge beträgt in Skelett- und Herzmuskulatur etwa 1,6 m und in der glatten
Muskulatur 2,2 m.
Das Molekül setzt sich aus zwei langgestreckten, miteinander verdrillten Eiweißmonomeren zusammen, die sich zum Ende hin zu zwei Köpfchen verdichten. Man unterscheidet an ihnen
Myosinkopf, Myosinhals und Myosinschaft, die gelenkig miteinander verbunden sind. Die
Kopfregion enthält die Myosin-ATPase.
Struktur der Sarkomere




I-Streifen: beidseitig der A-Streifen gelegene, helle (isotrope) Bande, bestehend aus nur dünnen
Filamenten (Durchmesser bis 5 nm), die an den Z-Scheiben befestigt sind
A-Streifen: in der Mitte des Sarkomers gelegene dunkle (anisotrope), 1,6  m breite Bande
besteht aus den dicken Myosinfilamente (Durchmesser von 10 nm) und den sich dazwischenschiebenden dünne Filamenten aus der I-Bande.
H-Zone: ist ein Teil des A-Streifens, in dem nur dicke Filamente enthalten sind.
Z-Scheibe: Befestigung der Aktinfilamente
4. Elektromechanische Kopplung
Sie dienen der Übermittlung der Kontraktionssignale von der erregten Zellmembran auf die
Myofibrillen. Man spricht dann von elektromechanischer Kopplung, wenn die Erhöhung der
sarkoplasmatischen Calciumkonzentration durch die Änderung des Membranpotentials hervorgerufen
wird.
Quergestreiften Muskulatur
Das Sarkolemm bildet zwei verschiedene Formen des Calciumspeichers:
a)
Longitudinales tubuläres System (L-System)
Es ist als tubuläres System parallel zur Zelloberfläche angeordnet und liegt längs zu den
Faserbündeln. Diese intrazellulär gelegenen Speicher sorgen für kurze Diffusionswege und so zu
27
schnellen Muskelkontraktionen. Die Calciumfreisetzung erfolgt aus den erweiterten Endbezirken
des sarkoplasmatischen Retikulums (terminale Zisternen). Sie liegen in der Nähe des
transversalen Systems.
b)
Transversales tubuläres System (T-System)
Das sind regelmäßige Einstülpungen der äußeren Zellemembran, des Sarkolemm. Wenn sich auf
beiden Seiten das transversalen Systems terminale Zisternen bilden, so bilden sich Triaden. Es
sorgt für eine rasche Erregungsleitung von der äußeren Zellmembran in das Innere der
Muskelfaser.
Glatte Muskulatur
In der glatten Muskulatur liegt das sarkoplasmatische Retikulum (longitudinale tubuläre System) in
Vesikelform vor; nahe der äußeren Zellmembran. Das transversale System fehlt vollständig. In diesem
Muskeltyp speichern auch die Mitochondrien das Calcium.
Ca2+ + Calmodulin
Ca2+-Calmodulin
Myosinkinase (inaktiv)
Calmodulin-Myosinkinase (aktiv)
Myosin-ATPase (inaktiv)
phosphoryliertes Myosin (aktiv)
5. Innervation der quergestreiften Muskulatur
Skelettmuskel
Die motorische Faser spaltet sich am Ende mehrfach auf und bildet neuromuskuläre Endplatten. Sie
werden eben durch die Abspaltung des Motoaxons gebildet, das seine Markscheide verloren hat und
innervierte mehrere Muskelfasern.
Auf der präsynaptischen Seite der Endplatte erfolgt bei Erregung die Ca 2+-abhängige AcetylcholinFreisetzung durch Exozytose. Durch Diffusion im synaptischen Spalt verteilt sich der ausgeschüttete
Transmitter und bindet an der postsynaptischen Seite an Rezeptoren, die wiederum ligandengesteuerte
Ionenkanäle öffnen (cholinerge Rezeptoren des nicotinergen Typs, allerdings Öffnung von
unselektiven Kationenkanälen). Die postsynaptische Membran (Sarkolemm) ist zur
Oberflächenvergrößerung aufgefaltet und bildet im Bereich der motorischen Endplatte den
postsynaptischen Faltetapparat. Es kommt zum Na+-Einstrom, dann zur überschwelligen
Depolarisation und zur Bildung eines EPSP, das an der motorischen Endplatte ein Endplattenpotential
bildet. Es öffnen sich spannungsabhängige Na+-Kanäle, die ein Muskelpotential (Aktionspotential)
auslösen.
Die Steuerung der quergestreiften Muskulatur erfolgt über motorische Zentren des ZNS (nervöse
Kontrolle des Zusammenspiels von Haltung und Bewegung und deren adäquate Kopplung), dabei
werden unbewußte Reaktionen über das Rückenmark und bewußte Reaktionen über das Gehirn
gesteuert. Ein Reflex stellt eine automatische, beliebig wiederholbare zweckgerichtete Antwort auf
einen Reiz dar. Des weiteren Unterscheidet man noch:
28


Stützmotorik = wahren der Haltung: Die Regulation erfolgt auf der Rückenmarksebene.
Informa
-Motoneu
-Motoneurone
korrigiert (schnelle Efferenzen)
Zielmotorik = nach außen gerichtete Bewegung: Das sind komplexe, willentlich gesteuerte
Bewegungen. Die Koordination liegt in motorischen Assoziationsfeldern. Die Bewegung folgt
dem polysynaptischen Reflex. Es sind Dehnungsrezeptoren zur Lagekontrolle vorhanden.
An einer motorischen Endplatte, eine spezialisierte Kontaktstelle des Axons mit der
Skelettmuskelfaser, unterscheidet man folgende Strukturen:



Nervenendigung mit präsynaptischer Membran (enthält die Vesikel mit dem Transmitter)
Synaptischer Spalt
Subsnaptischer Faltenapparat, gebildet vom Sarkolemm der Myosinfibrillen
Derartige Endplatten existieren nur in den Skelettmuskelfasern. Jede Muskelfaser hat eine motorische
Endplatte, aber ein Motoaxon versorgt durch die Aufspaltung mehrere Muskelfasern, was dann als
motorische Einheit4 zusammengefaßt wird.


Feinmotorik: 1 Neuron  5 - 6 Fasern (z. B. Mittelohrmuskeln)
Grobmotorik:1 Neuron  bis 1000 Fasern (z. B. Rumpfmuskulatur)
Die Größe der motorischen Einheit ist für die Abstufbarkeit der Bewegung wichtig. Je weniger Muskelfasern zu einer Einheit zusammengefaßt werden, desto feiner kann die Motorik gesteuert werden.
Herzmuskulatur
Der Herzmuskel entspricht einer einzelnen motorischen Einheit. Die Erregung breitet sich über Gap
junctions in den Glanzsteifen (Disci intercalares) auf benachbarte Muskelfasern aus. Nerven sind
daran nicht beteiligt. Die für die Erregung wichtigen Schrittmacherpotentiale werden im Herzen selbst
gebildet. Das vegetative Nervensystem paßt die Tätigkeit des Herzens über die Transmitter Noradrenalin ( 1-Rezeptoren: cAMP , Kontraktionskraft und Frequenz ) und Acetylcholin (M2: cAMP
; Hemmung der Herzfrequenz) den Bedürfnissen des Organismus an.
6. Erregung der glatten Muskulatur
Myogene Erregung
Das ist eine im Gewebe entstandene Erregung. Schrittmacherzellen lösen hierbei spontane
Kontraktionen aus. Sie depolarisieren Anteile der Membran bis zur Schwelle, es kommt zum Ca2+Einstrom und damit zu einer Depolarisation mit nachfolgendem Aktionspotential. (Präpotentiale =
Schrittmacherpotentiale) Die Ausbreitung der Erregung erfolgt über Gap junctions (Nexus). Es gibt
zwei verschiedene Typen:

Single-unit-Typ: Diese Form findet man im Magen-Darm-Kanal, im Uterus und im Ureter. Die
glatten Muskelzellen werden über interzelluläre Gap junctions zu größeren Einheiten
zusammengefaßt. Die Erregung breitet sich daher auf benachbarte Muskelzellen aus. Nervöse
4
Definition der motorischen Einheit: Darunter versteht man das Motoneuron und alle von ihm innervierten
Muskelfasern.
29

Strukturen (Ganglienplexus) koordinieren den Kontraktionsablauf. Oft wird die Tätigkeit durch
verschiedene Transmitter (Noradrenalin, Ach, Serotonin, Bradykinin, Histamin, ...) beeinflußt.
Multi-unit-Typ: Diese Form ist in den größeren Blutgefäßen und in den Bronchen vorhanden. Die
Aktivität ist enger an die Nerven des vegetativen Nervensystem gekoppelt.
Neurogene Erregung
Sie wird durch Nervenimpulse ausgelöst. Die Innervation erfolgt über das vegetative Nervensystem,
das allerdings keine motorischen Endplatten besitzt und daher keine spezialisierten Kontaktstellen
zwischen Nerv und Muskelfaser vorhanden sind. Die Transmitterfreisetzung erfolgt aus Varikositäten
(Auftreibungen des Nervs).
Transmitter
Noradrenalin
Adrenalin
Acetylcholin
Funktion
Erschlaffen oder Kontraktion5
Erschlaffen
Kontraktion
vegetative Nervensystem
Sympathikus
Sympathikus
Parasympathicus
Hormonelle Erregung
Hormone erreichen über das Blut die glatte Muskulatur. An den Rezeptoren:


Das Acetylcholin induziert die Schrittmacherzellen, die eine Depolarisation auslösen. Es kommt
zu einer Erhöhung der Aktionspotentialfrequenz und damit zur Kontraktion.
Die Hormone aus der Nebennierenrinde Adrenalin und Noradrenalin führen zu einer
Hyperpolarisation der Membran. Die Frequenz der Aktionspotentiale wird herabgesetzt und der
Muskeltonus sinkt damit auch.
7. Kontraktionsauslösung, Ausbreitung des Aktionspotentials
In der Skelettmuskulatur
Die durch das Aktionspotential bewirkte Depolarisation verteilt sich über die Triaden und springt zum
Longitudinalsystem über, so daß depolarisierte Membranbezirke den terminalen Zisternen des
longitudinalen Systems gegenüberliegen. Die Depolarisation öffnet Rezeptoren, die das Signal an den
Calciumfreisetzungskanal im sarkoplasmatischen Retikulum weiterleiten. Ca2+-Kanäle der
Terminalzisternen werden geöffnet, es kommt zum Ca2+-Ausstrom. Die Ionen diffundieren zu den
Myofilamenten, werden dort vom Troponin gebunden, das nun das Freilegen der
Myosinbindungsstellen am Aktin induziert. Der Myosinkopf kann nun angelagert werden und es
kommt zur Kontraktion. (Weichmacherwirkung des Ca2+). Das Zurückpumpen des Ca2+ in die
Terminalzisternen geschieht über Ca2+-ATPasen, die unter ATP-Verbrauch jeweils 2 Ca2+
transportieren.
Im Herzmuskel
Die in der Depolarisationsphase über das Sarkolemm einströmende Calciumionen setzten seinerseits
wieder Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum frei (Freisetzungsfunktion des Aktionspotentials). Andererseits werden sie dort gespeichert (Speicherfunktion des Aktionspotentials).
Ein komplizierter Mechanismus bewirkt eine Steigerung der Kontraktion
5
 rezeptorabhängig
30
In der glatten Muskulatur


Spannungsgesteuerte Calciumkanäle liegen insbesonders in koordiniert tätigen Muskeln. Die
Aktionspotentiale breiten sich über die Membranoberfläche eines Zellverbandes aus. Einige
glatte Muskelzellen bilden sponatne Depolarisationen aus. Das elektrische Signal wird über Gap
junctions weitergegeben. (s. auch Singe-unit-Typ)
Rezeptorgesteuerte Ca2+-Kanäle unterliegen dem Einfluß lokaler Transmitter. Es kommt so zu
einer Öffnung der Kanäle und damit zu einem Ca2+-Einstrom (pharmakomechanische Kopplung).
Der Einstrom kann in geringer Weise auch durch Inositoltriphosphat aus den lokalen Speichern
bewirkt werden. Im Gegensatz zu den Skelettmuskeln wirkt hier der Transmitter auf den gesamten Bereich des Sarkolemms. (s. auch Multi-unit-Typ)
8. Kontraktion des Muskels
Um die Kontraktion eines Muskels besser erklären zu können, bemüht man sich der Gleitfilmtheorie.
Diese sagt aus, daß die Myosin- und Aktinfilamente übereinander hinweggleiten ohne sich selbst zu
verkürzen. Daher unterscheidet man:


Verkürzung (Kontraktion) = Abnahme der Sarkomerenlänge
Verlängerung (Dehnung) = Zunahme der Sarkomerenlänge
Der zyklische Grundprozeß der Kontraktion
Phase 1:
Der Myosinkopf ist fest mit dem Aktinmolekül verbunden. Es liegt Aktomyosin vor.
Zum Lösen des Myosinkopfes ist ATP im Zytosol notwendig.
Phase 2:
Der Myosinkopf bindet ATP, so nimmt seine Affinität seiner Bindung zu Aktin stark ab.
Der Myosinkopf trennt sich am Aktin. Der Zyklus kann nur weiterlaufen, wenn nun das
ATP zu ADT + Pi (ATPase-Wirkung des Myosin) abgebaut wird. Dies kann nur in
Anwesenheit von Mg2+ geschehen.
Das gebundene ADP + Pi am Myosinkopf läßt die Affinität wieder steigen und legt sich
an das Aktinmolekül wieder an. ADP + Pi werden nun unterschiedlich rasch abgegeben,
wobei das Pi durch Beschleunigung durch das Aktin schneller entfernt wird.
Phase 3:
Phase 4:
Der Übergang in diesen Zustand ist die eigentliche Kraftstufe. Man erklärt dies durch
eine Dehnung des Myosinkopfes, der nun einen Schritt zwischen die Aktinfilamente
gezogen wird und abkippt. Mit der Abgabe des ADP ist der Zyklus beendet.
Funktion der Querbrücken
Der oben beschriebene Zyklus nennt sich auch ATP-getriebener Querbrückenzyklus. Für das
Durchlaufen des Zyklus wird pro Querstück 1 Molekül ATP gebraucht. Je mehr Querbrücken
gleichzeitig aktiv sind, und je rascher der Querbrückenzyklus durchlaufen wird, desto höher ist der
ATP-Verbrauch.
Gesteigerte
Kraftentwicklung
und
zunehmende
Kontraktionsgeschwindigkeitserhöhung den Energieumsatz des Muskels.
Regulation der Muskelkontraktion

Über die Reizfrequenz
31

Über die Anzahl der angesprochenen motorischen Einheiten
9. Ruhedehnungskurve und Längen-Kraft-Beziehung
Elastische Elemente des Muskels
Die Kraftentwicklung bei passiver Dehnung (Ruhedehnungskurve) wird hervorgerufen durch:


Parallelelastische Elemente: Die elastischen Elemente liegen parallel zu den Sarkomeren,
verursacht durch Sarkolemm und Bindegewebe (Faszien), die auch verhindern, daß die Filamente
bei Dehnung in Ruhe auseinanderfallen. Die Wirksamkeit ist in der Ruhe-Dehnungskurve
sichtbar.
Serienelastische Elemente: Sie sind hinter und vor das Sarkolemm geschaltet, z. B. Sehnen.
Ruhedehnungskurve
Kraft
= Vordehnung, die man durch verschiedene schwere Gewichte erhält
relative Muskellänge
a)
Ruhedehnungskurve:



b)
Die Ruhedehnungskurve stellt den Zusammenhang zwischen dehnender Kraft (Spannung) und Muskellänge dar. Am nicht erregten
Muskel werden mit zunehmender Dehnung die daraus resultierende
Längenveränderung geringer, d. h. die Dehnbarkeit des Muskels
nimmt ab. Die höchste Kontraktionskraft ist bei einer Sarkomerlänge
von 2,0 bis 2,2 m.
Die normale Vordehnung im Körper beträgt 1/3 der maximalen Dehnungsfähigkeit. Die
Vordehnung verursacht in situ eine erhöhte Arbeitsleistung.
Die Dehnung steigt nicht proportional mit den anhängenden Gewichten (Spannung) an,
sondern nimmt immer weniger zu.
Um so steiler sie Kurve ist, desto stärker wird der Muskel gedehnt, d. h. die Elastizität
nimmt beim gedehnten Muskel zu.
Kurve der isotonischen Maxima
Kurve der Punkte, die man erhält, wenn der Muskel in allen Belastungsstufen maximal isoton
reizt, z. B. ein mit 500 g belasteter Muskel, also ein vorgedehnter Muskel, kann sich bei
maximaler Reizung nicht so stark kontrahieren wie ein unbelasteter Muskel. Die neuen
Kontraktionslängen in Abhängigkeit von der neuen Belastung wird in ds Koordinatensystem
eingetragen.
c)
Kurve der isometrischen Maxima
Kurve, die man erhält, wenn man den Muskel in allen Belastungsstufen der Ruhedehnungskurve
maximal isometrisch Reizt.
d)
Punkt der absoluten Kraft
32
Dieser ist erreicht, wenn der Muskel kein Gewicht mehr heben kann = Grenze der Reißfestigkeit.
Kraft-Geschwindigkeitsbeziehung
Verkürzung
Schnell - leichte Last: die Geschwindigkeit einer isotonen
Kontraktion ist um so kleiner, je größer die Kraft ist.
a)
Langsam - schwere Last: schwere Gegenstände können nur sehr
langsam angehoben werden. Durch zusätzlichen Aufwand von
Muskelarbeit kann bei gleichbleibender Muskelbelastung die
Kontraktion gesteigert werden.
b)
Zeit
Vmax.
Da sich Verkürzungsgeschwindigkeit der in drei Myofibrillen
hintereinandergeschalteten Sarkomeren addieren, werden bei gleicher
Verkürzungsgeschwindigkeit lange Muskeln mehr kontrahiert.
1.
2.
2.
1.
kurze Muskelfaser
lange Muskelfaser
Muskelkraft in Nm
Längen-Kraft-Beziehung
Die Kraftentwicklung hängt von der Vordehnung des Muskels ab. Die maximale Kraftentwicklung
liegt bei einer Sarkomerslänge von 2,0 bis 2,2 m. Man kann berechnen:




Arbeit = Länge  Last (Kraft)
Kraft = Gschwindigkeitsbeziehung
Leistung = Kraft  Verkürzungsgeschwindigkeit
Belastung = während der Verkürzung aufzubringende Kontraktionskraft
Hill-Kraft-Geschwindigkeitsrelation
Vmax
0
Die Kontraktionsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Belastung
hyperbolisch ab.
Fmax.
Variation der Kontraktionsgeschwindigkeit


Alle Fasern  relative Belastung einzelner Fasern   Kontraktionsgeschwindigkeit 
Teil der Fasern  relative Belastung   Kontraktionsgeschwindigkeit 
10. Kontraktionsformen
33
Isotonische Kontraktion
Kraft
Verkürzung des Muskels bei konstanter Krafteinwirkung, z. B.
Anheben von einem leichten Gegenstand
Länge
Isometrische Kontraktion
Kraft
Kraftentwicklung bei konstanter Muskellänge (die Muskelenden
sind fixiert, keine gegenseitige Verschiebung), z. B.
Haltefunktionen und fixiertes Gelenk (Anheben von einem
schweren Gegenstand)
Länge
Auxotonische Kontraktion
Kraft
gleichzeitige Änderung von Kraft und der Muskellänge.

Länge

Positiv auxotone Kontraktion: Kraftentwicklung nimmt
während des Vorgangs zu (Abduzieren des herabhängenden
Armes)
Negative auxotone Kontraktion: Kraftentwicklung nimmt ab
Unterstützungskontraktion
Kraft
Länge
Die Kontraktion läßt sich in zwei Phasen einteilen, die
nacheinander ablaufen: erst isometrisch, dann isotonisch. Man
findet das z. B. bei der Skelettmuskulatur beim Hochheben eines
Gewichtes vom Boden, Aufstehen von liegenden Tieren und bei der
Systole des Herzens. (konstante Länge mit Kraft  
Überwindung des Gewichtes  Kraft konstant, Länge )
Anschlagkontraktion
Kraft
Die beiden Phasen folgen in umgekehrter Reihenfolge, erst
isotonisch, dann isometrisch, z. B. beim Anschlag gegen
„Hindernisse“ (Ohrfeige, Schließen des Kiefers mit anschließenden
Kaudruck)
Länge
11. Beeinflussung der neuromuskulären Erregung
Acetylcholinesterasemangel
Acetylcholin im synaptischen Spalt bindet an Rezeptoren, die Na+-Kanäle öffnen. Es wird ein Aktionspotential hervorgerufen. Da das Ach allerdings nur sehr langsam abgebaut werden kann, kommt
es zu einer Dauerdepolarisation, so daß keine neuen Aktionspotentiale mehr gebildet werden können
34
Störung der Na+-Kanäle
Ein Wirkstoff, der die Acetylcholinrezeptoren blockiert, ist das d-Tubocurarin. Es kommt zu einer
kompetitiven Blockade der Rezeptoren, so daß die postsynaptische Membran nicht erregt werden
kann. Dieser Wirkstoff kann nur die Rezeptoren in den Skelettmuskeln blockieren, hat aber keinen
Einfluß auf die Herztätigkeit oder die Tätigkeit der glatten Muskulatur.
Atropingabe
Das Atropin kann ebenfalls an die Rezeptoren des Acetylcholins anlagern. Es herrscht eine Konkurrenz mit Ach um die selben Rezeptoren, was zu einer Erschlaffung der Muskulatur führt.
Weitere Störungen



Hypokalzämische Tetanie  Krampf
Wundstarrkrampf  Vergiftung des Nervs
Mg2+-Mangel
12. Energieumsatz im Muskel
Muskelstoffwechsel
Die Muskelzelle kann chemische Energie zu 20 - 30 % in mechanische Energie umwandeln. Der Rest
geht in Form von Wärme verloren.


Ruhestoffwechsel der Skelettmuskulatur (20 % des Gesamtumsatzes)
Ruhestoffwechsel bei Arbeit (35 % des Grundumsatzes)
Erhöhter Stoffwechsel ist mit einer erhöhten Durchblutung verbunden, um den Bedarf an Sauerstoff
und Nahrungsstoffen zu decken und um die anfallenden Stoffwechselprodukte abzubauen.
Energiequellen für die Kontraktion




Adenosintriphosphat (ATP)6
Kreatinphosphat7
Glucose/ Glykogen8
Trigyceride9
ATP ist die primäre Energieform, wenn es verbraucht ist (ATP  ADP + Pi), muß in der Zelle durch
Resynthese neues ATP gebildet werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten ATP aufzubauen, wie bei b), c) und
d).
7
Kreatinphosphat + ADP  Kreatin + ATP
8
Es kann entweder ohne Sauerstoff (anaerob: Glucose  2 Lactat + 2 ATP/mol) oder mit Sauerstoff (aerob:
Glucose  CO2 + H20 + 36 ATP/mol) umgewandet werden. Bei der aeroben Glycolyse entsteht meist eine
Sauerstoffschuld.
9
Sie werden bei der Fettsäureoxidation umgesetzt  CO2 + H20 + 27 ATP
6
35
Sauerstoffschuld
Während der Arbeit entsteht im Muskel ein Sauerstoffmangel. Dies kommt dadurch zustande, daß in
den Zellen ATP vorhanden ist, das schneller verbraucht wird, als wieder resynthetisiert werden kann.
Es kommt vorrübergehend zu einer erhöhten mechanischen Arbeit des Muskels. In Ruhe wird die
Sauerstoffschuld in Form von Sauerstoffatmung wieder aufgenommen und das Lactat aus der
anaeroben Glykolyse zur Bildung von ATP abtransportiert.
Bei der Kreatinphosphatspaltung und bei der anaeroben Glykolyse geht der Organismus eine
Sauerstoffschuld ein. So atmen man z. B. nach einem 50 m Sprint eben diese Sauerstoffmenge nach,
auch wenn man sich ruhig hinsetzen wollte, um den Kreatinphosphatspeicher wieder aufzufüllen. Die
entstandene Milchsäure wird in Herz und Leber wieder zu Glucose aufgebaut. Bei schwerer Arbeit
benötigt man 50 mal mehr O2 für die Muskulatur. Der Kreislauf wird angeregt.
13. Ermüdung der Skelettmuskulatur
Isolierter Muskel
Es kommt zu einer Anhäufung von Milchsäure mit einem damit verbundenem pH-Abfall und einer
ungenügenden ATP-Synthese.




Die Erschlaffungen des Muskels werden allmählich verlangsamt.
Die Zuckungsamplituden nehmen ab.
Bei 20° C kommt man in den Zustand der Dauerverkürzung (Kontraktur)
Bei 0° C ist der Muskel total erschlafft, auch ohne weitere Kontraktionsfähigkeit.
Im Gesamtorganismus
a)
Periphere Ermüdung
Rhythmische Reize bis zu einer Grenzfrequenz führen nicht zur Ermüdung, weil sich der Muskel
zwischen den Kontraktionen erholen kann. Für jeden Muskel besteht eine Grenzfrequenz, so daß
unter physiologischen Bedingungen dauernd tätige Muskeln, wie z. B. Atem- und
Herzmuskulatur nicht ermüden. Oxidative Vorgänge während der Erschlaffung (Erholung), z. B.
Blut begleicht Sauerstoffschuld, Brenztraubensäure und Milchsäure werden oxidativ wieder
abgebaut, Energiespeicher werden wieder aufgefüllt, tragen dazu bei.
Oberhalb dieser Grenze kommt es zur Ansammlung von Stoffwechselmetaboliten im Muskel
durch ungenügende Sauerstoffzufuhr. Es wird vermehrt anaerobe Arbeit geleistet. Die
energiereichen Verbindungen verschwinden aus der Zelle, was nur durch Sauerstoffzufuhr
behoben werden kann.  „Muskelkater“ bei überhöhter Beanspruchung.
b)
Zentrale Ermüdung
Die Ursache hierfür liegt in den nervalen Strukturen des zentralen Nervensystems oder aber das
Endplattenpotential ist unterschwellig geworden. Subjektives Müdigkeitsgefühl von der Formatio
reticularis und Rezeptionsstörungen in den verschiedenen Sinnesorganen führen zu einer
Verlängerung der Reaktionszeit und zu einer Abnahme der Leistungsfähigkeit.
14. Alles zu Kontraktionen
36
Definitionen
Kontraktur =
das sind Muskelverkürzungen, reversibel, die ohne reguläre Aktionspotentiale
ausgelöst wurden, z. B. durch eine lokale Depolarisation (Änderung der Natriumoder Kaliumpermeabilität) oder durch Calciumfreisetzung durch Pharmaka
(Coffein). Das Membranpotential ist lokal dauerdepolarisiert. Bestimmte
Tonusfasern der quergestreiften Skelettmuskulatur in den langsameren äußeren
Augemuskeln oder in den Muskelspindeln reagieren mit so einer derartigen
Membrandepolarisation.
Kontraktion =
wird durch Aktionspotentiale ausgelöst, die über das Sarkolemm ablaufen
Starre =


Tetanus =


irreversible Starre (Rigor): Erschöpfung der ATP-Vorräte. Das lösen der
Aktin-Myosin-Verbindung ist nicht mehr möglich, z. B. bei der Totenstarre
(Rigor mortis)
reversible Starre (Tetanus): durch ständige Aktionspotentiale ausgelöste
Dauerkontraktion
in der Physiologie wird so eine Kontraktionsform der Skelettmuskulatur
bezeichnet (tetanische Kontraktion).
in der Medizin bedeutet es Wundstarrkrampf mit krampfartigen, lang
anhaltenden Kontraktionen der Skelettmuskeln
Krämpfe =
gehen von Motoneuronen oder motorischen Nerven aus.
Superposition =
Es ist ein Merkmal der tetanischen Kontraktion. Durch Erhöhung der
Reizfrequenz erfolgt eine Überlagerung der Kontraktionen. Die vom Muskel
entwickelte Kraft steigt mit der Frequenz der Aktionspotentiale bis auf das 5 - 10fache einer Einzelzuckung an.
Tetanie =
Überregbarkeit im ZNS, verursacht durch das Absinken des Plasmacalciumspiegels. Auch hier entstehen krampfartige Skelettmuskelkontraktionen
EMG =
bedeutet Elektromyographie. Die Erregungsprozesse der Skelettmuskulatur lassen
sich anhand des EMG registrieren. Die Ableitung erfolgt entweder über
Elektroden auf der Hautoberfläche (transkutane Registrierung) oder es werden
Nadelelektroden zwischen die Fasern von zwei verschiedenen motorischen
Einheiten des Muskels gestochen. Die Nadelelektrode liefert ein EMG mit
besserer räumliche Zuordnung. Die Ableitung stellt die neuromuskuläre Aktivität
dar.
Muskeltonus =
das ist die Muskelgrundspannung durch abwechselnde Kontraktionen verschiedener motorischer Einheiten. Tonische Dauerdepolarisationen kommen bei
„Taiusfasern“ am Auge vor. Hier gilt das Alles-oder-nichts-Gesetz nicht.
Reflextonus =
Neurogene -Fasern beeinflussen den Muskeltonus im Halteapparat.
Zusammenhänge
Ein Einzelreiz führt immer zu einer maximalen Ca2+-Freisetzung und damit auch zu einer maximalen
Einzelkontraktion der Skelettmuskelfaser. Trotzdem führt ein Einzelreiz nicht zu einer maximalen
37
Verkürzung der Muskelfaser, da dies zu kurz ist, um das relativ langsame Filamentgleiten bis zur
Endstellung in Gang zu bringen.
Eine weitere Verkürzung nur dann, wenn während dieser Einzelzuckung ein zweiter Reiz eintrifft.
Solchermaßen wiederholte Reize führen zu einer stufenweisen Summation von Einzelzuckungen
(Superposition).
Wird die Reizfolge noch mehr erhöht, kommt es zur maximal möglichen Kontraktion der motorischen
Einheit (Tetanus). Gegenüber einer Einzelzuckung erhöht sich dadurch die Muskelkraft auf das 4fache. Während die Calcium-Konzentration bei einer Summation zwischen den Reizen immer wieder
absinkt, bleibt sie beim Tetanus erhöht.
Bei eine Kontraktur hat man eine Dauerverkürzung des Muskels, ist jedoch von Tetanus und Rigor zu
unterscheiden. Sie entsteht nicht durch die Überlagerung von Aktionspotentialen, sondern entweder
durch eine lokale Dauerdepolarsation, z. B. bei erhöhter K+-Konzentration im EZR oder durch
pharmakologisch verursachte Ca2+-Freisetzung im Zellinneren, z. B. durch Koffein. Auch die
Kontraktion sog. Tonusfasern (Muskelspindeln) ist eine Kontraktur. Sie beantworten einen Reiz nicht
mit einer Alles-oder-Nichts-Zuckung, sondern kontrahieren sich nach Maßgabe der Depolarisation
(kein Aktionspotential). Hier wird die Kontraktion durch Variierung der Ca 2+-Konzantration im IZR
geregelt.
Der allgemeine Tonus, Reflextonus der Skelettmuskulatur wird durch Aktionspotentiale an einzelnen
motorischen Einheiten verursacht. Dabei sind keine Einzelzuckungen sichtbar, da die motorischen
Einheiten asynchron (wechselweise) erregt werden. Besonders die Haltemuskulatur ist auch bei
scheinbarer Ruhe in diesem unwillkürlichen Spannungszustand, der über Reflexe angeregt wird und z.
B. bei erhöhter Aufmerksamkeit zunimmt.
Einzelkontraktion - tetanische Kontraktion
a)
Einzelkontraktion
Ein Aktionspotential oder ein elektrischer Einzelimpuls löst eine Kontraktion aus. Das
Aktionspotential entsteht an der motorischen Endplatte und läuft von dort über das Sarkolemm
mit einer Leitungsgeschwindigkeit von 3 - 10 m/s. Es depolarisiert aber nur einen sehr kleinen
Oberflächenteil des Sarkolemms.
b)
Tetanische Kontraktion (Tetanus)
Hier folgen Aktionspotentiale rasch nacheinander, die auf der Oberfläche der Skelettmuskellaser
(Länge bis zu 15 cm!) gleichzeitig Platz finden. Jede Konztraktionsantwort auf zwei oder
mehrere ergibt eine tetanische Kontraktion.  Superposition. Man unterscheidet hier wiederum
zwei Arten:


Unvollständige tetanische Kontraktion: bei schwache Willkürbewegungen treten im
Motoneuron Aktionspotentiale mit einer niedrigen Frequenz auf. Die Abstände sich länger
als die Konztraktionsdauer, so daß der Verlauf der Kontraktionen in der Muskelfaser
wellenförmig ist. Durch die unterschiedliche Erregung der gesamten motorischen Einheit,
tritt trotzdem ein glatter Kontraktionsablauf im Muskel auf.
Vollständige tetanische Kontraktion: bei repetitiver Reizung einer Einzelfaser geht bei der
Verschmelzungsfrequenz die unvollständige tetanische Kontraktion in eine vollständige
(glatte) tetanische Kontraktion über.
38
15. Begriffserklärungen
Wärmebildung
bei Muskelarbeit, weil es ja auch mechanische Arbeit ist, entsteht Wärme. Dabei wird chemische
Energie (ATP)  mechanischer Energie + Wärme.

Aktivierungswärme entsteht durch die Wechselwirkungen zwischen Aktin und Myosin und ist
von der nach außen abgegebenen Leistung abhängig.
Erschlaffungswärme entsteht aus gespeicherter potentieller Energie, z. B. aus gedehnten
elastischen Strukturen.
Erholungswärme stammt aus den chemischen Prozessen zum Auffüllen der Energiespeicher
Erhaltungswärme: entsteht bei Haltearbeit
Verkürzungswärme: entsteht bei der isometrischen Kontraktion.




Wirkungsgrad ()
oder auch Nutzeffekt des Muskels liegt bei 30 - 35 %, der Rest endet in Wärme. Der Wirkungsgrand
der Energietransformation liegt bei 40-50 %, der mechanische Nutzeffekt10 liegt bei 20-30 %.
äußere Arbeit
 [%] =   100
Energieumsatz
Erholungspulssumme
Das beschreibt die Anzahl der Pulse, die in der Erholungspause über dem Ausgangswert liegen. Es
stellt ein Maß für die muskuläre Ermüdung dar.
Dauerleistungsgrenze

Dauerleistungsfähigkeit: ist ohne muskuläre Ermüdung und mindestens 8 Stunden durchführbar,
ist durch Training beeinflußbar
Höchstleistungsfähigkeit: die Leistung ist zeitlich limitiert. Es gilt: Je länger die Arbeitszeit,
desto niedriger ist die Höchstleistungsgrenze, ist ebenfalls durch Training beeinflußbar

16. Muskelstoffwechsel
Weiße Muskeln





10
Dick
Viele Myofibrillen
Wenig Mitochondrien
Arbeiten schnell, aber rasch ermüdend
Dienen raschen Bewegungen z. B. M.
gastrognemius: laufen, gehen
Rote Muskeln






Dünn
Wenig Myofibrillen
Mehr Mitochondrien
Mehr Myoglobin
Arbeiten langsamer, aber viel ausdauernder
Dienen der Haltearbeit, z. B. M. soleus: stehen
Mechanischer Nutzeffekt (Energie für Ionen geht ab) + Wärmebildung = Erholungswärme.
39
17. Pathophysiologie





Spaszitität: unwillentliche Muskelkontraktionen. Es kommt zu einer Vermehrung des
Muskeltonus und zu einer gesteigerten zahl von Muskelreflexen
Rigidität: bedeutet Steifheit. Es kommt zu einer Erhöhung des Muskeltonus.
Myotonie: ist ein tonischer Krampf der Muskulatur durch fehlende oder verzögerte Erschlaffung
nach Kontraktionen
Poliomyelitis: „Kinderlähmung“. Das ist eine Rückbildung der Nerven. Andere Nerven
übernehmen die Innervation, so daß größere motorische Einheiten entstehen.
Amotrope Lateralsklerose: Rückbildung der Nerven
SINNE
1. Allgemeines zur Sinnesphysiologie
1.1 Allgemeiner Bau und allgemeine Funktionen der Sinnesorgane
Funktion
40
Aufnahme von Informationen aus der Umwelt oder aus dem eigenen Körper
Ablauf einer Sinneswahrnehmung
Adäquate Reize sind Reize, auf die ein Sinnesorgan optimal reagiert. Auch auf andere Reize spricht
ein Sinnesorgan an, aber mit einer viel geringeren Empfindlichkeit. Es können z. B. alle Sinnesorgane
durch elektrischen Strom gereizt werden. Trifft ein adäquater oder inadäquater Reiz auf das
Sinnesorgan, so kommt es dort zur Erregung der sensorischen Nerven. Die Impulse werden an die
sensorischen Gebiete des ZNS weitergeleitet, wo es nur Wahrnehmung kommt.
Bau der Sinnesorgane
Sinnesorgane werden aus einem Zusammenschluß vieler Rezeptoren oder Sensoren gebildet, die auf
denselben adäquaten Reiz reagieren.
Funktion der Sinnesorgane
Im Sensor bzw. Rezeptor führt der physiologische oder chemische Reiz zur Veränderung der
Membraneigenschaften des Rezeptors. Es entsteht ein Generatorpotential. Dieser Prozeß wird als
Transduktion bezeichnet. Je stärker der Reiz ist, desto höher ist das Rezeptorpotential. Wird ein
Schwellenwert überschritten, so bildet sich ein Aktionspotential = Transformation des Reizes. Die
Reizgröße wird durch die AP-Frequenz kodiert. Je stärker also der Reiz ist, desto größer ist das
Rezeptorpotential, desto größer ist auch die AP-Frequenz. Die Fortleitung des Aktionspotentials
erfolgt über periphere Nerven zum ZNS, wo es zur Wahrnehmung kommt.
1.2 Typen von Sensoren
Proportionalitätsfühler
Er depolarisiert für die Dauer des Reizes proportional zur Stärke des Reizes. (langsame Adaptation)
Proportional-Differentialfühler
Es kommt zu einer starken Depolarisation am Anfang des Reizes und bleibt für die Dauer des Reizes
depolarisiert.
Differentialfühler
Es kommt zu einer starken Depolarisation am Anfang, fällt aber wieder auf 0 ab. Er reagiert auf Signaländerungen, kann aber nicht die Dauer eines Reizes erkennen.
1.3 Definitionen
Generatorpotential
41
Änderung des Potentials der Rezeptorzelle durch einen Reiz. Es ist abhängig von der Reizstärke.
Reizstärke


Absolutschwelle, Reizschwelle: Mindeststärke, die zur Empfindung führt, d. h. die kleinste
Reizstärke, für die eine Änderung der Impulsfrequenz des Neurons feststellbar ist.
Unterschiedsschwelle: Stärkedifferenz, damit ein Unterschied festgestellt werden kann. Es ist der
Betrag, um den ein Reiz größer sein muß, damit gerade noch eine merkliche Steigerung
festgestellt werden kann (Vergleichsreiz).
Räumliche + zeitliche Summation
Addition von zeitlich und räumlich getrennten Strömen am Neuron. Addition hochfrequenter
Erregung
Arbeitsbereich
Empfindlichkeitsbereich von Sensoren
Adaptation
Einstellung des Empfindlichkeitsbereiches der Sensoren. Bei langandauernden Reizen nimmt die
Reizantwort langsam ab. Es kommt zu einer Verringerung der Reaktionen am Sensor. Die Adaptationsgeschwindigkeit ist abhängig vom Bau der Sensoren und von den Transformationsprozessen
an der Nervenfaser. Die Adaptation bewirkt, daß ein Sinnesorgan für eine Reizänderung
empfindlicher ist, als für einen statischen Reiz.
Habituation
Die Habituation verringerte Reaktionen des gesamten Organismus bei länger dauernder Reizeinwirkung
Rezeptives Feld
Das rezeptive Feld sensorischer Neuronen ist der Bereich aus dem sie die Informationen über
Sinnesreize erhalten. Man unterscheidet:


Konvergente Schaltung (Konvergenz): 1 Neuron enthält Informationen verschiedener
Sinneszellen
Divergente Schaltung (Divergenz): 1 Sinneszelle liefert Infos an mehrere Neuronen
Beide Mechanismen bewirken eine Verstärkung schwacher Reize. Die Größe der peripheren und
zentralen rezeptiven Felder ist funktionsangepaßt. Bei kleineren Feldern gibt es ein besseres sensorisches Auflösungsvermögen.
Die genaue Lokalisation eines Reizes innerhalb des rezeptiven Feldes ist durch die Überlappung der
rezeptiven Felder mehrer Neurone möglich. Innerhalb eines rezeptiven Feldes reagieren Zentrum und
42
Peripherie gegensätzlich: bei der Erregung des Zentrums wird das Umfeld gehemmt und umgekehrt.
Das ist die sog. „ON-OFF-Reaktion“, der die laterale Hemmung zugrunde liegt.
Sensorische Bahnen
Sensorische Bahnen sind Ketten hintereinander geschalteter Neuronen. Vom Sensor zieht die
afferente Nervenfaser an das sekundär sensorische Neuron  ... (Rückenmark oder Hirnstamm) 
thalamische Projektionskerne  Projektionsfelder der Hirnrinde. Durch Konvergenz und Divergenz
entstehen neuronale Netzwerke. Eine sensorische Bahn besteht aus einem Netzwerk hintereinander
geschalteter zentraler Neurone, die mit Synapsen miteinander verbunden sind.
Sinnessystem
Gesamtheit der miteinander verschalteten sensorischen Bahnen und den Hemmsystemen
2. Tastsinn und Temperatursinn der Haut
2.1 Tastsinn - Mechanorezeptoren
Definitionen


Tastpunkte: Sie sind unterschiedlich verteilt. Man hat an der Hand viele (20/cm2), am Rumpf
weniger.
Räumliches Auflösungsvermögen: ist definiert als die Zweipunktschwelle. Das ist der kleinste
Abstand, bei dem noch zwei Reizpunkte festgestellt werden können. Es ist abhängig von der
Innervationsdichte ( zwischen 1mm bis 70 mm).
Funktionseinteilung der Mechanorezeptoren
a)
Druckwahrnehmung


SAI = Merkel-Zellen: Sie nehmen Reize wahr, die senkrecht auf die Haut treffen. Sie sind
ohne Reiz nicht aktiv. Reagieren aber bei einem anhaltenden Druckreiz mit einer anfänglich
gesteigerten, dann aber weitgehend gleichbleibenden Frequenz.
SAII = Ruffini-Körperchen: Sie sind spontan aktiv und durch Druck, Dehnung, Kühlung der
Haut reizbar. Sie liegen u. a. in Knochen und Gelenken  Beteiligung an Wahrnehmung der
Gelenkstellung (Propriozeption)
SAI und SAII-Rezeptoren sind Proportionalitätsfühler, die langsam adaptieren. Lage: im Corium
 Identitätssensoren übertragen die Information über die Stärke eines anhaltende Drucks auf
die Haut oder einer Hautdehnung
b)
Berührungswahrnehmung


Ra-Sensoren = Meissner-Körper (Rezeptoren der unbehaarten Haut)
Haarfollikelrezeptoren (Berührungsrezeptor der behaarten Haut)
43
Beide Rezeptoren adaptieren schnell (Geschwindigkeit des mechanisches Reizes) Lage: Corium
bis Epidermis  Geschwindigkeitssensoren übertragen die Informationen über die Geschwindigkeit des Eindrucks
c)
Vibrationswahrnehmung

PC-Sensoren = Pacici-Körperchen
Sie sind sehr schnell adaptierend (Geschwindigkeitsänderung des mechanischen Reizes). Lage:
Subcutis  Beschleunigungssensoren: Reizung durch die Beschleunigung des Hautdrucks
Mechanosensitive Kanäle
Bei Dehnung öffnen sich dehnungssensitive Kationenkanäle. Es kommt zum Na +-Einstrom und somit
zur Depolarisation. Es entsteht ein Generatorpotential (bis zum 1. Schnürring), das beim Überschreiten des Schwellenwertes zum Öffnen spannungsabhängiger Na+-Kanäle führt. Es bildet sich ein
Aktionspotential am Axon.
Tastsinn
Ein räumliches Muster bildet sich durch viele Mechanorezeptoren, die ihre Informationen an das ZNS
weiterleiten. Dort findet die Verarbeitung der Sinneswahrnehmung statt.
2.2 Temperatursinn - Thermorezeptoren
Rezeptoren
a)
Kaltrezeptoren
Sie sind langsam spontan aktiv. Es ist abhängig von der Kühlung des rezeptiven Feldes. Bei geringfügiger Abkühlung kommt es nur zu einer sehr geringen Frequenzzunahme. Der Rezeptor adaptiert in wenigen Minuten. Die Frequenzzunahme ist um so größer und schneller, je größer der
Temperaturunterschied ist. Sie sind am empfindlichsten bei normalen Hauttemperaturen um 30°
C. Empfindlichkeit und Spontanaktivität nimmt zu höheren und tieferen Temperaturen hin ab.
Oberhalb von 40° C und unterhalb von 10° C reagieren sie nicht mehr.
b)
Warmrezeptoren
Sie sind im Bereich von 30 - 45° C spontan aktiv und haben ein kleines rezeptives Feld. Erwärmung der Haut führt zu einer Frequenzzunahme, bei Abkühlung hört die Impulserzeugung auf.
Sie adaptieren ähnlich schnell wie Kaltrezeptoren.
Temperaturempfindung
44
a)
Statische Temperaturempfindung11


b)
Alles was über 45° C liegt  Hitzeempfindung
Alles was unter 17° C liegt  Kälteschmerz
dynamische Temperaturempfindung
Sie ist abhängig von der Ausgangstemperatur und der Geschwindigkeit der Temperaturänderung.
2.3 Schmerzempfinden - Nocizeptoren
Schmerzwahrnehmung
Ein adäquater Reiz wird gebildet bei Gewebsschädigung oder potentieller Gewebsschädigung. Die
Sensoren sind freie Nervenendigungen, die bei der Zellschädigung freigesetzt werden oder direkt
Druck erregt werden können. Eine weitere Möglichkeit ist die direkte Einwirkung durch Hitze oder
Kälte und eine daraus resultierende indirekte Erregung der Nervenzellen durch freigesetzte parakrine
Substanzen (Prostaglandine, Bradykinin, Serotonin, ...) aus Fibroblasten, Mastzellen, ... .
Schmerztypen


Somatischer Schmerz: Oberflächenschmerz (Haut) und Tiefenschmerz (Muskel, Knochen,
Gelenke, Bindegewebe)
Visceraler Schmerz: Eingeweideschmerz
Schmerzkomponenten




Sensorische (Lokalisation, Dauer, Intensität)
Emotionale
Vegetative (reflektorische Reaktionen auf den Schmerz)
Motorische (Flucht zu Schutzreflex)
Subjektive Bewertung



Schmerzschwelle
Schmerzintensität
Schmerzintoleranzschwelle
Schmerzrezeptoren
a)
Mit markhaltigen Axonen:


11
A-Mechanorezeptoren (reagieren hauptsächlich auf starke spitze mechanische Reize)
A-polymodale Nocizeptoren (reagieren wie A-Mechanorezeptoren, aber noch zusätzlich auf
Hitzereize und chemische Reize)
bezogen auf die Hauttemperatur
45
b)
Mit marklosen Axonen:

C-polymodale Nocizeptoren (reagieren auf starke mechanische, chemische und Hitzereize)
Schmerzausschaltung
a)
Schmerzmittel


b)
Nicht narkotische, schmerzhemmende Mittel: Sie hemmen den Entzündungsprozeß. Die
Aktivierung und die Sensibilität der Rezeptoren wird gemindert.
Narkotische Mittel: Sie binden an Opioidrezeptoren im Rückenmark. Dadurch wird die
neuronale Aktivität im ZNS herabgesetzt.
Örtliche Betäubung



Nervenblock
Infiltrationsanästesie
Neurektomie
3. Sehsinn
3.1 Dioptrinischer Apparat des Auges
Der dioptrinische Apparat
Er ist ein zusammengesetztes Linsensystem mit mehreren Übergangsflächen und brechenden Medien.
Es besteht aus:





Durchsichtige Hornhaut (Cornea), geschützt durch einem Tränenfilm (Ultrafiltrat des Plasmas)
Mit Kammerwasser gefüllte vordere und hintere Augenkammer
Iris mit Pupille
Linse (mit durchsichtiger Linsenkapsel umgeben)
Glaskörper
Der dioptrinische Apparat entwirft auf die Netzhaut ein umgekehrtes und verkleinertes Bild. Für die
Abbildung eines Gegenstandes gilt bei achsennahen Strahlen:
1
1
1
--- = --- + --f
B
G
B = Bildweite
G = Gegenstandsweite
f = Brennweite
Der Kehrwert der Brennweite ergibt den Brechwert D in Dioptrien (dpt): D = 1/f. Die Gesamtbrechkraft des Auges beträgt 58,9 dpt. Dabei liegt die Hauptbrechkraft bei der Cornea und der Linse.
Brechkraft
46
Licht wird beim Übertritt in ein anderes Medium gebrochen. Die Lichtbrechung der Linse hängt von
ihrer Krümmung der Oberfläche (Radius) ab. Je kleiner der Radius ist, desto stärker ist die Brechkraft
und desto kleiner ist die Brennweite. Die Veränderung der Linsenkrümmung  Akkomodation.
Akkomodation
dient zur Fokussierung von Gegenständen in der Bildebene. Um Gegenstände in unterschiedlichen
Entfernungen immer scharf sehen zu können, muß die Brechkraft der Linse verändert werden. Das
geschieht durch die Änderung der Krümmung vorwiegend der vorderen Linsenfläche mit Hilfe des
Ziliarmuskels. Es ist ein Gegenspiel von Zonulafasern und dem Ziliarmuskel.
a)
Fernakkomodation
Zur Fernakkomodation ist die Linse flach. Der Ziliarmuskel ist entspannt. Die Übertragung der
elastischen Kräfte ausgehend von Sklera und Chorioidea wird über die Zonulafasern auf die
Linse übertragen:  Kontraktion des Ziliarkörpers  Befreiung der Linse vom Zug der
Zonulafasern  aufkugeln der Linse durch ihre eigene Elastizität  Nahakkomodation
b)
Nahakkomodation
Bei der Nahakkomodation kontrahiert sich der Ziliarmuskel. Der Zug der Zonulafasern auf die
Linse wird unterbrochen. Die Elastizität der Linse führt zu einer stärkeren Krümmung: 
Erschlaffen des Ziliarkörpers  Zonulafasern ziehen wieder an der Linse  abflachen der Linse
 Fernakkomodation.
c)
Akkomodationsbreite
Es ist die Differenz zwischen den beiden Brechkräften bei der Nah- und Fernakkomodation. Bei
jugendlichen Menschen beträgt sie 14 dpt. Bei älteren Menschen ist sie aufgrund der
abnehmenden Elastizität der Linse geringer. Beim Tier ist die Akkomodationsbreite relativ
gering: bei der Katze beträgt sie z. B. 3 - 4 dpt.
3.2 Sehfehler
Physiologische Sehfehler



Sphärische Aberrationen: Kornea und Linse haben im Randbereich eine kürzere Brennweite, so
daß einfallende Strahlen stärker gebrochen werden. Eine Engstellung der Pupille blendet den
Randbereich aus.
Chromatische Aberrationen: kurzwelliges Licht wird stärker gebrochen als langwelliges Licht, z.
B. blau stärker als rot. Ein Ausgleich erfolgt über verschiedene Akkomodationen bei den
verschiedenen Farben. Zur scharfen Abbildung der roten Gegenstände muß stärker akkomodiert
werden als für die blauen Gegenstände, daher erscheinen die roten Flächen bei gleicher
Entfernung näher.
Astigmatismus: Brechkraftunterschiede an verschiedenen Stellen der Linse durch die ungleichen
Krümmungsradien. Die vertikale Linie ist stärker gekrümmt als die horizontale, daher werden die
in der vertikalen Ebene einfallende Strahlen stärker gebrochen als andere. Ein physiologischer
Astigmatismus besteht bei < 0,5 dpt und ein pathologischer Astigmatismus bei > 0,5 dpt. Die
Korrektur erfolgt durch zylindrische Linsen.
47

Streulicht: entsteht durch diffuse Dispersionen des Lichtes (Tyndall-Effekt), wegen den in der
Linse und dem Glaskörper enthaltenen Strukturproteinen
Pathologische Sehfehler



Myopie (Kurzsichtigkeit): Der Bulbus ist zu lang. Die Bildebene liegt „vor“ der Netzhaut 
Brechkraft der Linse ist zu schwach  Korrektur: Streulinse
Hypermetropie (Fernsichtigkeit): Der Bulbus ist im Vergleich zur Brechkraft der Linse zu kurz.
Das Bild wird „hinter“ der Netzhaut abgebildet  Korrektur: Sammellinse
Grauer Star: bei alten Menschen entstehen Färbungen der Linse, die durch Wasserverlust
hervorgerufen werden
3.3 Innervierung und Funktion der Iris
Die Iris bildet die Pupille. Die Pupillenweite wird durch den M. dilatator pupillae und den M.
sphincter pupillae eingestellt. Sie ist abhängig von der Stärke des Lichteinfalls. Der Pupillenreflex ermöglicht einen relativ schnellen Schutz vor Blendung.
Pupillenreaktionen

Lichtreaktion: Die Pupille ist um so enger, desto stärker die Beleuchtung ist. Man unterscheidet
zwischen:
 Direkte Lichtreaktion: belichtetes Auge verengt sich
 Konsensuelle Lichtreaktion: anderes nicht belichtetes Auge verengt sich auch.

Naheinstellungsreaktion = Konvergenzreaktion: Bei Nahakkomodation verengt sich die Pupille,
so kommt es zu einem Anstieg der Tiefenschärfe.
Funktion und Innervation der pupillenmotorischen Muskeln
Die beiden Muskeln gehören zur glatten Muskulatur und werden vom vegetativen Nervensystem aus
gesteuert. Deshalb ist die Pupillenweite ein Indikator der vegetativen Tonuslage. Ein Signal von den
Sinnesrezeptoren in der Netzhaut  Tractus opticus  prätektale Region, von dort aus wird nun die
Pupillenreaktion gesteuert.
M. sphincter pupillae
 Miosis12
parasympathische, pupillenkonstriktorische Bahn13
 über den Edinger-Westphal-Kern zum

Ganglion ciliare

 mit pupillenmotorischen Neuronen

12
M. dilitator pupillae
 Mydriasis
eine sympathische, dilatatorische Bahn
geht vom Hypothalamus aus
über das ziliospinale Zentrum des
Rückenmarks zum Ganglion cervicale
superius
mit Ziliarnerven
Es besteht eine Kopplung mit Informationen aus der Ganglienzellschicht der Retina und der Sehrinde in den
prätektalen Nervenzellen.
13
Atropin hemmt den Parasympathicus  Mydriasis
48
Der Pupillenreflex spielt eine wichtige klinische Rolle bei der objektiven Prüfung der afferenten Leitungen im ersten Abschnitt der Sehbahn vom Auge bis zum Zwischenhirn. Es dient zur Beurteilung
von Narkosestadien und der Tiefe der Bewußtlosigkeit.
3.4 Hell-Dunkel-Adaptation
Dunkeladaptation



Die absolute Empfindlichkeit des Sehsystems nimmt zu, i. d. mehr lichtempfindlicheres 11-cisRetinal in die Scheibenmembranen eingelagert wird.
Die Sehschärfe wird geringer als bei Tageslichtsehen durch die Umschaltung auf das
Stäbchensehen. Stäbchen besitzen größere rezeptive Felder und sie sind nicht in der Fovea
centralis enthalten.
Schwellenreizstärke nimmt ab (Dunkeladaptationskurven)
Das Stäbchensystem hat eine wesentliche höhere Empfindlichkeit als das Zapfensystem. Es gibt dazu
noch eine hohe Stäbchendichte neben der Fovea (parafoveal).
Helladaptation



Sie läuft schneller als die Dunkeladaptation ab.
Lichteinfall führt zu einer Umwandlung des Rhodopsins in das Metarhodopsin II, das ein GProtein, das Transducin, aktiviert. Vom Transducin wird durch die GTP-Bindung die -Einheit
abgespalten, die eine Phosphodiesterase aktiviert. Diese spaltet das intrazelluläre cGMP. Der
Abfall der cGMP-Konzentration führt zu einer Verminderung des Ca2+- bzw. Na+-Einstroms und
damit zu einer Hyperpolarisation der Zelle.
Bei der Helladaptation führt der Abfall der intrazellulären Calciumkonzentration zu einer
Stimulation der Guanylatcyclase und damit zu einem Wiederanstieg des cGMP in der Zelle.
Mechanismen der Hell-Dunkel-Adaptation




Änderung des Gleichgewichtes zu zerfallenem und nicht zerfallenem Farbstoff
Im Dunkeln lösen die Horizontalzellen eine Umschaltung vom Zapfensehen auf das
Stäbchensehen um  niedrigere Reizschwelle
Im Dunkeln erfolgt eine Vergrößerung der rezeptiven Felder durch die Herabsetzung der
lateralen Hemmung der Ganglienzellen durch Amakrine  Abnahme der Sehschärfe
Dunkel: Weiten der Pupille (Mydriasis)  Hell: Verengend der Pupille (Myosis)
3.5 Die Retina
Bau der Retina
Die Retina ist embryologisch eine Ausstülpung des Zwischenhirnbodens und besteht aus einem Netzwerk von Stütz und Pigmentzellen. Die Schichtung von außen nach innen:





Pigmentepithelzellen
Photorezeptorzellen mit Zapfen für das photoptistisches Sehen = Tagessehen (6 Mio.) und
Stäbchen für das skotoptistisches Sehen = Dämmerungs- und Nachtsehen (120 Mio.)
Horizontalzellen
Bipolarzellen
amakrine Zellen
49

Ganglienzellen
Die Zapfen sind über ON- und OFF-Bipolarzellen mit den Ganglienzellen verbunden. Eine Weiterleitung der Informationen erfolgt über den N. opticus. Die Stäbchen sind über stäbchenamakrine
Zellen mit den Zapfenbipolarzellen verbunden. Zwei Interneuronsysteme (Horizontalzellen und
amakrine Zellen) ermöglichen die Weitergabe von Informationen schon innerhalb der Netzhaut. Die
Horizontalzellen ermöglichen eine horizontale Ausbreitung von Hemmung und bietet die Möglichkeit
zur Rückkopplung des Signalflusses auf die Photorezeptoren. Die amakrinen Zellen sind sehr
vielfältig, wirken aber i. d. R. hemmend.
Bau der Photorezeptoren und des Rhodopsins14
Stäbchen und Zapfen haben einen typischen Ausbau, mit eine Außenglied, das über ein dünnes Zilium
mit dem Innenglied verbunden ist. Im Stäbchenaußenglied liegen Scheibenmembranen, die den Sehfarbstoff Rhodopsin enthalten.
Phototransduktionsprozeß15 am Beispiel der Stäbchen
Der Sehfarbstoff der Stäbchen ist das Rhodopsin. Es wird im Außenglied der Rezeptorzelle in Membranscheiben gelagert. Das Extinktionsmaxima des Farbstoffs liegt bei 500 nm (grün) und 350 nm
(blau).
Das vom Licht ausgehende Photon wird im -Bereich der Doppelbindung absorbiert. Das 11-cis-Retinal geht in All-trans-Retinal über. Mehrere Zwischenstufen führen zum Metarhodopsin II. Diese
Konformationsänderung führt zu einer Verminderung der Permeabilität der äußeren
Stäbchenmembran für Natrium- und Calcium-Ionen, das zu einer Hyperpolarisation in der Zelle führt.
Es wird vermindert Transmitter abgegeben.
Der zelluläre Botenstoff, der die Konformationsänderung an die Stäbchenaußenmembran mitteilt, ist
das cGMP. Es hält die Natrium- und Calcium-Kanäle im Dunkeln offen, die die Zelle depolarisieren.
Nach Belichtung induziert das Metarhodopsin II mit GTP die Aktivierung von Transducin (GProtein), das eine Phosphodiesterase aktiviert und die Hydrolyse von cGMP zu GMP einleitet. Die
Konzentration des cGMPs sinkt. Die entsprechenden cGMP-sensitiven Kanäle schließen, wodurch der
Na+- und Ca2+-Einstrom gemindert wird. Es kommt dadurch zur Hyperpolarisation, welches wiederum
die Transmitterausschüttung herabsetzt.
Die Weiterleitung der Informationen erfolgt über zwei Systeme:


Direkter Signalfluß: Photorezeptor  Bipolarzelle  Ganglienzelle
Lateraler Signalfluß: Photorezeptor  Interneurone  Bipolar- und Ganglienzellen
3.6 Sehbahn und Reizverarbeitung
Sehbahn
Die von den Lichtsinneszellen weitergeleiteten Informationen, werden über des N. opticus 
Chiasma opticus  Tractus opticus  Corpus geniculatum laterale  visuellen Cortex im Gehirn
weitergeleitet. Erst in der visuellen Cortex findet die Verarbeitung der Informationen statt.
14
15
Rhodopsin = Opsin (Glycoprotein) + 11-cis-Retinal (chromophore Gruppe; Aldehyd von Vitamin A1)
Prinzip der Signaltransduktion: Licht  Hyperpolarisation  Verminderung der Transmitterabgabe
50
Hauptganglienzellen
In der Retina werden drei Hauptganglienzellen unterschieden:
-Zellen



 -Zellen
-Zellen
antworten auf konstante
 heterogene Gruppe retinaler
Lichtreize
Zellen
 sind farbempfindlich und
deshalb für das Farbensehen
von Bedeutung
 haben kleine RF mit einer
hohen räumlichen
Auflösung
Fasern gehen über Thalamus zur primären Sehrinde
Fasern ziehen zum Mittelhirn
haben größere rezeptive
Felder
antworten auf
Leuchtdichteveränderungen im RF
sind für das Bewegungssehen geeignet

3.7 Zellarten zur Informationsweitervermittlung
Die Signalverarbeitung in Rezeptoren und Bipolarzellen erfolgt über Veränderungen von Membranpotentialen. An den Ganglienzellen entstehen die ersten Aktionspotentiale. Durch die Verschaltung
entstehen rezeptive Felder (RF). Es ist derjenige Bereich, in dem die Aktivität beeinflußt werden
kann. Es gibt RF bei Bipolar- und Ganglienzellen, wobei diejenigen der Ganglienzellen in ein
Zentrum und eine Peripherie eingeleitet sind.
ON-Zentrum- und OFF-Zentrum-Ganglienzellen bilden zwei getrennte Systeme für die Hell-DunkelWahrnehmung. Erregende Synapsen geben die Membranpotentialänderungen weiter, hemmende
Synapsen kehren sie um. Sie gehören ebenfalls zum bewegungsempfindlichen System  Erfassen
von Bewegungen. Die Summation von Aktivierung und Hemmung wird über den N. opticus an das
Gehirn geschickt. Dort erfolgt die Auswertung zu Helldunkel- und Farbwerten. Erst hier entsteht das
Bild.
3.8 Farbensehen - trichromatisches Farbensehen
Licht ist elektromagnetische Strahlung, die in einer Wellenlänge von 400 bis 750 nm wahrgenommen
werden kann. Die Wellenlänge eines monochromatischen Lichtes bestimmt die Farbempfindung.
Mischfarben wie weiß empfindet man durch Addition von mehreren monochromatischen „Farben“.
In der Retina befinden sich 3 Typen von Zapfen mit verschiedenen Farbstoffen, die unterschiedliche
Extinktionsmaxima haben. Die Farben werden getrennt an den Rezeptoren wahrgenommen und erst
im Gehirn miteinander verrechnet.



Rotzapfen (absorbieren bei  575 nm)
Blauzapfen (absorbieren bei  425 nm)
Grünzapfen (absorbieren bei  525 nm)
Bei Lichteinfall kommt es zur Absorption der Grundfarbe  ....  Hyperpolarisation  ...  Verarbeitung der Reize im Gehirn. Hier wird die Mischfarbe zusammengesetzt. Es können ca. 7 Mio. Farben unterschieden werden.
51
Gegenfarbentheorie
Sie besagt, daß es 3 Systeme gibt, in denen zueinander komplementäre Farebn jeweils antagonistische
Wirkungen hervorrufen.  zeitliche und räumliche Signalverarbeitung in Retina und Gehirn
gelb - blau
RFZ RFP
rot - grün
RFZ RFP
weiß - schwarz
3.9 Räumliches Sehen, Tiefensehen, plastisches Sehen
Es ist auf das bioculare Gesichtsfeld beschränkt. Durch die Konvergenzbewegungen beider Augen
wird ein fixierter Punkt auf die korrespondierende Stelle der Netzhaut abgebildet. Bei
Tiefenwahrnehmung werden Phänomene wie Konturüberschneidungen, Schattenwurf und Größenunterschiede zur Hilfe genommen. Durch die Bewegung des Kopfes und durch Relativbewegungen (nahe Dinge bewegen sich schneller als weite) kann die Tiefenwahrnehmung erleichtert
werden.
3.10 Augenbewegungen



Sakkaden: ruckförmige Bewegungen beim Abtasten des Blickfeldes
Nystagmus: Kombination von langsamen und diesen entgegengesetzten
Augenbewegungen, z. B. beim Schauen aus dem Zugfenster.
Folgebewegungen: „im Auge behalten“ eines bewegten Gegenstandes
schnellen
3.11 Visus
Die Sehschärfe (Visus) ist definiert als das Auflösungsvermögen des Auges. Das Maß dafür ist der
kleinste Gesichtswinkel, unter dem 2 Punkte betrachtet werden müssen, um noch getrennt
wahrgenommen werden zu können. Bei normaler Netzhaut beträgt der Winkel beim Menschen eine
Bogenminute.
1
V = ----16


Visus = 1: normal  Auflösungsvermögen besteht bei einem Winkel von 1’ (1
Bogenminute)
Visus > 1: größeres Auflösungsvermögen  Auflösung erfolgt sogar bei einem
noch kleineren Winkel als 1’
4. Hör- und Gleichgewichtssinn
4.1 Bau und Funktion des äußeren Ohrs
Bau des äußeren Ohrs
Ohrmuschel  äußerer Gehörgang  Trommelfell
Funktion des äußeren Ohrs
16
 = Winkel
52
Es sammelt die Schallwellen und leitet sie zum Trommelfell.
4.2 Bau und Funktion des Mittelohrs
Bau des Mittelohrs
Zum Mittelohr gehören die luftgefüllte Paukenhöhle und die Gehörknöchelchenkette, die miteinander
gelenkig verbunden sind.




Hammer (Malleus): ist mit dem Trommelfell verwachsen
Amboß (Incus)
Steigbügel (Stapes): verschließt mit der Fußplatte das ovale Fenster . Die Abdichtung erfolgt
durch ein Ringband
Tuba eustachii: dient dem Druckausgleich zwischen Mittelohr und der Außenwelt
Funktion des Mittelohrs
Über Luftteilung werden die Schallwellen17 über die Gehörknöchelchenkette auf die Perilymphe der
Scala vestibuli übertragen. Die Schallübertragung ist frequenzabhängig. Die beste Übertragung ist bei
2000 - 4000 Hz.
a)
Funktion des Trommelfell-Gehörknöchelchen-Apparates
Der Schall wird vom äußeren Ohr aufgefangen und gelangt ans Trommelfell, das in
Schwingungen versetzt wird. Da der Hammerstil fest mit dem Trommelfell verbunden ist, gerät
auch er in Schwingungen und überträgt diese auf die anderen Gehörknöchelchen bis hin zur
Grundplatte des Steigbügels, die über das ovale Fenster die Verbindung zum Innenohr herstellt.
Auf diese Weise wird auch die Perilymphe in Schwingungen versetzt.
Der Schallwellenwiderstand (Impendanz) der Luft ist wesentlich geringer als das der Perilymphe.
Bei einem solchen Übertritt von Schallwellen auf ein anderes Medium geht ein großer Teil der
Schallenergie durch Reflexion verloren. Der Trommelfell-Gehörknöchelchenapparates dient der
Anpassung der Schallwiderstände von Luft und Innenohr. Sie reduzieren die Reflexionsverluste
= Impendanzanpassung. Die Mechanismen der Druckübertragung sind:


Da die Fläche des Trommelfells wesentlich größer als die Steigbügelplatte ist, entsteht am
ovalen Fenster ein höherer Druck. (Druck   Kraft  Fläche)  Verstärkung
Durch die unterschiedliche Länge der Hebel der Gehörknöchelchen gelten Hebelgesetzte 
Druckerhöhung am runden Fenster
Die beiden Muskeln des Innenohrs dienen der Anpassung des Ohrs an die momentane
Schallintensität und zum Schutz vor unphysiologischen Schalleinwirkungen.
b)
Mittelohrmuskeln
Bei lauter Beschallung kontrahieren sich M. tensor tympani und M. stapedius. Sie verschlechtern
damit die Schallübertragung zum Schutz des Innenohrs. Sie kontrahieren sich bei lauten
Schallreizen. Der M. tensor tympani zieht bei seiner Kontraktion das Trommelfell etwas in
17
Schallwellen: mechanische Schwingungen, die mit dem Ohr wahrgenommen werden können. Wichtige
Einheiten sind die Frequenz [Hz] und der Schalldruckpegel [dB].
53
Richtung Paukenhöhle. Dadurch erhält das Trommelfell eine höhere Spannung und die
Schwingungen nehmen ab. Der M. stapedius stellt durch seine Kontraktion die Grundplatte des
Steigbügels schräg. Auf diese Weise erhöht sich die Spannung im schalleitenden System und
hohe Frequenzen werden besser übertragen.
c)
Mittelohrschwerhörigkeit
d)
Das ist eine Schallübertragungsstörung. Es kommt zum Hörverlust bei der Luftleitung. Kein Hörverlust tritt bei der Knochenteilung auf. Da diese ungestört ist, erscheint diese im kranken Ohr
lauter als im gesunden. Es stört v. a. die Übertragung tiefer Töne.
Knochenleitung
Die Erregung des Innenohrs kann durch die Schalleitung über den Schädelknochen zur Hörschnecke transportiert werden. Es spielt bei normalen Hören keine Rolle. Hier entsteht allerdings
ein größerer Schallverlust als bei der Luftleitung. Es dient zur Diagnose von
Schallleitungsschwerhörigkeit und Innenohrschwerhörigkeit (Weberscher Versuch).
4.3 Bau und Funktion des Innenohrs
Lage des Innenohrs
Das Innenohr liegt im Felsenbein.
Bau des Innenohrs
Es besteht aus dem knöchernen und dem häutigen Labyrinth. Das letztere ist mit Endolymphe gefüllt
und mit Sinnesepithel ausgekleidet. Es enthält die Rezeptoren für den Gleichgewichts- und den
Hörsinn. Zwischen dem knöchernen und dem häutigen Labyrinth befindet sich die Perilymphe.


Endolymphe: K+- reiche Flüssigkeit (145 mmol/l), ähnlich einer intrazellulären Flüssigkeit. Sie
wird von Strias vascularis produziert und befindet sich in der Scala media.
Perilymphe: Na+- reiche Flüssigkeit (140 mmol/l), ähnlich einer extrazellulären Flüssigkeit. Es ist
ein Ultrafiltrat aus dem Blut und befindet sich in der Scala vestibuli und der Scala tympani.
Das Gleichgewichtsorgan besteht aus dem Vorhof (Vestibulum) mit Saccus und Utriculus und den 3
Bogengängen. Das Hörorgan aus der Cochlea (Schnecke) mit Scala media, Scala vestibuli18 und Scala
tympani19. Scala vestibuli und Scala tympani sind über Helikotrema (Schneckenspitze) verbunden.
Bau der Scala media, Ductus cochlearis
a)
Aufbau


18
19
Reissnersche Membran: liegt zwischen der Scala media und der Scala vestibuli und trennt
damit die beiden fast identischen Flüssigkeiten Endolymphe und Perilymphe voneinander.
Basilarmembran: bildet die Grenze zur Scala tympani und trägt den sensorischen Apparat,
das Corti-Organ.
Paukenhöhle  ovales Fenster  Scala vestibuli
Paukenhöhle  rundes Fenster  Scala tympani
54



Corti-Organ: wulstige Verdickung mit inneren und äußeren Haarzellen, die die
Rezeptorzellen (sekundäre Sinneszellen mit Stereovilli), die von Stützzellen umgeben sind,
trägt.
Tektorialmembran: gallertartig, bedeckt das Corti-Organ. An der Unterseite sind die Spitzen
der langen Stereovilli der äußeren Haarzellen daran befestigt. Das ist wichtig für die
Schalltransduktion.
Haarzellen: sekundäre Sinneszellen mit Stereovilli, die mit tip-links miteinander verbunden
sind. An den Ansatzstellen der tip-links befinden sich Ionenkanäle. Hier wird der Schallreiz
in ein Rezeptorpotential umgewandelt. Ihre afferenten Nervenfasern ziehen zum Ganglion
spirale, das mitten in der Cochlea liegt. Von hier aus werden die Informationen zum Gehirn
weitergeleitet.
afferente Fasern
Haarzellen  Ganglion spirale  Nucleus cochlearis
efferente Fasern
äußere Haarzellen  ZNS
b)
Funktion
Transduktion der Schallwellen in elektrische Impulse  Informationsweiterleitung an das ZNS.
Die Schwingungen der Steigbügelplatte werden zum einen auf die Perilymphe übertragen. Zum
anderen gerät auch die Scala media mit der Endolymphe, der Reissnerschen und der
Basilarmembran in Schwingungen. Dadurch entsteht eine sog. Wanderwelle, die sich vom Stapes
in Richtung Helikotrema fortsetzt. Da die Wände der Scala media zum Helikotrema hin an
Steifheit verlieren, buchten sie sich bei der wellenförmigen Bewegung immer weiter aus. Die
Folgen davon sind:


Wellenlänge und Wellengeschwindigkeit nehmen ab
Wellenamplitude nimmt zu bis zu einem Maximum
Das Maximum der Auslenkung liegt jeweils dort, wo die Resonanzfrequenz des
Membranabschnittes der erregenden Schallfrequenz entspricht. Je kürzer die anfängliche
Wellenlänge (d. h. je höher die Schallfrequenz) war, desto näher liegt das Wellenmaximum am
ovalen Fenster. Im umgekehrten Fall findet man die Auslenkung langer Wellen (tiefer Frequenzen) in der Nähe des Helikotremas. Somit ist jeder Schallfrequenz eine bestimmte Stelle des
Endolymphschlauches zugeordnet, an der die Auslenkung ein Amplitudenmaximum erreicht.
4.4 Wanderwellentheorie
Signaltransduktion
Der Steigbügel überträgt Schallschwingungen über das ovale Fenster an die Scala vestibuli. Es kommt
zur Flüssigkeitsverschiebung zwischen dem ovalen Fenster und dem runden Fenster. Die Basilarmembran gerät in schallsynchrone Schwingungen. Dies wird durch die Wellenbewegung, die vom Steigbügel zum Helikotrema verläuft (Wanderwelle) hervorgerufen.
Frequenz-Ort-Transformation
55
Die Steife der Basalmembran nimmt vom Steigbügel Richtung Helikotrema ab. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle wird langsamer, dadurch steigt die Höhe der Amplitude an. Durch Reibungsverluste wird die Welle vor erreichen des Helikotremas gebremst. Zwischen Steigbügel und Helikotrema entsteht ein Amplitudenmaximum, das für jede Frequenz an einem anderen Ort liegt.
4.5 Transduktion
Die Wellenbewegungen führen zu gleichzeitigen Auf- und Abwärtsbewegungen von Basilar- und
Tektorialmembran, demzufolge können die äußeren Haarzellen gebogen werden. Bei einer Aufwärtsbewegung werden die tip-links gedehnt und Ionenkanäle (Transduktionskanäle) öffnen sich. Bei Abwärtsbewegungen werden sie wieder geschlossen.
Der Endolymphraum (+ 80 mV) ist gegenüber dem Cytoplasma der äußeren Haarzellen (- 70 mV)
positiv geladen. Entlang dieses Potentialgefälles fließen K+-Ionen durch die geöffneten Ionenkanäle in
die Haarzellen und führen zur Depolarisation. Es entsteht ein Rezeptorpotential.
Die äußeren Haarzellen erfüllen bei der Transduktion eine Doppelfunktion:


Der mechanische Schallreiz wird transduziert.
Der kontraktile Apparat in der Zellmembran verkürzt bzw. verlängert die Haarzellen  produzieren so zusätzliche Schallenergie.
Durch die verstärke Schwingungen, die durch die äußeren Haarzellen hervorgerufen werden, werden
nun die Stereovilli der inneren Haarzellen abgebogen. Durch die tip-links werden nun in den inneren
Haarzellen die Transduktionskanäle geöffnet. Es fließen K+-Ionen in das Innere. Über ein Ca2+-Einstrom wird nun Transmitter (Glutamat) am basilaren Pol der Haarzelle ausgeschüttet. Dadurch werden
die afferenten Nervenfasern erregt und es entsteht ein Aktionspotential. Also:


Depolarisation der äußeren Haarzelle  aktive Längenveränderung  Verstärkung der Maximalamplitude
Depolarisation der inneren Haarzelle  Transmitterausschüttung (Glutamat)  Nervenimpuls
4.6 Hörbahn
...  Ggl. spirale  Nucleus cochlearis (dorsal und ventral)  Olivenkerne  Corpus geniculatum
mediale  Hörrinde
4.7 Raumhören
Es entsteht durch Laufzeitunterschiede und Verzerrung des Schalls in der äußeren Ohrmuschel.
4.8 Bau und Funktion des Vestibularapparates
Bau des Gleichgewichtsorgans


Knöchernes Labyrinth wird gebildet aus dem Felsenbein. Darin liegt das
Häutige Labyrinth besteht aus zwei Maculaorganen und den drei Bogengängen (1 vertikalen, 1
sagitalen, 1 horizontalen)
56
Bogengänge und Maculaapparat enthalten Haarzellen, die mit vielen Stereovilli (60 - 100 Stück) an
ihrer freien Oberfläche besetzt sind, aber auch noch zusätzlich 1 langes Kinozilium.




Maculaorgane: Statiolithenorgane bestehend aus Macula utriculi (Utriculus) und Macula sacculi
(Sacculus)
Otolithenmembran: das ist eine gallertartige Substanz aus Mukopolysacchariden, die das Sinnesepithel der Maculaorgane überzieht. Es enthält feine Kalzitkristalle (Otolithen, Ohrsteinchen),
die die spezifische Dichte der Membran erhöhen.
Cupula: ist eine Gallerte, die das Sinnesepithel in den Bogengängen bedeckt, aber keine Kristalle
enthält. Es ist ein fahnenförmiges Gebilde mit der selben Dichte, wie die umgebende Endolymphe.
Haarzellen: sind ebenfalls wieder sekundäre Sinneszellen, die über tip-links miteinander verbunden sind. Jede Haarzelle trägt 60 - 80 Stereovilli und 1 Kinozilium. Sie werden innerviert
von:
afferente Fahnen
Haarzellen 
vestibularis
Ganglion
vestibuli

Nervus
efferente Fasern
Haarzellen  ZNS
Funktion der Makulaorgane
Bei aufrechter Körperhaltung liegt die Macula utriculi horizontal und die Macula sacculi senkrecht
dazu. Die Maculaorgane befinden sich je 1 x im Sacculus und im Utriculus. Sie bestehen aus
Sinneszellen, die von Stützzellen eingebettet sind und von einer gallertigen Masse bedeckt werden,
der Otholithenmembran. Die Gallerte, in die die Stereovilli eingebettet sind, besitzt eine höhere
Dichte als die umgebende Endolymphe. Bei einer geradlinigen Bewegung verschieben sich die
Otholithenmembran und die Endolymphe aufgrund ihrer unterschiedlichen Trägheit verschieden stark.
Die Otolithenmembran rutscht bei Einwirkung von Beschleunigung ein wenig über dem Sinnesepithel
ab. Es kommt zur Reiztransduktion.
Die Kopfstellung kann über die Linearbeschleunigung (Gravitation) berechnet werden. Die Beschleunigung nach Vorwärts und Rückwärts wird registriert.
Reiztransduktion
Die Stereovilli sind über die Eiweißfaden als tip-links miteinander verbunden. Beim Zug in Richtung
des Kinoziliums kommt es zur Dehnung und damit zum Öffnen von dehnungsabhängigen Kanälen,
die durch K+-Einstrom eine Depolarisation und damit eine Transmitterausschüttung (Glutamat) hervorrufen.
Bei einer Stauchung weg vom Kinozilium werden die Kanäle wieder geschlossen. Der verminderte
K+-Einstrom führt zur Hyperpolarisation und damit zur Senkung der Transmitterausschüttung.
Die Transduktion erfolgt wie in den Haarzellen der Cochlea. Eine Besonderheit des Gleichgewichtsorgans ist das Ruhepotential. In den vestibulären Rezeptoren ist eine stetige Transmitterausschüttung auch in Ruhelage der Stereovilli. Somit entstehen ständig Aktionspotentiale am N. vestibularis.
57
Bau und Funktion der Bogengengsorgane
a)
Bau der Bogengangsorgane



Horizontaler Bogengang
Vertikaler Bogengang
Sagitaler Bogengang
Sie liegen in den Ampullen der Bogengänge und ähneln in ihrem Aufbau den Maculaorganen.
Ein wichtiger Unterschied besteht jedoch darin, daß die Gallerte über den Sinneszellen keine
Kristalle enthält. Daher ist die Dichte der Cupula gleich der Dichte der Endolymphe. Aus diesem
Grund können die Schwerkraft oder geradlinige Bewegungen nicht zum Auslenken der Zilien
führen. Hingegen bleibt bei Drehung des Kopfes (Winkel-, Dreh, Rotationsbeschleunigung) die
Endolymphe aufgrund ihrer Trägheit zurück, während die Bogengänge sich mitdrehen. Das führt
zu einer Auslenkung der Cupula in die entgegengesetzte Richtung und damit zu einem Abbiegen
der Zilien. Da die Bogengänge in 3 Richtungen angeordnet sind, kann so die Richtung der Drehung festgestellt werden.
b)
Funktion der Bogengangsorgane
Die Cupula besitzt die gleiche Dichte, wie die Endolymphe. Sie wird allerdings nicht durch die
Linearbeschleunigung beeinflußt, sondern über die Winkelbeschleunigung. Bei der
Winkelbeschleunigung (Drehung) werden die Wände der Bogengänge wie der Knochen von der
Bewegung erfaßt, die Endolymphe bleibt aber wegen ihrer Trägheit zurück. Dadurch entsteht ein
Druckunterschied zwischen beiden Cupulaseiten, so daß die elastische Cupula entgegen der
Drehrichtung ausgelenkt wird. Damit werden auch die Kinozilien und Stereovilli der Haarzellen
gebeugt.  Transduktion. Im Gehirn werden die Informationen über die Drehbewegungen im
Raum und der Drehbeschleunigung verarbeitet.
Die Auslenkung der Cupula erfolgt immer bei einer beschleunigenden Bewegung, denn wenn die
Drehbewegung für längere Zeit andauert, paßt sich die Endolymphe der Bewegung des Kopfes an
und dreht sich in der gleichen Geschwindigkeit mit, so daß keine Verbiegung der Zilien mehr
auftritt. Erst wenn die längere Rotation des Kopfes gestoppt wird kommt es zu einer
Cupulaauslenkung und zwar in die entgegengesetzte Richtung, denn aufgrund ihrer größeren
Trägheit dreht sie sich noch etwas weiter als der Kopf selbst.
4.9 Die Gleichgewichtsbahn
N. vestibularis  Vestibularkerne  Motoneurone der Hals- und Extremitätenmuskeln 
Augenmuskelkerne  Kleinhirn  Thalamus  Großhirnrinde
Die Verbindung mit dem Kleinhirn und dem Rückenmark ist wichtig für die Aufrechterhaltung des
Gleichgewichtes.
Die Verbindung mit den Augenmuskeln führt dazu, daß sich beim Einsetzten und Abklingen von
Kopfdrehungen auch der Bulbus bewegt und zwar in die entgegengesetzte Richtung. Diese
Bulbusbewegung wird als Nystagmus bezeichnet. Sie habt den Sinn, bei einer Kopfdrehung möglichst
viel von der vorbeihuschenden Umgebung im Auge zu behalten und die Raumorientierung zu
gewährleisten. Dabei werden die Augen erst langsam gegen und dann schnell mit der Drehbewebung
geführt. Je nachdem, wodurch der Nystagmus hervorgerufen wurde, unterscheidet man:


Vestibulärer Nystagmus (bei Kopfdrehung)
Optokinetischer Nystagmus (z. B. bei der Zugfahrt)
58
5. Geschmackssinn
5.1 Morphologie
Geschmackspapillen



Papillae fungiformis = Pilzpapillen (3 – 4)
Papillae foliatae = Blätterpapillen (50)
Papillae vallatae = Wallpapillen (> 100)
Geschmacksknospen
Jede Papille enthält 3 bis 100 Geschmacksknospen, die wiederum 10 bis 50 Sinneszellen enthält. Die
Geschmacksknospe selbst besteht aus Stützzellen, Sinneszellen und einen mit Flüssigkeit gefüllten
Porus.
Geschmackssinneszellen
Es sind sekundäre Sinneszellen, die unterschiedlich empfindlich für alle 4 Geschmacksrichtungen
sind. Morphologisch gesehen sind es modifizierte Epithelzellen mit Mikrovilli, die über tight
junctions mit den Nachbarzellen verbunden sind.
5.2 Signaltransduktion
Die Erregung der Sinneszellen erfolgt bei ihrem Kontakt mit den Geschmacksstoffen. Die Stoffe sind
aber nur reizwirksam, wenn sie im Speichel oder in Flüssigkeit gelöst sind. Es bildet sich ein
Rezeptorpotential aus, das auf afferente Fasern vom Gehirnnerven umgeschaltet und in Form von
Nervenimpulsen weitergeleitet wird.
Sauer
wird durch Hydroniumionen ausgelöst. Dabei nimmt mit der Konzentration von H+-Ionen
die Intensität des Sauergeschmacks zu. Die Kaliumkanäle werden durch H+-Ionen gehemmt
 K+-Ausstrom wird vermindert  Depolarisation  Transmitterausschüttung
Salzig
sind ausnahmslos wasserlösliche Salze (Salze dissoziieren in Anionen und Kationen). Es
wirken sowohl Kationen, als auch Anionen am salzigen Geschmack mit. Die Intensität der
Salzigkeit wird bestimmt durch: NH4 > K > Ca > Na > Li > Mg. Na+-Einstrom durch
Kationenkanäle  Depolarisation  Transmitterabgabe.
Bitter
wird durch Stoffe mit ganz unterschiedlicher Struktur hervorgerufen. Typische Bitterstoffe
sind Alkaloide wie Koffein, Morphin und Nikotin. Da viele der Stoffe toxisch sind, haben
Lebewesen eine angeborene Abneigung gegen diese Stoffe. Sie schütz sie gegen Vergiftungen. Der Bitterstoff bindet an ein Rezeptorprotein (G-Protein)  Aktivierung der
Phospholipase C  Freisetzung von IP3  Freisetzung von Ca2+ aus dem
Endoplasmatischen Retikulum  Depolarisation  Transmitterausschüttung
Süß
sind nur wenige, organische Substanzen, z. B. Zucker, Aminosäuren (bei neutralem pH),
Alkohole und Glykole, die die Rezeptoren reizen können. Der süße Geschmack signalisiert
das Vorhandensein von Kohlenhydraten und Eiweiß, weshalb Lebewesen eine angeborene
Vorliebe für süße Stoffe besitzen. Zucker bindet an ein G-Protein-abhängigen Rezeptor 
Aktivierung der Adenylatcyclase  Freisetzung von cAMP  Hemmung der K+-Kanäle 
59
Depolarisation  Transmitterfreisetzung
5.3 Geschmacksbahn
Wall- und Blätterpapillen  N. glossopharyngeus und Pilzpapillen  N. facialis  Tractus solitarius
 Gyrus postcentralis  Hypothalamus (limbisches System)  Amygdala  Striata terminalis
6. Geruchssinn
6.1 Morphologie
Nasenhöhle
In der Nasenhöhle sind 3 Conchae, die 3 Meatus nasi bilden. Der dorsale Nasengang führt in den
Riechgrund. Alle Conchae sind mit respiratorischen Schleimhautepithel ausgekleidet. Der Riechgrund
ist allerdings mit olfaktorischen Epithel, dem Riechepithel überdeckt.
Riechepithel
Im Riechepithel befinden sich 3 Zelltypen: Riechzellen, Stützzellen und Basalzellen.
Riechsinneszellen
Es sind primäre bipolare Sinneszellen, die d. h. ihre Fortsätze bilden die Axone der dazugehörigen
Nerven und ziehen als Fila olfactoria durch das Siebbein. Apikal sind die Zellen mit Zilien bedeckt,
die von Schleimhaut bedeckt sind. Sie dient zum Schutz vor Austrocknung und zur Lösung der
Geruchsstoffe.
6.2 Transduktion
Transduktion
Der Duftstoff bindet an ein G-Protein-gekoppelten Rezeptor  Aktivierung der Adenylatcyclase 
Freisetzung von cAMP  es öffnen sich cAMP-abhängige Kationenkanäle  Kationenstrom  Depolarisation  Erhöhung der AP-Frequenz.
Es gibt noch einen zweiten Weg über den Second-messenger IP3. Durch die Aktivierung des IP3 wird
Ca2+ freigesetzt  Depolarisation  Erhöhung der AP-Frequenz
Geruchsschwellen
Man unterscheidet zwischen einer Wahrnehmungsschwelle und einer Erkennungsschwelle. Die
Schwellenwerte sind abhängig von der Tierart, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und der Art des
Geruchsstoffes.

Wahrnehmungsschwelle (unspezifisch): der Geruch wird wahrgenommen, kann aber nicht näher
charakterisiert werden.
60

Erkennungsschwelle (spezifisch): die Qualität (spezifische Geruchsnote) des Geruchsstoffes kann
erkannt werden.
6.3 Riechbahn
Die zusammengefaßten Axonen der einzelnen Riechsinneszellen, Fila olfactoria bilden den N.
olfactorius. Dieser zieht zum Bulbus olfactorius, in dem eine Verschaltung der Nerven stattfindet.
Axone, die gleiche Riechempfindungen vermitteln sammeln sich in einem Netzwerk, den Glomeruli
olfactorii. Riechzellaxone und Mitralzelldentriten sind die funktionelle Einheit der
Riechinformationen. Hier wird die Information der Riechzellaxone auf die pyramidenförmigen
Mitralzellen übertragen. Eine laterale Hemmung erfolgt über Körnerzellen und periglomeruläre
Zellen.
 Tractus olfactorius  Riechhirn
1. Neocortex  Cortex präpiriformis
2. Limbisches System  Hypothalamus  Formatio reticularis
BLUT
1. Allgemeines
1.1 Physikochemische Eigenschaften des Blutes
Zusammensetzung
Blut
Plasma
Fibrinogen
Blutkörperchen
Serum
gelöste Bestandteile
anorganische
Bestandteile
Elektrolyte
(Salze,
Mineralstoffe)
Kationen
Anionen
rote Blutkörperchen,
Erythrozyten
Wasser
Granulozyten
Organische
Bestandteile
Spurenelemente
Fe
weiße Blutkörperchen,
Leukozyten
Lymphozyten
neutrophil
e
Proteine
Albumin
61
Globuline
eosinophile
Blutplättchen,
Thrombozyten
Monozyten
basophile
Rest-N
sonstige organische
Verbindungen
AS Harn-
Hormone
+
-
Na
K+
Ca2+
Mg2+
HCO3
HPO42HSO4Cl-
Cu
Zn
J
Mn
Co
  
stoff
Kreatinin
Kreatin
Harnsäure
Glucose
Lipide
Intermediärstoffwech
selprodukte Enzyme
Funktionen
1.
Transportfunktionen




2.
Atemgase O2, CO2 werden durch Hämoglobin gebunden (Atemfunktion)
Nährstoffe und Metabolite
Körpereigene Wirkstoffe (Hormone)
Wärme
Haemostase
Haemostase bedeutet die weitgehende Konstanz des inneren Milieus (gelöste Stoffe, Temperatur,
pH-Wert). Die Regulation erfolgt über komplexe Mechanismen.




3.
Isohydrie: Aufrechterhaltung des pH-Wertes. Die Regulierung erfolgt durch Plasmaproteine
die mit Basen und Säuren Salze bilden können und durch Puffer
Isoionie: konstante Ionenzusammensetzung, die für die normale Funktion der Zellen von Bedeutung ist, z. B. Na+/ K+-Regulation erfolgt über Hormone der NNR, Mg2+ und Ca2+ sind
häufig an Proteine gebunden. Das Osmoregulationszentrum liegt im Hypothalamus.
Isotonie: konstanter osmotischer Druck (= 0,9 % NaCl-Lösung)
Isothermie: Aufrechterhaltung der Wärme
 Wärmebildung durch biochemische Reaktionen oder mechanisch durch z. B.
Muskelzittern
 Wärmeabgabe (physikalisch) durch Strahlung, Leitung und Verdunstung über die Haut.
 Wärmetransport erfolgt über Konvektion.
Schutz vor Blutverlusten


4.
Blutstillung (Zellen)
Blutgerinnung (Fibrinogen)
Abwehr


Phagozytose
Chemische Bildung von Antikörpern
Blutvolumen
Es beträgt  6 - 8 % des Körpergewichtes oder 70 ml/kg. (Blutvolumina der Haustiere: s. Skript). Die
Blutmenge ist abhängig vom Körpergewicht, vom Ernährungs- und Trainingszustand. So steigt bei
Muskelvermehrung das Blutvolumen dementsprechend, bei Fettansatz pro kg steigt das Blutvolumen
nicht dementsprechend. Jungtiere haben eine relativ größere Blutmenge und Lauftiere haben große
62
Blutreserven in Milz und Leber, die sie z. B. bei der Flucht durch den erhöhten O2-Verbraucht ausschütten können.
Zur Bestimmung des Blutvolumens (V) wird ein Farbstoff in bekannter Menge (V i  ei) die Blutbahn
injiziert. Nach Verteilung wird die Konzentration des Indikators (ex) in einer entnommenen Blutprobe
bestimmt. Mit der Formel erhält man dann das Blutvolumen. (Ein Blutverlust von - 25 % führt zum
Koma, von - 50 % zum Tod.)
V i  ei
V = ----------ex
Hämatokrit
Plasmavolumen
Anteil der Leukozyten ist relativ klein, „buffy coat“
Anteil der Erythrozyten
Der Hämatokrit beschreibt den Anteil des Zellvolumens am gesamten Blutvolumen. Er läßt sich durch
zentrifugiren einer aus der Vene entnommenen Blutmenge bestimmen, da die Zellen ein höheres
spezifisches Gewicht haben. Der normale Wert liegt bei  0,32 - 0,46 l/l, davon sind 99 %
Erytrozyten. Abhängig vom Hämatokrit ist die Viskosität. Er kann sich bei verschiedenen Ursachen
ändern:



Änderung der
Erythrozytenkonzentration: bei einer Polyglobulie (Erhöhung der
Erythrozytenkonzentration),  des HK oder bei einer Anämie, z. B. verminderte Bildung von
Erythrozyten (Erythropoese),  der HK
Änderung des Flüssigkeitsbestandes: bei einer Dehydration,  der HK oder bei einer
Hyperhydration  der HK
Änderung des Volumens der einzelnen Erythrozyten, z. B. osmotische Schwellung/ Schrumpfung
Viskosität
Um funktionsfähig zu sein, muß das Blut bestimmte Fließeigenschaften aufweisen. Dabei ist die Viskosität (innere Reibung) des Blutes von Bedeutung. Sie ist abhängig vom Hämatokritwert, vom Eiweißgehalt des Plasmas, von Veränderungen im Wasserhaushalt und von der Zahl der gelösten Bestandteile. Der Normalwert liegt bei 3,9  5,4, der vom Plasma bei 2,2 und zum Vergleich der von
Wasser bei 1. Die Viskosität nimmt mit steigendem Hämatokrit überproportional zu, was zu einer
Mehrbelastung des Herzens führt.
Druck
a)
Osmotischer Druck
63
Der osmotische Druck liegt bei 730 kPa (5500 mmHg). Er ist deshalb so hoch, weil viele Elektrolyte und niedermolekulare Teilchen gelöst sind. Abweichungen vom osmotischen Druck kann zur
Hypertonie oder Hypotonie führen. Unter Hypertonie versteht man den Ausstrom von Wasser aus
den Zellen, so daß diese durch den Verlust des normalen Gewebeturgors schrumpfen. Eine
Hypotonie verursacht einen Einstrom von Wasser in die Zelle, diese schwillt an und kann
letztendlich auch platzen.
b)
Onkotischer, kolloidosmotischer Druck
Dieser Begriff beschreibt den osmotischen Druck einer kolloidalen Lösung, d. h. durch Proteine
erzeugte osmotische Druck. Der Wert liegt bei 3,3 kPa (25 mmHg). Er ist mitbestimmend für die
Wasserverteilung zwischen Plasma und Interstitium. Dies kommt daher, daß



Elektrolyte sich gleichmäßig verteilen können und daher osmotisch nicht wirksam sind
Proteine nur bedingt die Membran passieren können, sind also an der Gefäßwand osmotisch
voll wirksam
Proteine bestimmen trotz ihres geringen Anteils an der Gesamtkonzentration praktisch
allein die Wasserverteilung
pH-Wert
Er liegt bei 7,4  0,03 und wird durch Puffersysteme relativ konstant gehalten. Der wichtigste Puffer
ist der Kohlensäure-Bikarbonat-Puffer.
Gefrierpunkt
Der Gefrierpunkt liegt bei - 0,56° C.
Farbe
Die Farbe ist abhängig vom Sauerstoffgehalt. So ist arterielles Blut hellrot und venöses Blut bzw.
ruhig stehendes Blut dunkelrot gefärbt. Blut ist auch in dünnen Schichten undurchsichtig. Nach
Hämolyse wird es lackfarben und durchsichtig.
Dichte, spezifisches Gewicht
Die Dichte hat einen Wert von 1,05 - 1,06. Bei Jungtieren ist der Wert niedriger als bei Erwachsenen
und kann zusätzlich durch Nahrungsaufnahme oder durch eine Änderung der Zellzahl verändert werden.
1.2 Blutplasma
Es ist die extrazelluläre Flüssigkeit des Blutes. Sie ist besonders eiweißreich, weil die Membranen
zwar für Elektrolyte und Glucose durchlässig sind, aber nicht für Proteine. Die Zusammensetzung
entspricht der intestinalen Flüssigkeit und besteht aus 90 % Wasser, 6 - 8 % Eiweiß und 2 % kleineren
Bestandteilen. Die Proteinkonzentration des Plasmas beträgt 60 - 80 g/l.
64
Gewinnung
a)
Plasmagewinnung
Blut wird ungerinnbar gemacht durch Zugabe von Gerinnungshemmern (Citrat, EDTA, Heparin)
und dann zentrifugiert. Der Überstand ist das Blutplasma, das eine schwach gelbliche Farbe hat.
Es besteht aus Serum + Fibrinogen. Das Sediment besteht aus Blutzellen
b)
Serumgewinnung
Nach der Blutentnahme läßt man das Blut gerinnen und zentrifugiert den Blutkuchen ab. Der
Überstand ist das Serum, in dem kein Fibrinogen mehr enthalten ist. Der Blutkuchen beinhaltet
die mit Fibrinfäden zusammengehaltenen Blutzellen.
Plasmaproteine
1.
Proteinfraktionen
In der Elekrophorese erhält man zwei verschiedene Arten: die Albumin (60 %) und die Globuline
(40 %) mit 1-Glubulin, 2-Globulin,  -Globulin und -Globulin. Aufgrund ihrer
physiologischen Eigenschaften kann man sie mittels der Elekrophorese (zweidimensionale
Elektrophorese, Immunelektrophorese) bestimmen.
2.
Funktionen






3.
Träger- und Vehikelfunktion: An der großen Oberfläche besitzen sie viele hydrophobe bzw.
lipophile Haftstellen, die zur Bindung von wasserunlöslichen, fettartigen Substanzen dient.
Sie werden vom Darm zu den Speicher- und Verbrauchsorganen transportiert. Durch die
Bindung an die Proteine wird der osmotische Druck aufrecht erhalten.
Nähstoffunktion: Schnell verfügbarer Eiweißpool durch den hohen Proteingehalt des Plasmas. Die Proteine werden von Zellen des RES aufgenommen und in Aminosäuren zerlegt.
Diese werden vom Blut in die verschiedenen Organe transportiert und dienen hier der
Eiweißversorgung.
Erzeugung des kolloidosmotischen Drucks: Es entsteht, weil die Eiweißkörper zu große sind,
um aus den Gefäßen zu diffundieren und so kein Konzentrationsausgleich stattfinden kann.
Pufferung des pH-Wertes: Proteine sind zum größten Teil Ampholyte, so daß sie je nach
dem Säuren oder Basen binden können.
Schutz vor Blutverlusten: Das Fibrinogen, ein Globulin, spielt bei der Blutgerinnung eine
wichtige Rolle. Es wird unter Einwirkung von Thrombin in ein unlösliches Polymer Fibrin
umgewandelt.
Abwehrfunktion: Die -Globuline sind spezifische Eiweißkörper, die bei der Immunabwehr
tätig sind.
Fraktionen
Albumine werden in der Leber gebildet. Bei Eiweißmangelernährung werden Muskelproteine
abgebaut, so daß der Albuminspiegel konstant gehalten wird. Er sinkt nur bei langem
65
Eiweißmangel ab. Im umgekehrten Fall werden Albumine von den Organen zur Bildung organspezifischen Proteinen herangezogen und dienen somit der Eiweißversorgung von Organen
(Reserveeiweiß).
Proteinfraktion Funktionen
Präalbumin
 Bildung von Thyroxin
 Koloidosmotischer Druck (80 %)
Albumin
 Vehikelfunktion für freie Fettsäuren, Gallenfarbstoffe, Aminosäuren,
körperfremde Stoffe (Penicilline, Sulfonamide, Quecksilber)
Globuline sind schlecht wasserlöslich. Man unterscheidet hier zwischen ,  und -Globulinen,
die jeweils unterschiedliche Aufgaben haben.
Proteinfraktion
1-Globulin
2-Globuline
 -Globuline
Fibrinogen
Prothrombin
-Globuline
Funktionen
 Vehikel-Proteine für den Transport von Lipiden, Thyroxin
(thyroxinbindendes Protein), NNR-Hormonen (cortisolbindendes
Protein) und Vitamin B12 (Transcobalamin)
 Inhibitor für Trypsin und Chymotrysin
 Protoglycane (Mucoproteine)
 Cu2+-Transport über das Coeruloplasmin
 Plasmin- und Proteinkinaseninhibitatoren (2-Makroglobulin)
 Bindung von freiem Hämoglobin an das 2-Haptoglobulin
 Transport von Schwermetallen (Fe, Zn)
 Eisentransport durch Transferrin (Eisenbindungskapazität des
Plasmas hängt vom Gehalt der Transferrine ab)
 Zn-Gehalt beeinflußt die Fruchtbarkeit von Schweinen.
 Transport von Lipiden durch das -Lipoprotein
 Blutgerinnung(Vorstufe von Fibrin)
 Blutgerinnung (Vorstufe von Thrombin)
 Immunglobuline, Antikörper (IgG, IgM, IgA, IgD, IgE)
Lipoproteine
Serumlipoproteine sind wasserlösliche Komplexe, deren Anteil von Proteinen und Fetten jeweils
unterschiedlich ist. Sie dienen dem Transport von Cholesterin, Cholesterinester, Phospholipide,
Triacylglyceride und fettlösliche Vitaminen. Der Bildungsort ist die Leber und der Darm. Sie sind
auch für die Entstehung von Arteriosklerose der Blutgefäße von Bedeutung. Hier kommt es zu einer
Ablagerung von Cholesterin und Cholesterinestern in der Gefäßwand.
Sonstige organische Bestandteile





Organischen Bestandteile, die im Stoffwechsel eine Rolle spielen, z. B. Hormone, Enzyme, ....
Plasmafarbstoffe, die entweder exogener Herkunft (Karotin aus Grünpflanzen) sind oder im
Körper selbst entstehen. Zu den endogenen Farbstoffen gehören Gallenfarbstoffe, Hämoglobin
nach der Hämolyse von Erythrozyten) und Myoglobin.
Reststickstoff (Harnstoff, Gallensäuren, u. ä.)
Immunkörper
Plasmaproteine
Nach der Nahrungsaufnahme steigen noch die Konzentrationen der Nahrungsstoffe, da diese zu den
Zielorganen transportiert den müssen:
66


Kohlenhydrate, v. a. Glucose führen im Blut zu einer kurzzeitigen Hyperglycämie = Erhöhung
des Blutzuckerspiegels. Beim Wiederkäuer findet man eine Konzentration von 50 mg/ 100 ml, bei
den anderen Haussäugetieren 100 mg/ 100 ml Plasma. Die Regulation des Blutzuckerspiegels
wird von den Hormonen Insulin, Glucagon und STH geregelt. Als Produkt des
Kohlenhydrastoffwechsels entsteht Lactat, das in einer Konzentration von 10 - 15 mg/ 100 ml
Plasma vorhanden ist.
Lipide, dazu gehören Fette und Lipoide. Der Fettgehalt des Blutes hängt von der Nahrungsaufnahme ab. Die Gesamtlipidkonzentration (Cholesterin, Neutralfette, Phosphilipide, ...) beträgt
400 mg/ 100 ml Plasma. Die Lipide bilden zusammen mit den Proteinen Lipoproteine.
2. Erythrozyten
2.1 Erythropoese
Erythropoese
Die Erythropoese erfolgt beim Erwachsenen ausschließlich im roten Knochenmark. Beim Neugeborenen auch noch in der Leber und der Milz. Man unterscheidet bei der Erythropoese verschiedene Speicher, wodurch die Entwicklung der Zellen bis zu ihrer endgültigen Ausdifferenzierung verdeutlicht
werden kann.




Stammzellenpool: In ihm liegt die pluripotente Stammzelle, aus der noch alle Blutzellen entstehen
können. Diese Stammzelle determiniert und ist jetzt in ihrer weiteren Entwicklung festgelegt
(determinierte Stammzelle)
Proliferationspool (Vorrat an determinierten Vorläuferzellen): Die determinierte Vorläuferzelle
wächst zum Proerythroblasten heran, der sich teilt, woraus eine determinierte Stammzelle und ein
Makroblast resultiert. Noch während der Teilung der Proerythroblasten setzt die Hämoglobinsynthese ein. Der Makroblast teilt sich 3 x, so daß am Ende 8 Normoblasten entstehen.
Reifungspool (Zellen, die in mehreren Schritten differenziert wurden, erhalten nur noch einen
Reifungszustand und treten dann über in den Funktionspool): Die Normoblasten sind nicht mehr
teilungsfähig. Sie stoßen ihren Kern aus (Enukleation), woraus Retikulozyten entstehen. Sie
wandern ins Blut aus und reifen dort in 2 weiteren Tagen zu Erythrozyten heran.
Funktionspool: Zellen des peripheren Blutes
Im Knochenmark befinden sich 1012 Zellen in hämopoetischen Vorstufen, davon sind 106 bis 107 undeterminierte Stammzellen oder sog. pluripotente Stammzellen. Sie sind zur Differenzierung und zur
Proliferation fähig. Man nennt sie auch CFU („colony forming units“). Sie entwickeln sich weiter zu
determinierten Vorläuferzellen, aus denen nur noch Granulozyten, Erythrozyten, Makrophagen,
Megakaryozyten oder Lymphozyten werden können. Die entsprechenden Wachstumsfaktoren heißen
CSF („colony stimulating factors“). Andere Wachstumsfaktoren sind Interleukin IL-3 und Interleukin
IL-5.
Pluripotente
ProerytErytroNormoReticuReticuErythro





20
21
22
Stammzelle
roblast
blast
blast
lozyt
lozyt
zyt
20
kernhaltig, aber nicht mehr teilungsfähig
kernlos, so daß die Passage durch den engen Marksinus möglich ist, mit netzartiger Struktur im Inneren, bindet
noch Hämoglobin
22
Im Blut reift der Retikulozyt in 2 Tagen zum Erythrozyten heran, verliert die Netzstruktur im Plasma
21
67
Die Stammzelle wird über mehrere Stadien in ca. 4 bis 6 Tagen zum Normoblast. Das ist die letzte
kernhaltige Vorstufe. Es kommt zur Ausstoßung des Kerns (Enukleation). Die neue Stufe ist der Retikulozyt. Ohne Kern ist eine Passage durch den engen Marksinus möglich, wodurch der Retikulozyt
noch verformt werden kann. Nach dem Verlust der Mitochondrien und der Ribosomen ist der
Erytrozyt ferig gereift. Seine Energie erhält er nun aus der Glykolyse.




Etwa 99 % aller roten Blutkörperchen sind Erythrozyten
Etwa 0,8 - 1 % des roten Blutbildes sind Reticulozyten
Lebensdauer von ca. 120 Tagen
Neubildungsrate beträgt 0,8 % aller im Blut vorhandenen Erythrozyten pro Tag
Regulation der Erythropoese
Steigerung
s. bei Regulation der Erythrozytenzahl 
durch Erythropoetin.


Hemmung
Vermehrung der Erythrozyten im Blut
Gesteigerter pO2-Wert der Atemluft
Verminderter O2-Bedarf
2.2 Erythrozyenabbau
Physiologisch - durch mechanischer Beanspruchung:
 Einschränkung der Glykolyse
 Vermehrte Tätigkeit der Membranpumpen (Verlust von K+)
 Verlust von Membranmaterial
 Hämoglobinkonzentration steigt wegen dem Wasserverlust an
 Abnahme der Deformierbarkeit
Sequestration, Abbau in der Milz
a)
Retikuloendotheliales System (RES)
Selektion der nicht mehr deformierbaren Erythrozyten, z. B. durch Defekte in
Oberflächenstruktur (Glykokalix). Sie bleiben in den engen Schlitzen des Milzsinus stecken. Die
Erythrozyten werden durch Phagozytose in Makrophagen aufgenommen. Dort erfolgt der Abbau
in Hämoglobin und die restlichen Bestandteile des Erythrozyten. Das Eisen wird resorbiert und
zur Neusynthese von Hämoglobin im Knochenmark transportiert. Das freie Hämoglobin wird an
ein Haptoglobin gebunden, zur Leber transportiert und unter Bildung von Bilirubin und
Biliverdin (Gallenfarbstoffe) abgebaut. Das Eisen wird wieder ins Knochen gebracht.
b)
Pathologisch




Übertritt von Hämoglobin ins Plasma (Hämolyse) bei gesteigerter Durchlässigkeit
Aufreißen der Zellmembran
Durch Seifen, tierische Gifte oder lysierende Antikörper, die die Oberflächenmembran
angreifen und so zu einem übermäßigen osmotischen H2O-Einstrom führen.
Hämoglobin zerfällt bei größerer Freisetzung in Di- und Monomere. Sie passieren die
Filtrationsbarriere der Glomeruli  verstopfen die Tubuli  führen zu Nierenschäden.
68
2.3 Regulation der Erythrozytenkonzentration im Blut
Erythrozytenzahl
a)
Abhängigkeiten
RBC gibt die durchschnittliche Zahl der Erythrozyten im Blut an. Sie wird entweder mittels der
Bürker-Zählkammer bestimmt. (s. auch Praktikumanleitung) Der RBC ist abhängig von:






b)
Alter (Alter , RBC )
Tierart
Rasse
Geschlecht (männliche Tiere haben mehr als weibliche oder Kastraten)
Ernährungs- und Haltungsbedingungen
körperlicher Beanspruchung
Änderungen der Erythrozytenzahl



Veränderter O2-Partialdruck in der Atemluft (pO2 , RBC )
Nach erheblichen Blutverlusten, da das Plasma nach 2 - 3 Tagen nachgebildet wird, die
Erythrozyten aber erst nach 1 - 2 Wochen
Bei Fe- und Cu-Mangel ist die Erythropoese gestört
Regulation der Erythrozytenzahl durch Erythropoetin
Das steuernde Hormon der Erythropoese ist das Erythropoetin (EPO), ein Glykoprotein, das in der
Niere gebildet wird. Es stimuliert die Differenzierung der schon determinierten Vorläuferzellen und
die Hämoglobinsysthese v. a. in den Erythroblasten. Verschiedene Hormone, wie z. B. Androgene,
Thyroxin und Wachstumshormon verstärken die Wirkung EPO. Zusätzlich muß noch Eisen, Vitamin
B12 und Folsäure vorhanden sein (limitierte Faktoren). Es wird bei Senkung des lokalen O2-Partialdrucks23 vermehrt gebildet. Der pO2 sinkt durch:




Verminderte Erythrozytenzahl (Blutverlust, Hämolyse)
Verminderter pO2-Wert der Atemluft
Hormone, wie STH, Glucocorticoide, Schilddrüsenhormone, Testosteron, steigern der O 2-Verbrauch
Gesteigerter O2-Verbrauch der Organe (körperliche Arbeit)
Störungen der Regulation
a)
Anämie
Verminderung der Hämoglobin- oder Erythrozytenkonzentration im Blut. Der HK fällt unter die
altersentsprechenden und geschlechtsspezifischen Normwerte. Da sich die 3 Parameter (Eryzahl,
Hämoglobin und HK) nicht immer gleichzeitig ändern, sollte man bei Verdacht auf eine Anämie
alle 3 Parameter testen. Die Verminderung nur einer dieser Parameter ist nur dann ein
Anzeichen, für eine Anämie, wenn das Blutvolumen normal ist , nicht jedoch bei stärkeren
Blutverlusten, Exsikkose (Pseudoglobulie) und Hydrämie (Pseudoanämie). Die Berechnung der
Senkung des O2-Partialdrucks  vermehrt Bildung von EPO  mehr Erythrozyten werden gebildet und
umgekehrt: Steigerung des O2-Partialdrucks  geringere Bildung von EPO
23
69
Erythrozytenindices (MCV, MCHC, MCH) erlaubt eine Einteilung nach der Morphologie und
dem Hämoglobingehalt der Erythrozyten. Nach dem Färbekoeffizient (MCV = mittlere
Hämoglobin-Gehalt der Erythrozyten) unterscheidet man hypochrome, normochrome und
hypochrome Anämien.

Formen der Anämie:
 Hypochrome Anämie: Störung der Hämoglobinsynthese in Folge eines Eisenmangelns.
Es ist die häufigste Form der Anämie.
 Normochrome Anämie: unmittelbar nach einem Blutverlust wird das intravasale
Flüssigkeitsdefizit schneller ersetzt als Erythrozyten gebildet werden können.
 Hyperchrome Anämie: Bildungsstörung der Erythrozyten, z. B. bei ungenügender
Resorption von Vit. B12 oder Folsäure.

Entstehung:
 Störung der Hämoglobinsynthese
 Bildungsstörung der Erythrozyten
 Akute Blutung, unmittelbarer Blutverlust
 Aplastische Anämie durch eine Knochenmarksstörung
 Chronische Niereninsuffizienz
 Eisen-, Vitamin B12- und oder Folsäuremangel
 Vermehrter Abbau

b)
Einteilung nach der Pathogenese:
Nach den unterschiedlichen Ursachen (Pathogenese), die eine Anämie auslösen können,
unterscheidet man 3 verschiedene Klassen:
 Anämien durch übermäßigen Blutverlust: akute oder chronische Blutungsanämie
 Anämien in Form von verminderter oder ineffektiver Erythropoese:
Eisenmangelanämie und perniziöse Anämie24
 Anämien infolge von übermäßigem Erythrozyenabbau: hämolytische Anämie25
Polyglobulie, Polyzythämie26
Erhöhung der Hämoglobin- oder Erythrozytenkonzentration im Blut (Erythrozytose). Entstehen
tut’s durch eine gesteigerte Erythropoese. Vorkommen kann es:



Chronisch verminderter pO2 durch Sauerstoffmangel, z. B. bei längere Aufenthalt im
Gebirge (Höhenglobulie, Herzfehler)
Gestörte Sauerstofftransportfunktion des Hämoglobin
Gestörte Produktion von Erythropoetin (EPO), z. B. hervorgerufen durch einen Nierentumor
2.4 Morphologie und Zusammensetzung der Erythrozyten
Morphologie

Durchmesser von 7 - 8 m
24
Die perniziöse Anämie ist eine Vitamin B12-Mangeanämie. Ein Mangel an Cobalamin entsteht durch verminderte Cobalaminresorption infolge von verminderter oder fehlender Bildung des Intrinsic Factors, durch Magenschleimhautatrophie oder Malabsorptionssyndrom.
25
Eine hämolytische Anämie entsteht durch einen beschleunigten Erythrozyenabbau, eine verkürzte Lebensdauer
oder Hämolyse der Erythrozyten mit kompensatorisch gesteigerter Erythropoese, Reticulozytose und Ansteig des
Bilirumins im Serum, evtl. auch mit Hämoglobinämie und Hämoglobinurie.
26
Vorsicht! Es kann vorgetäuscht sein durch ein vermindertes Plasmavolumen bei normaler Erythrozytenkonzentration (Pseudopolyglobulie).
70




Runde, meist bikonkave, kernlose Scheiben (Säugetieren)
Vogelerythrozyten aber mit Kern
Große Speziesabhängigkeit in der Größe, z. B. Pferd: 6,6 m; Ziege; 4,1 m und Rind: 5,7 m
Deformierbar, ist aber abhängig von den osmotischen Verhältnissen zwischen Blut und Erythrozyten. Bei Störungen entstehen:
 Stechapfelform (Echinozyt)  in hyperpolarer Lösung entweicht Wasser, weil das Blut
einen höheren osmotischen Wert besitzt. Die Erythrozyten schrumpfen aufgrund ihres
Volumenverlustes
 Kugelform (Sphärozyt)  Schwellung der Erythrozyten durch eine intrazellulär höhere Osmolarität und durch eine Senkung der extrazellulären Osmolarität. Bei < 180 mmol/l platzen
die Zellen (osmotische Hämolyse).
Zusammenhänge mit der veränderten Form



Bei veränderter Form sind die formstabil, können sich unterschiedlichen Strömungsverhältnissen
nicht mehr anpassen. Sie verursachen in engen Kapillaren einen höheren Strömungswiderstand.
Bei geringen Strömungsverhältnissen führt es zur Zusammenlagerung der Erythrozyten zu Geldrollen. Es ist ein reversibler Vorgang und beruht auf der Aggregation der Erythrozyten bei langsamen Strömungsverhältnissen (s. auch Kreislauf)
Fibrinogen, 2’-Makroglobulin und andere Globuline fördern die Aggregation (bei Entzündungen
deutlich gesteigert)
Zusammensetzung




Enthält ein wichtiges Protein: Hämoglobin zum O2-Transport. Das Hämoglobin besteht aus 4
Polypeptidketten + 4 Häm (Porphyrinring mit Fe2+)
Enzyme zur glykolytischen Energiegewinnung und zum aktiven Elektrolyttransport (Cl-  HCO3)
Membran und submembranöses Skelett (biegsam)
Antigene (Blutgruppen) auf der Membran
Erkrankungen des erythropoetischen Systems




Makrozytose: anormal große Erythrozyten (> als 8 m), z. B. bei perniziöser Anämie
Mikrozytose: anormal kleine Erythrozyten (< als 6 m), z. B. bei Eisenmangel
Anisozytose: Erythrozyten sind z. T. > als 8 m bzw. auch < 6 m
Poikilozytose: unregelmäßige Gestaltung der Erythrozyten, z. B. bei periziöse Anämie
Anzahl


Die Anzahl beträgt 5 - 14  1012 / l (ist speziesabhängig)
Es sind über 99 % aller Zellen im peripheren Blut Erythrozyten
Eigenschaften




Gastransport durch die große Diffusionsfläche bei kurzen Diffusionsstrecken
Verformbarkeit ermöglicht die Passage durch enge und gekrümmte Kapillaren
Osmotische Eigenschaften
Anfärbbarkeit mit rotem Farbstoff
71
MCV27
Hämatokrit(l/l)
MCV (fl) = 
Eryzahl (1012/l)
2.5 Hämoglobin
Das Hämoglobin macht 90 % der Trockenmasse der Erythrozyten aus. Es ist der rote Blutfarbstoff,
der in den Erythroblasten gebildet (noch im Knochenmark) wird. Das Hämoglobin kann auch frei im
Plasma, gebunden an Haptoglobin als Chromoprotein vorkommen.
Chemischer Aufbau


Häm besteht aus einem Tetrapyrrol, welches über die 4 Stickstoffatome der Pyrrolringe ein
zentrales Fe2+-Atom als Komplex gebunden hat.
4 Polypeptidketten mit je einem Häm (Farbstoffgruppe). Die Globinketten sind tierartlich unterschiedlich aufgebaut. Es gibt sogar einzelne Rassenunterschiede. Man unterscheidet bei den
Peptidketten nach deren O2-Affinität 4 Gruppen ( und Ketten), von denen je zwei
identische vorhanden sind. Sie sind im fetalen Hämoglobin (Hb-F) und im adulten Hämoglobin
(Hb-A) miteinander in unterschiedlicher Weise kombiniert.
Hb-A1 = 2 2
Hb-A2 = 22
Hb-F = 22
Funktion des Hämoglobin


96 - 98 %
1-3%
Fetal-Hb28
Bindung von Sauerstoff in der Lunge durch Bildung von Oxy-Hämoglobin, Transport bis in die
Kapillaren der Gewebe, in denen er durch Dissoziation wieder abgegeben wird. Ein Molekül Hämoglobin kann 4 O2 in den Alveolen aufnehmen und in das Gewebe tragen (1 g Hämoglobin 
1,34 ml O2).
Beteiligung an der pH-Regulation des Blutplasmas, wobei Oxy-Hämoglobin ein höheres
Basenbindungsvermögen als das reduzierte Hämoglobin hat.
Sättigungskurve
Der Transport des Sauerstoffs erfolgt über eine reversible Bindung mit dem zentralen Eisenatom des
Häm. Dieser Vorgang wird auch als Oxygenierung bezeichnet. Bei der Sauerstoffbeladung ist ein
positiver kooperativer Effekt zu beobachten, d. h., die Anlagerung des Sauerstoffs erfolgt um so
leichter, je mehr Untereinheiten mit Sauerstoff bereits beladen sind. In der Muskelzelle erfolgt die
Sauerstoffanlagerung an das sauerstoffspeichernde Myoglobin nach der klassischen Sättigungskurve.
27
MCV = Mittleres Cell Volumen der einzelnen Erythrozyten. Der Wer ist bei Anämien verändert.
Das fetale Hämoglobin bindet Sauerstoff schon bei geringem pO2. Der Fetus lebt dadurch mit einem O2Mangel, der durch die erhöhte Erythrozytenkonzentration wieder ausgeglichen wird.
28
72
Die Sättigungskurve hat einen sigmoiden Verlauf, der die Beziehung zwischen Sauerstoffsättigung
und Sauerstoffpartialdruck erklärt. Diese Form hat eine große physiologische Bedeutung, da man auf
hohen Bergen immer noch eine fast ausreichende Sättigung gegenüber dem Meeresniveau hat. Des
weiteren ist der steile Verlauf günstig für die Entkopplung im Gewebe. Abhängig ist die O 2-Sättigung
des Hämoglobins vom O2-Partialdruck. Die Affinität des Hämoglobins ist abhängig von Temperatur,
die bei Warmblütern zu vernachlässigen ist, dem 2,3 Bisphosphoglycerat, dem pH-Wert und dem
CO2-Partialdruck. Die beiden letzten Werte stehen in enger Beziehung zueinander: ein Ansteig des
CO2-Partialdruckes führt zu einem Absinken des pH-Wertes. Dadurch sinkt die Affinität des
Hämoglobins zu Sauerstoff ab. Dies führt zu einer erleichternden O2-Aufnahme in der Lunge, sowie
zu einer erleichterten O2-Abgabe ins Gewebe. Das ganze nennt man auch den Bohr-Effekt. Kurz: Er
unterstützt den Austausch von O2 im Gewebe und in der Lunge.



pH-Wert: durch die erhöhte H+- und CO2-Konzentration nimmt der pH-Wert ab mit gleichzeitiger
Rechtsverschiebung der Sauerstoffbindungskurve. Dies führt zu einer gesteigerten Acidität, wodurch die die O2-Affinität zum Hämoglobin sinkt und somit die Desoxygenierung erleichtert
wird. (Bohr-Effekt)
pCO2: wenn der pCO2-Spiegel steigt, sinkt der pH-Wert, daher gelten die gleichen Verhältnisse
wie beim pH.
2,3 DPG: es lagert sich an das desoxygenierte Hämoglobin an und setzt dessen Sauerstoffaffinität
herab. Es führt zu einer erleichterten Sauerstoffabgabe im Gewebe. Im Gebirge und bei Anämien
kommt es zu einer deutlichen Zunahme der 2,3-Bisphosphoglycerat-Konzentration
Hämoglobinderivate





Oxy-Hämoglobin: oxygeniertes Hämoglobin beim Transport des O2, d. h. Anlagerung von je 1
Molekül O2 an das Eisenatom den Häms. Das Eisenatom bleibt dabei 2-wertig.
Desoxyhämoglobin: Das ist die reduzierte Form des Hämoglobin (ohne O2), das die Fähigkeit
zum Sauerstofftransport besitzt.
Methämoglobin: Das Fe2+ wird zu Fe3+ oxidiert. Es entsteht toxisch durch Oxidasen (Sulfonamide) sowie durch Spontanoxidation beim Vorhandensein von O2, wie es bei erhöhten
Sauerstoffkonzentrationen vorkommen kann. Es kann so keinen O2 mehr binden. Eine
Anhäufung in den Erythrozyten kann durch die Methämoglobinreduktase verhindert werden
Carboxy-Hämoglobin: Es entsteht schon beim Vorhanden sein von kleinen Mengen an CO in der
Atemluft, da das Kohlenmonoxyd (CO) eine 300 x höhere Affinität zu Hämoglobin hat wie der
Sauerstoff. Es vermindert die Sauerstoffbindung und damit die Kapazität des Sauerstofftransportes im Blut. Gleichzeitig führt CO zu einer Linksverschiebung der
Sauerstoffbindungskurve, so daß auch die Sauerstoffabgabe in den Geweben behindert wird. Ein,
65%-iger Anteil an Carboxy-Hämoglobin ist tödlich. Die einzige sinnvolle Therapie bei CO Vergiftung ist die Erhöhung des CO2-Partialdruckes (CO2-Rückatmung), do saß HbCO zu HbO2
überführt werden kann.
Sulfhämoglobin: Es entsteht bei einer längeren Einnahme von Sulfonamiden oder bei
Schwefelwasserstoffverbindungen.
Hämoglobinkonzentration
Die Hämoglobin-Konzentration wird photometrisch bestimmt. Dabei wird das Hämoglobin in stabiles
Cyanhämiglobin überführt. Der Hb-Gehalt korreliert auch mit der Zahl und der Größe der
Erythrozyten, womit auch der höhere Hb-Gehalt bei Neugeborenen erklärt werden kann. Erwachsene
haben mehr Hämoglobin, wenn sie in großen Höhen lebt (Grund: trotz niedrigem pO2 ist eine ausreichende Versorgung sichergestellt). Ein Absinken des Hb-Wertes kann ein Hinweis für eine Anämie
sein.
73
Normwerte




Pferd: 110 g/l
Schaf: 125 g/l
Hund:150 g/l
Rind: 115 g/l
MCH29
Hämoglobinkonzentration (g)
MCH =  = [pg]
Erythrozyten (1012)
MCHC30
Hämoglobinkonzentration (g)
MCHC = 
Hämatokrit (%)
Myoglobin
Es ist ähnlich aufgebaut wie das Hämoglobin. Es enthält ebenfalls das Häm als prostethische Gruppe,
aber es hat nur 1 Häm-Molekül in der Struktur.
Funktionelle Bedeutung der Hämoglobin-Einlagerung
Das Blutplasma enthält ca. 7 % Eiweiß. Wenn nun das Hämoglobin frei im Plasma vorliegen würde,
so enthielte dieses ca. 22 % Eiweiß. Daraus ergibt sich eine hohe Viskosität, woraus schlechtere
Fließeigenschaften des Blutes resultieren würden. Der kolloidosmotische Druck würde um das 3fache ansteigen.
Ein Nachteil des Hämoglobin-Einschlusses in die Erythrozyten ist, daß die O2-Aufnahme und Abgabe verlangsamt sind, weil das Gas erst die Erythrozytenmembran durchdringen muß. Das wird
dadurch ausgeglichen, daß die Erythrozyten in einem bestimmten Blutvolumen eine große Oberfläche
in Bezug auf die Gefäßwände haben. Die O2-Transportkapazität läßt sich aber nicht beliebig erhöhen,
da die Viskosität stark zunehmen würde.
29
Der MCH-Wert stellt den Färbekoeffizient dar (mean corpuscular hemoglobin), ein errechneter Wert über die
mittlere Hämoglobinkonzentration eines Erythrozyten. Je nach Färbbarkeit kann die Art der Anämie
(normochrom, hyperchrom, hypochrom) bestimmt werden. Die Hämoglobin-Beladung eines einzelnen Erythrozyten berechnet man:
30
Der MCHC-Wert ist die mittlere Hämoglobinmasse pro Volumeneinheit Zellmasse (mean corpuscular hemoglobin concentration). Man berechnet den Wert nach der Formel:
74
Abbau des Hämoglobin
a)
Extravasal
Das Globin wird gespalten, im Häm wird der Ring geöffnet und es wird zu Gallenfarbstoffen umgebaut. Diese werden mit dem Kot ausgeschieden. Das Eisen wird zum größten Teil zurückgehalten. Es wird an ein -Globulin (Siderophillin) gebunden und in Leber, Milz und Knochenmark in
Form von Ferritin oder Hämosiderin gespeichert.
b)
Intravasal
Tritt das Hämoglobin intravasal aus dem Erythrozyten aus, z. B. bei der Hämolyse, so wird es zuerst an ein Globulin (Haptoglobulin) gebunden. Der Komplex wird vom RES aufgenommen und
abgebaut. Das nicht an Haptoglobulin gebundene freie Hämoglobin tritt mit dem Primärharn
durch die Glomeruluswand, kann aber im proximalen Tubulus z. T. wieder resorbiert werden.
Der Rest wird mit dem Urin ausgeschieden (Hämoglobinurie).
c)
Biochemie des Abbaus
Das sowohl im Hämoglobin, als auch in verschiedenen anderen Enzymen vorhandene Häm kann
im Gegensatz zu den anderen Bestandteilen nicht wiederverwendet werden und muß daher dem
Abbau zugeführt werden. Durch Spaltung zweier Pyrrolringe durch die Hämoxygenase wird Fe 2+
und CO freigesetzt. Es entsteht Biliverdin, das durch die Biliverdinreduktase zu Bilirubin
reduziert wird. Das wasserunlösliche Bilirubin wird an Albumin gebunden und zur Leber
transportiert. Die Ausscheidung des Bilirubins erfolgt entweder als Bilirubindiglucuronid in der
Leber oder als Urobilinogen im Urin.
2.6 Hämolyse
Hämolyse ist die Auflösung der Erythrozyten infolge einer Zerstörung ihrer Zellmembranen. Sie kann
in vivo und in vitro durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden:





chemische Faktoren
Säuren
Fettlösungsmittel
Oberflächenaktive
Substanzen
(Seifen)
Insekten- und Schlangengifte
Hämolysierende Antikörper





physikalische Faktoren
Änderung des osmotischen Drucks
Mechanische Beanspruchung
Mechanische Einwirkungen, z. B. künstlicher Herzklappen
Ionisierende und UV-Strahlung
Starke Temperaturschwankungen
Osmotische Hämolyse kann man am leichtesten beobachten, in dem man die Erythrozyten in ein hypotones Medium gibt. Durch Wasseraufnahme schwellen die Erythrozyten an, werden kugelig und ab
einer bestimmten Größe tritt das Hämoglobin diffus aus, ohne daß die Erythrozyten platzen. Bei
weiterem Wassereintritt platzt die Erythrozytenmembran. Das Medium wird durch das Hämoglobin
transparent rot gefärbt (lackfarben), die Erythrozytenbruchstücke sedimentieren. Gegen alle
hämolytischen Einflüsse zeigen die Erythrozyten eine gewisse Widerstandfähigkeit. So auch im Falle
der osmotischen Hämolyse. Diese Erscheinung nennt man osmotische Resistenz.
75
Physiologische Hämolyse
Intravasale Hämolyse nach 120 Tagen. Gealterte Erythrozyten werden durch mechanische Beanspruchung zerstört. Die Zellbruchstücke werden vom Monozyten-Makrophagen-System phagozytiert. Das
freiwerdende Hämoglobin wird an Haptoglobin gebunden, zur Leber transportiert und dort abgebaut.
(s. auch bei Hämoglobin)
Pathologische Formen der Hämolyse
Es kommt zu einem Übertritt des Hämoglobins ins Plasma durch eine gesteigerte Durchlässigkeit oder
durch Aufreißen der Zellmembran. Dies geschieht durch die o. g. chemischen oder physikalischen
Einflüsse
2.7 Osmotische Resistenz




Erythrozyten können bestimmte osmotische Veränderungen tolerieren
Bei osmotischen Wassereinstrom bildet sich die Kugelform (Sphärozyt) bzw. bei osmotischem
Wasserverlust bildet sich die Stechapfelform (Echinozyt)
Veränderte Formen sind stabil, auch noch bei einem höheren Strömungswiderstand
Gemessen wird die Minimalresistenz (1. Erythrozyt reißt auf) und die Maximalresistenz (alle
Erythrozyten sind aufgerissen)
2.8 Blutsenkungsgeschwindigkeit = BSG
Die Blutsenkungsgeschwindigkeit gibt die Geschwindigkeit an, mit der die Erythrozyten in einer stehenden, ungerinnbar gemachten Lösung absinken. Sie wird in einem Röhrchen mit Skala (nach Westerngreen) gemessen, wobei man die blutkörperchenfreie Plasmasäule der Blutsäule/ Zeit abliest. Das
Prinzip der Blutsenkung beruht auf der Sedimentation der Erythrozyten aufgrund der Schwerkraft. Es
dient als unspezifischer Suchtest auf ein pathologisches Plasmaproteinspektrum.
Phasen des BSG



Langsame Phase: Die Erythrozyten sinken einzeln und lagern sich dabei zu Agglomeraten zusammen.
Schnelle Phase: Die Agglomerate sinken wegen ihres ungünstigen Oberflächen-Massen-Verhältnisses rasch ab.
Langsame Phase: Die Senkungsgeschwindigkeit nimmt ab, weil sie sich gegenseitig behindern.
Faktoren der BSG


Ballungsbereitschaft der Erythrozyten: Sie ist tierartlich unterschiedlich. Die Blutsenkung ist
beim Wiederkäuer sehr gering < Hund und Katze < Huhn und Schwein < Pferd
(Geldrollenbildung).
Plasmaeigenschaften: Bei vielen Erkrankungen, besonders bei Entzündungen, verändert sich die
Zusammensetzung der Plasmaproteine. Es kommt zu einer Vermehrung der -Globuline, während
die Albuminmenge abnimmt. So bleibt die Gesamtmenge der Plasmaproteine erhalten, nur der
Albumin/Globulin-Quotient wird erniedrigt  bei Entzündungen ist der Normwert reduziert.
76
Als Agglomerine wirken Fibrinogen, Cuerulolasmin, 2 Haptoglobuline und -G-Proteine (Anti-A und
Anti-B). Sie werden reversibel an Rezeptoren der Erythrozytenmembran gebunden und erhöhen so die
Haftfähigkeit der Erythrozyten. Albumin vermindert hingegen die Agglomerationsbereitschaft und
wirkt suspensionsstabilisierend.
Bestimmung des BSG
Die BSG wird mit ungerinnbargemachten Blut vorgenommen. Bei der Methode nach Westerngreen
wird das Blut in eine Kapillare aufgezogen und stehen gelassen. Die Länge der Ery-freien
Plasmasäule wird in bestimmten Abschnitten abgelesen. In der Veterinärmedizin wird wegen der sehr
langsamen Senkungsgeschwindigkeit bei vielen Haussäugetieren eine Schrägsenkung eingesetzt. Hier
werden die Kapillaren in einem bestimmten Winkel zur Horizontalen gestellt. Dadurch wird die BSG
beschleunigt, weil die Agglomerate nur eine kurze Strecke frei im Plasma sinken müssen. Danach
rollen sie an der Gefäßwand herunter und behindern sich dabei kaum.
3. Leukozyten
3.1 Leukozyten
Einteilung und Differenzierung
Es gibt mehrere Lymphozytenarten, die sich morphologisch und funktionell voneinander unterschieden. Die Verteilung wird im Differentialblutbild bestimmt.





Neutrophile Granulozyten (stabkernig oder segmentkernig)
Eosinophile Granulozyten
Basophile Granulozyten
Lymphozyten (groß oder klein)
Monozyten
Eigenschaften



Amöboid bewegliche Zellen
Sind zur Phago- und Pinozytose befähigt
Sie kommen nicht nur in der Blutbahn vor, sondern wandern auch ins Gewebe aus
Anzahl




Allgemein kann man sagen, daß die Konzentration 3 - 24  109 / l beträgt. Die Anzahl wird durch
die Leukozytenzahlung mittels einer Zählkammer ermittelt. Wie das durchgeführt wird, s. Praktikumanleitung.
Ca. 50 % der weißen Blutkörperchen sind Granulo- bzw. Lymphozyten
Speicher der Leukozyten sind Lunge, Unterhautgewebe und Milz.
Man erstellt die Leukozytenverteilung an fixierten gefärbten Blutausstrichen
(Differenzialblutbildern). Anhand der Verteilung der einzelnen Leukozyten kann man das
Blutbild bei Wiederkäuern und Nagern als lymphophil und das vom nicht Wiederkäuer als
neutrophil bezeichnen.
77
in %
Mensch
Pferd
Rind
Schaf
Ziege
Schwein
Hund
Katze
Kaninchen
Meerschwinchen
Ratte
Maus
Huhn
neutrophile
eosinophile
Granulozyten Granulozyten
60 - 70
2-4
55 - 60
2-4
25 - 35
5-6
30 - 40
5 - 15
40 - 45
3-5
45 - 55
2-3
55 - 75
3 - 10
55 - 60
3-6
35 - 55
1-3
40 - 45
3-6
20 - 25
2-3
20 - 30
2-3
25 - 50
2-3
Basophile
Granulozyten
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
2-6
<1
<1
<1
2-3
Lymphozyten
Monozyten
20 - 30
30 - 40
55 - 65
45 - 70
50 - 55
40 - 50
20 - 25
30 - 35
40 - 60
45 - 50
70 - 75
40 - 60
40 - 60
5-7
3-4
5 - 10
2-5
3-5
2-6
2-6
2-5
2-6
3-5
2-3
3-5
2-5
Gesamtkonzentration
Die Gesamtkonzentration im peripheren Blut teilt man ein in einen marginierte, einen zirkulierenden
und einen Reservepool ein:



Marginierter Pool: Zellen haften an der Gefäßwand und können bei Bedarf leicht rekrutiert werden, z. B. bei Streß und körperlicher Arbeit durch Katecholamine. Sie treten dabei in den
zirkulierenden Pool über. Die Erhöhung der Leukozytenkonzentration (Leukozytose) bei
körperlicher Arbeit wird Pseudoleukocytose genannt und bei Entzündungen tritt eine Granulozytose auf. (Schließlich sind viele Leukozyten an der Infektabwehr beteiligt).
Zirkulierender Pool: in der Blutbahn vorhandene Zellen
Reservepool: Zellen, die sich im Knochenmark befinden
Leukozytose
Darunter versteht man die Vermehrung der Leukozytenzahl. Vorkommen kann es bei vermehrter körperlicher Arbeit und bei infektiösen Prozessen mit akuter Entzündung, v. a. von bakteriellen Infektionen.
Leukopenie
Es ist die Verminderung der Gesamtleukozytenzahl v. a. der neutrophilen Granulozyten. Als Ursachen
kommen Bildungsstörungen im Knochenmark, vorzeitiger Lymphozytenuntergang oder Verteilungsstörung in betracht. Vorkommen kann es bei toxischen oder physiologischen Knochenmarksschädigung, Blutkrankheiten (perniziöse Anämie), bei viralen Infektionen, selten bei bakteriellen
Infektionen (Typhus, Brucellose).
Entwicklung
Die Entwicklung der Leukozyten findet im Knochenmark statt. Aus einer pluripotenten Stammzelle
entwickelt sich als erstes ein Myeloblast, dann ein Promyelozyt. Dieser differenziert sich einerseits zu
eosino- neutro- oder basophilen Myelozyten bzw. Granulozyten oder andererseits über einen zweiten
Entwicklungsweg zu einem Monoblasten und letztendlich zu einem Monozyten.
78
Stabkernige und segmentkernige Granulozyten wandern wegen ihrer hohen Migrationsfähigkeit durch
die Gefäßendothelien aus dem Knochenmark in die Blutbahn. Den weiteren Reifungsprozeß erkennt
man an der zunehmenden Kernsegmentierung. Bei neutrophilen Granulozyten findet man gewöhnlich
bis zu 5 Kernsegmenten, bei den basophilen und eosinophilen Granulozyten bis zu 2.
pluripotente Stammzelle
determinierte Stammzelle (CFU-GM)
Myeloische Entwicklungsreihe
Monozytäre Entwicklungsreihe
GFU-G
GFU-M
Myeloblat
CFU-E
Monoblast
neutrophiler
basophiler
eosinophiler
Metamyelozyt Metamyelozyt Metamyelozyt
neutrophiler
Granolozyt
basophiler
Granulozyt
Monozyt
eosinophiler
Granulozyt
Entzündungsreaktion
Bei infektiösen Erkrankungen kommt es zu phasenhaft ablaufenden Veränderungen der Leukozytenverteilung, die im Differentialblutbild erfaßt werden können und einen Rückschluß auf den Krankheitsverlauf ermöglichen.
1.
Neutrophile Kampfphase
2.
Abwehr des eingedrungenen Erregers, die einhergeht mit der Vermehrung der neutrophilen
Granulozyten (Linksverschiebung: relative Vermehrung der stabkernigen, jugendlichen,
neutrophilen Granulozyten) und gleichzeitiger Verminderung der eosinophilen Granulozyten und
der Lymphozyten.
Monozytäre Abwehr oder Überwindungsphase
Mit Monozytose (Vermehrung der Monozyten) als Zeichen der Aktivierung des Monozyten-Makrophagen-Systems. Es tritt bei beginnender Immunisierung und beim Höhepunkt der
Erkrankung auf und deutet meist auf einen Verlauf mit Heilung hin. Es tritt auch bei chronisch
rezidivierenden Erkrankungen (Tuberkulose, Malaria) auf.
3.
Lymphozytäre-eosinophile Heilungsphase (Morgenröte)
Mit Lymphozytose (Vermehrung der Lymphozyten) und Eosinophilie (Vermehrung der
eosinophilen Granulozyten). Es tritt oft auf bei parasitären Erkrankungen insbesondere bei
Trichinose, aber auch bei anderen Wurmkrankheiten (Askariden, Echinococcen, ...), allergischen
Reaktionen (Asthma bronchiale), sog. flüchtige eosinophile Lungeninfiltration durch
79
Askaridenlarven in der Lunge, durch Einatmung von pflanzlichen/ bakteriellen Allergenen,
Insektenstichen, Hautkrankheiten (Pemphigus vulgaris) .... . Es ist verbunden mit einem
Rückgang der absoluten Leukozytenzahl und der Linksverschiebung.
1. Phase:
2. Phase:
3. Phase:
Neutrophile Granulozyten  (Linksverschiebung )
Monozyten 
Lymphozyten und eosinophile Granulozyten  und
Absolute Leukozytenzahl und Linksverschiebung 
3.2 Granulozyten
Funktion



Alle haben die Fähigkeit zur Phagozytose und Adhäsion am vaskulären Endothel (Bestandteil des
marginierten Pools)
Alle sind migrationsfähig, d. h. sie können ins Gewebe durch Chemotaxis einwandern
(chemotaktische Strukturen sind Sekrete von Mastzellen, Kinine, aktivierte Faktoren des Komplementsystems, Leukotriene und Peptide aus Bakterien)
Lebensdauer beträgt 2 bis 3 Tage
Neutrophile Granulozyten
Sie gehören zur unspezifischen Immunabwehr, in dem sie zusammen mit anderen Freßzellen, z. B.
Monozyten, bei der Phagozytose von Mikroorganismen, körperfremden Antigenen, virsusinfizierten
Körpern und Tumorzellen beteiligt sind. Sie werden auch als Mikrophagen, kleine Freßzellen,
bezeichnet, weil sie mit Enzymen, Proteasen, Lipasen, ... ausgestattet sind. Zusätzlich setzen sie
Entzündungsmediatoren, z. B. Prostaglandine und Leukotriene, frei.
Sie werden bei akuten nicht infektiösen, bakteriellen Entzündung (Immunsystem) als erstes vermehrt
gebildet, so daß man im Differentialblutbild diese Phase als 1. Phase: Angriffsphase bei
Entzündungen charakterisiert werden kann. Eine Vermehrung der neutrophilen Granulozyten wird als
Neutrophilie bezeichnet.
Eosinophile Granulozyten
Sie kommen hauptsächlich im Gewebe vor und dienen helfen bei der Phagozytose von Stoffen. Sie
sind deshalb bei parasitären und allergischen Reaktionen erhöht (Eosinophilie). Glucocorticoide, die
v. a. in der Streßsituation vermehrt ausgeschüttet werden, führen zu einer Verminderung der
eosinophilen Granulozyten (Eosinopenie).


Allergische Reaktionen: Sie sind beteiligt an der Allergie Typ I (unter Beteiligung von IgE) und
Allergie Typ IV. Dabei stimulieren eosinotaktische Substanzen die Emigration der eosinophilen
Granulozyten. Man unterscheidet zwischen:
 Exogenen Substanzen: Sie wirken über die Haut oder Schleimhaut; sitzen unter der epithelialen Oberfläche von Haut, Darm und Lunge
 Endogenen Substanzen: z. B. Histamin, eine Mediatorsubstanz, die von Gewebsmastzellen
gespeichert wird und bei einer sensibilisierenden Antigen-Antikörperreaktion freigesetzt
werden
Parasitäre Infektionen: Sie werden durch chemotaktische Stoffe angelockt. Zusammen mit
Antikörpern zerstören sie die Parasiten, so daß die Bruchstücke phagozytiert werden können. Bei
Wurmbefall erhöht sich ebenfalls die Anzahl der Eos im Blut.
80
Basophile Granulozyten (Phagozytose)
Sie haben ähnliche Funktionen wie die Gewebsmastzellen. Sie kommen Hauptsächlich im lockeren
Bindegewebe und in Nachbarschaft von Gefäßen vor.



Besitzen IgE auf ihrer Zellmembran. Bei Kontakt mit Antigenen kommt es zur Freisetzung von
Mediatoren aus den Granula (histamin- und heparinhaltige Granula)  Degranulation
Immunabwehr bei Parasitenbefall
Bei Stimulation kommt es zur Freisetzung von PAT (plättchenaktivierender Faktor)  Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten, Ausschüttung gefäßaktiver Amine aus den Thrombozyten
Granulozytopoese
Die Bildung der Granulozyten läuft im Knochenmark ab. Man unterscheidet im Knochenmark den
Proliferationspool und den Reifungspool.


Proliferationspool: Hier befinden sich eine Reserve von 10 Tagesproduktionen. Die Teilung
erfolgt nur für Nachschubzwecke.
Reifungspool: Hier befinden sich Granulozyten, die sich Reifungszustand eines Meta-/
Promyelozyten befinden.
Aus einer pluripotenten Stammzelle wird ein Myeloblast und dann ein Meta- bzw. Promyelozyt.
Dieser differenziert sich aus zu entweder einem basophilen Granulozyten, einem neutrophilen
Granulozyten oder einem eosinophilen Granulozyten. Die Determinierung zu verschiedenen Sorten
wird über humorale Mediatoren (z. B. Interleukine) gesteuert.
3.3 Lymphozyten
Deskription





Kleine und große Lymphozyten
Basophiles, granuliertes Zytoplasma
Relativ großer, unregelmäßiger runder Kern
Fähigkeit zur Teilung
Verteilung (4 % im Blut, 70 % in lymphatischen Organen, 10 % im Knochenmark, Rest in
anderen Organen)
Anzahl


Lymphozytose: Vermehrung der Lymphozytenzahl
Lymphopenie: Verminderung der Lymphozytenzahl, z. B. bei Überfunktion der NNR oder der
Thyreoidea, Streßsituationen durch die Ausschüttung von ACTH oder Korticoiden, tageszeitliche
Schwankungen, körperliche Arbeit, Nahrungsaufnahme
Bildung
pluripotente Stammzelle im Knochenmark  Vorläuferzellen  Wanderung zu den lymphatischen
Organen:
81
 Prägung im Tymus
 Prägung im Bursa-Äquivalent
im Knochenmark
B-Lymphozyt
T-Lymphozyt
Antigen
Aufenthalt in den
sekundären lymphatischen Organen
(Lymphknoten,
Milz, ...)
T-Effektorzellen
TGedächtniszellen
CD4-T-Lymphozyten:
 T-Helferzellen (Chemotaxis)
 T-Lymphokinzellen
(Lymphokine)
Antigen
Plasmazellen Y
Gedächtniszellen
CD8-T-Lymphozyten
 T-Killerzellen
 T-Supressorzellen


spezifische zelluläre Abwehr
spezielle humorale Abwehr
Population und Funktion
a)
T-Lymphozyten
Sie dienen der Vermittlung von zellulären Immunreaktionen. Zu den allgemeinen Funktionen
gehören Bildung von Antikörpern und zytotoxische Killerfunktion. Man unterscheidet folgende
Typen:






b)
T-Helferzellen: fördern durch Lymphokinine die Antikörperbildung der B-Lymphozyten und
aktivieren andere T-Lymphozyten durch Interleukin 2
T-Induktorzellen: unterstützen die T-Helferzellen
T-Supressorzellen: wirken der Tätigkeit der T-Helferzellen und der cytotoxischen Lymphozyten entgegen. Sie beenden die Abwehrreaktionen nach 8 - 10 Tagen
cytotoxische T-Lymphozyten: zerstören virusinfizierte Zellen
T-Gedächtniszellen: speichern die Information über den Antigenkontakt und führen auch
noch nach Jahren zu einer schnellen und heftigen Abwehrreaktion (Booster-Effekt)
TDTH-Zellen: sind verantwortlich für die Allergie vom Spättyp. Sie wirken infiltirierend, z.
B. bei der Tuberkulinreaktion
B-Lymphozyten
Sie dienen der humoralen Abwehr, z. B. durch Aktivierung durch Antigene, Umwandlung zu
Plasmazellen und Produktion spezifischer Antikörper. Man unterscheidet folgende Typen:


B-Gedächtniszellen: zirkulieren Monate lang oder sind in lymphatischen Geweben sessil.
Auch hier führt ein erneuter Antigenkontakt zu einer starken Zellproliferation und somit zu
einer raschen Immunreaktion
Plasmazellen: Sie produzieren Antikörper, die ins Blut abgegeben werden. Die
Antikörperbildung wird durch T-Helferzellen gefördert und durch T-Supressorzellen
gehemmt. Je öfter ein Antigenkontakt stattfindet, desto höher ist der AK-Titer im Blut
82
c)
Nullzellen


Naturalkiller (NK-Zellen, natural killer cells): Sie sind große granuläre Lymphozyten, die
ohne immunologischen Bezog zytotoxisch auf alle körperfremden Zellen wirken und zur
Lyse von körperfremden Substanzen führen.
K-Zellen: Sie sind Zellen der AK-abhängigen Cytolyse, da sie die mit AK markierten Zellen
mittels der Fc-Rezeptoren für IgG-Antikörper erkennen können
Interleukin


Interleukin 1: wird von Makrophagen gebildet, die mit einem Antigen in Kontakt gekommen
sind. Das IL-1 aktiviert die T-Zellen. Die aktiven T-Zellen geben dann Interleukin 2 ab.
Interleukin 2: regt die T-Lymphozyten zur Teilung an. Dies geschieht durch direkten Kontakt.
Das IL-2 lagert sich an einen T-Lymphozyten an, der daraufhin anfängt sich zu teilen.
3.4 Monozyten
Deskription




größte mononukleäre Zellen im Blut
großer, hufeinsenförmiger gelappter Kern
grobmaschiges Chromatingerüst
basophiles, ungranuliertes Cytoplasma
Funktion






Monozyten wandern ins Gewebe aus (Migration) und werden zu Makrophagen (Histiophagen),
die zur Phagozytose (durch viele Lysosomen) befähigt sind
Rezeptoren für Komplementpoteine auf der Membran
Rezeptoren für IgE (Anlagerung und Phagozytose von Mikroorganismen)  höchste
Phagozytoseaktivität unter den Blutzellen
nichtabbaubare Substanzen können gespeichert werden
Produktion von Zytokinen (Interleukin 1, Interferone, zytotoxische Substanzen)
2. Phase: Überwindungsphase (späte Phase der Abwehr-Reaktion)
Bildung
pluripotente Stammzelle  Myeloblast  Promyelozyt  Monoblast  Monozyt (1 - 2 Tage im
Blut,)  ortsständiger, gewebetypischer Histiozyt (Auswanderung in Organe und ins Gewebe)
4. Thrombozyten
4.1 Allgemeines
Struktur
83








Abstammung vom Monozyten im Blut
Kernlose, flache Scheibe mit einem Durchmesser von 1 - 3 m und einer Dicke von 1 m
Zellmantel mit afferenten Kanälchen, Mikrotubuli
Mitochondrien, Glykogen, Enzyme der Glykolyse, Citratcyclus, Pentosephosphat
Im strömenden Blut sind etwa 200 000 - 800 000 / l
Bei Aktivierung wird Blutplättchenfaktor 3 ausgeschüttet (Phospholipid der äußeren
Plättchenmembran) und Tromboxan A2 (TXA2), die aus der Arachidonsäure gebildet wird.
Zirkulationsform  dendritische Form der Aggregation (mit Pseudopodien)
Granulons mit -Granula, Granula, Lysosomen, ATP, Serotonin (5-Hydroxy-Tryptamin-5-HT),
Gerinnungsfaktoren (Plättchenfaktor 3)
Eigenschaften




Sie befinden sich nur intravasal.
Sie lagern sich gerne zusammen und zerfallen sehr leicht. Dies ist für ihre Beteiligung an der
Blutstillung von Bedeutung.
Die Atmosphère plasmique enthält alle plasmatischen Gerinnungsfaktoren. Deshalb findet die
Fibrinbildung v. a. außen an den Thrombozyten statt. Im inneren der Plättchen befinden sich die
autochronen Gerinnungsfaktoren, vasoaktive Substanzen (z. B. Serotonin. Adrenalin,
Noradrenalin, ATP und ADP)
Beim Geflügel findet man an der Stelle der Thrombozyten Spindelzellen. Diese betreiben
zusätzlich noch Pinozytose.
Funktion



können kolloidale Partikel phagozytieren
Aufrechterhaltung der Haemostase
primäre und sekundäre Haemostase (Blutstillung, Gerinnung, Wundheilung: sie werden durch
Oberflächenkontakt mit endothelialen Strukturen der Gefäßwand klebrig. Es kommt zur
Adhärenz der Thrombozyten an der Wand, wo sie nun ihre Inhaltsstoffe freisetzten können, die
eine verstärkte Aktivierung von Gerinnungsfaktoren hervorrufen).
Bildung
Sie entstehen - wie alle anderen Blutzellen auch - aus einer pluripotenter Stammzelle im
Knochenmark,
sind
aber
eigentlich
Abschnürungen
vom
Megakaryozyten
(Knochenmarksriesenzellen). Ihre Lebensdauer beträgt ca. 8 - 12 Tage, bis sie schließlich in der Milz
abgebaut werden. Reguliert wird die Bildung vom Thrombopoetin, das in der Niere gebildet wird.
Pathologie


Thrombozytopenie: Mangel an Thrombozyten
Thrombozytopathie: Funktionsschwäche der Thrombozyten, es kommt zu punktförmigen Blutungen = hämmorrhagische Diathese
4.2 Blutstillung, Primäre Haemostase


1 - 3 Minuten
Adhäsion und Aggregation der Thrombozyten
84
1. Stufe: Thrombozytenadhäsion
Bei einem Defekt, bei dem die subendothelialen Basalmembran (Strukturen = Kollagenfasern) freigelegt wurde, bildet sich ein einschichtiger Rasen adhärierender Thrombozyten. Durch Adhäsion
bleiben die Plättchen mit Randströmung unmittelbaren Kontakt an der Gefäßwand heften. Als
Auslöser wirkt der beim an Kontakt mit kollagenen Typ IV und V. Ein weiterer Faktor, der von
Willebrand-Faktor, beschleunigt (über spezifische Rezeptorbindung) die Thrombozytenadhäsion. Der
Faktor wird von Thrombozyten abgegeben  positive Rückkopplung.
2. Stufe: Thrombozytenaggregation
Kollagen Typ I und III, die sich in der Tiefe der Basalmembran befinden, lösen erst eine reversible
Aggregation aus (Anlagerung der vorbeiströmenden Blutplättchen. Durch ATP und ADP (aus verletztem Endothel) die Aggregation gefördert und geht schließlich in eine irreversible Aggregation
(Plättchenverschmelzung) unter Auslösung der Zellmembran) wenn Thrombin dazukommt. Dabei
wird die Membran der Thrombozyten selbst und der Granula zerstört, so daß Serotonin, ADP und
Arachnidonsäure freigesetzt werden kann, die die Aggregation verstärken. Es folgt die visköse
Metamorphose mit Degranulierung und Ausbildung von Pseudopodien.
3. Stufe: Hämostatischer Pfropf und Gefäßkonstriktion
Es lagern sich mehr und mehr Plättchen an , so daß es zur Bildung eines Aggregationspfropfs, weißer
Thrombus (Thrombozytenaggregat) kommt. Unterstützend wirken noch freigesetzte Katecholamine
und Serotonin, die eine Gefäßkonstriktion bei verletzten Gefäßen (entgegengesetzt dem Normalzustand) bewirken. Die Pfropfbildung und die Vasokonstriktion erfolgt nach 1 - 3 Minuten Blutungszeit.
Daraufhin kommt es zum Blutstillstand.
4.3 Blutgerinnung und endgültige Blutstillung, Sekundäre Haemostase
1. Faktorenaktivierung
exogenes System
endogenes System
Phospholipide aus dem Gewebe
plasmatische Faktoren
extrinsische
intrinsische
Die Blutgerinnung wird nach einer Gewebeläsion auf exogenem Weg (extrinsisches System:
Vorraussetzung ist die Freisetzung von Gewebethromboplastin) und auf endogenem Wege
(intrinsisches System: Vorraussetzung ist das Freilagen von Fremdoberflächen oder Kollagenfasern
im verletzten Endothel und Thrombozytenzerfall) ausgelöst.
 Im exogenen System wird Faktor VII durch seien spezifischen Aktivator in die aktive Form
überführt. Faktor VIIa verbindet sich unter Mitwirkung von Ca2+ mit Phospholipidmizellen der
verletzten Gewebezellen. Dieser Komplex stellt den Faktor X-Aktivator des extrinsischen
Systems dar.
 Im endogenen System beginnt die Reaktionsfolge mit der Kontaktaktivierung des Faktors VII.
Faktor VIIa bildet zusammen mit dem aktivierten Faktor XIa und Calciumionen einen Komplex
zur Umwandlung des Faktor IX in seine aktive Form. Faktor IXa bildet mit Faktor VIIIa, Ca 2+
und dem Plattchenfaktor 3 den Faktor X-Aktivator des intrinsischen Systems.
85
In dem folgenden, von beiden Systemen gemeinsamen Reaktionsablauf, bildet der aktivierte Faktor X
zusammen mit FVa, Ca2+ und Phospholipoprotein einen Komplex (Prothrombinaktivator), der
Prothrombin in Thrombin umwandelt.
2. Koagulationsphase, Fibrinbildung
Das im bei der Faktorenaktivierung gebildete Thrombin spaltet vom Fibrinogenmolekül die
Fibrinpeptide A und B ab. Die lösliche Fibrinmonoesterase führt zur Gelierung des Plasmas, das
unlösliches Polymer Fibrin bildet fasrige Strukturen im Plasma. Dieser Polymerisationsabschritt wird
durch die Umgebung gefördert (z. B. durch Ca2+)
Thrombin
Fibrinogen  Fibrinmonomere (lösliches Produkt)
3. Retraktionsphase, Thrombusbildung
Der Faktor XIII verfestigt die Fibrinstrukturen, wobei seine Wirkung durch Thrombin und
Fibronektin, das von den defekten Rändern sezerniert wird, verstärkt. Fibrinfäden und Blutzellen
vernetzten sich und bilden einen roten Thrombus (Fibrin und Blutzellen). Dieser verschließt das
Gefäß durch anhaften an den Rändern und durch das Zusammenziehen der Ränder (Retraktion). Die
Retraktion wird durch Thrombostenin (ATPase) hervorgerufen, das von den Thrombozyten während
viskösen Metamorphose freigesetzt wird.
Faktor XII, Ca2+
Fibrinmonomere 
Produkt)
Fibrinpolymere = Fibrin (unlösliches
Fibrin + Trombozytenaggregat  roter Thrombus
4.4 Fibrinolyse
physiologische Bedeutung der Fibrinolyse


Aufrechterhaltung des dynamischen hämostatischen Gleichgewichtes durch Neutralisierung der
kontinuierlich ablaufenden Blutgerinnung.
Entfernung des Thrombins aus dem zur Blutstillung gebildeten Thrombus.
Ablauf der Fibrinolyse
Über eine Kette von Aktivoren kommt es zur Bildung von Plasmin. Diese Aktivoren verwandeln inaktives Plasminogen, ein Plasmaprotein der Globulinfraktion, zu Plasmin um. Das Plasmin, eine
Protease, spaltet vom Fibringerüst des Thrombus Fibrinspaltprodukte (FDP = fibrin degeneration
products) ab und löst ihn auf. Des weiteren vermindert es die Gerinnungsfähigkeit des Blutes durch
86
die Zerstörung von sich bildendenden Fibrinfäden und durch Spaltung eine Reihe von
Gerinnungsfaktoren.
4.5 Blutgerinnungshemmung
In vivo

Endothel: Das Endothel selbst sezerniert luminal Adenosin, Prostacyclin (PGI2) und EDRF. Des
weiteren wird ein großer Teil der Verminderung der Spontangerinnung gesteuert.

Strukturen des antithrombogenen Gefäßendothels: Die Anhaftung wird von Glykolproteinen der
endothelialen Glykokalix unterdrückt, dazu gehören:
Antithrombin III
2-Makroglobin
Ist an
 Hemmt Faktor II
Heparansulfat
und Kallikrein
gebunden
 Hemmt Plasmin
 Hemmt aktivierte
Gerinnungsfaktore
n (Faktoren II, X,
IX, XI, XII)
 Vermindert die
Aktivierung,
Bildung und
Wirkung von
Thrombin




Protein C
c1-Inaktivator
Hemmt die
 Hemmt die
Gerinnungsfaktore
Faktoren II und
n VII und Va
XII
Fördert die
 Hemmt
Fibrinolyse
Kallikrein
(Konzentration von
Plasminogen-Aktivoren)
Therapeutisch einsetzbare Hemmstoffe:

Heparin, Hirudin
Steigern die Wirkung 
von Antithrombin

Cumarinderivate31
Vitamin K-Antagonist

Blockieren die Synthese der 
Gerinnungsfaktoren VII, XI,
X in der Leber
schnelle Blutströmung32
Verdünnung des Blutes
Aktive
und
passive
Bewegung der Extremitäten
In vitro



Auffangen den Blutes mit nicht benutzbaren Oberflächen, z. B. Silikone
Niedrige Temperatur
Zusatz von gerinnungshemmenden Substanzen:
Zusatz
Wirkung
31
Durch Cumarin verringert sich in wenigen Wochen der Prothrombingehalt des Blutes, die Gerinnungszeit wird
herabgesetzt. Es besteht Verblutungsgefahr aus bei kleinen Verletzungen, weshalb man es als Rattengift
verwendet. Die vergifteten Ratten verbluten nach ihren Rangordnungskämpfen. Cumarole entstehen in faulem
Süßklee, durch schlecht gelagertes Heu u. ä., wodurch es zu Vergiftungen bei den Haussäugetieren kommen
kann.
32
Thromboseprophylaxe
87




Natrium-, Kalium- oder Ammoniumoxalat
Natriumcitrat oder EDTA
Heparin
Cumarinderivate



Wegfangen von Ca 2+
Freie Ca2+-Ionen werden gebunden
Ca2+-anhängige Schritte werden dadurch
blockiert
4.6 Blutgerinnungsfaktoren
Fakto
r
Bezeichnung /
Synonym
Bildungsort
I
Fibrinogen
Leber


Lösliches Eiweiß
Vorstufe des Fibrin
II
Prothrombin
Leber
(Vitamin Kabhängig)


1-Globulin
Proenzym des Thrombin (Protease)
III
IV
Gewebethromb

Gewebszellen
oplastin


Ca2+
V
Proaccderin
VI
-
Leber
Leber
(Vitamin Kabhängig)
VII
Proconvertin
VIII
Antihapophiles
Globulin
(AHG)
XI
Christmas
Faktor
Leber
(Vitamin Kabhängig)
X
StewardPower-Faktor
Leber
(Vitamin Kabhängig)
XI
XII
XIII
Eigenschaften / Funktion











Plasmathrombo
plastinanteceda
nt (PTA)
HagemannFaktor
Fibrinstabilisie
render Faktor















Phospholipoprotein
Aktiv im extrinsischen Gerinnungssystem
Notwendig bei der Aktivierung der meisten Gerinnungsfaktoren
Lösliches -Globulin
Bindet an die Thrombozytenmembran
Wird aktiviert durch Faktor II und Ca2+
Bestandteil des Prothrombinaktivators
-Globulin
Proenzym (Protease)
Aktiviert mit Faktor III und Ca2+ den Faktor X im
extrinsischen System
 2-Globulin
Bildet Komplex mit von-Willebrand-Faktor
Wird aktiviert durch Faktor II und Ca2+
Profaktor bei der Umwandlung von Faktor X in seine
aktive Form
2-Globulin
Kontaktsensibles Proenzym (Protease)
Aktiviert mit Plättchenfaktor 3, Faktor VIII und Ca2+
den Faktor X im intrinsischen System
1-Globulin
Proenzym (Protease)
Bestandteil des Prothrombinaktivators
-Globulin
Kontaktsesnsibles Proenzym (Protease)
Aktiviert mit Ca2+ den Faktor IX
-Globulin
Kontaktsensibles Proenzym (Protease)
-Globulin
Proenzym (Protease)
Transaminase
Bewirkt die Fibrinverankerung
5. Abwehr – Immunsystem
88
5.1 Einleitung
Abwehrmechanismen
Zwischen jedem Individuum und seiner Umwelt gibt es zahlreiche Grenzflächen, die verteidigt
werden müssen (Lungenparenchym. Magen-Darm-Trakt, Uro-Genitaltrakt, ...) Die Aufgabe des
Organismus vor äußeren Einflüssen zu schützen, hat das Abwehrsystem. Es läßt sich bei höheren
Tieren in 2 Teile teilen, zwischen denen zahlreiche Wechselwirkungen bestehen.
Abwehrmechanismen
Spezifisch
Unspezifisch
Immunabwehr
Resistenz
humoral
zellulär
Immunglobuline (Ig)
= Antikörper (Globuline), die von
Plasmazellen (BLymphozyten)
gebildet werden und
in Körperflüssigkeiten vorkommen
T-Lymphozyten mit
Subpopulationen:
 Cytotoxische TLymphozyten
 T-Supressorzellen
 T-Helferzellen
 T-Gedächtniszellen
Zelullär
Makrophagen
(Histiozyten)
des
mononukleären
Phagozytosesystems (MPS)
Mikrophagen
(neutrophile
Granulozyten)
v. a. gegen
Bakterien
gerichtet
humoral
Bestimmte
Plasmaproteine
 C-reaktives
Protein
 Interferone
 Lysozym
 Komplementanteile
5.2 Unspezifische Abwehrfunktionen
Die unspezifische Abwehr, auch als Resistenz bezeichnet, wird durch allgemeine
Fremdkörpereigenschaften einer eingedrungenen bzw. im Körper gebildeten Substanz aktiviert. Unter
den unspezifische Abwehrfunktionen versteht man im engen Sinne die Antigenausschaltung durch
Phagozytose (Aufnahe und Verdauung von Fremdstoffen in Mikrophagen, Monozyten, Thrombozyten
und Leukozyten). Die freigesetzten Fremdstoffe können wieder als Antigene wirken und so die
spezielle Immunabwehr aktivieren. Es unterscheidet zwei unterschiedliche Versionen:
Unspezifische humorale Abwehr
1.
Komplementsystem
Es besteht aus ca. 20 verschiedene Plasmaeiweißkörper (-Globuline), die sich gegenseitig
regulieren und deren Aktivität durch Regulatorproteine reguliert werden. Die Hauptgruppe
besteht aus 9 Plasmaproteinen, die von C 1 - C 9 benannt sind. Es löst Antigen-AntikörperKomplexe auf und zerstört die Membran von Fremdzellen. Weitere Aufgaben des
Komplementsystems:


Immunadhärenz (Zusammenkleben von Fremdzellen)
Opsonierung (Sie lagern sich an die Oberfläche von Fremdkörperzellen an und führen somit
zu einer Veränderung der Oberflächenstrukturen  Einleitung der Phagozytose bzw.
Virolyse durch Zerstörung der Viren)
Durch Proteolyse werden die Komplementfaktoren bei ihrer Aktivierung in 2 Fragmente
gespalten:
89


a-Fragment (klein): Chemotaxis  Permeabilitätssteigerung  Entzündungen
b-Fragment (groß): Bindung an die Zellmembran, Bildung eines cytolytischen Komplexes,
der körperfremde Zellen schädigt und abtötet  Aktivierung der nächsten Komponente in
der Komplement-Reaktionskette (Aktivierungskomplex)
Die Aktivierung des Komplementsystems entweder auf dem klassischen Weg durch AntigenAntikörper-Komplexe und bakterielle Wirkstoffe oder auf dem alternativen Weg durch
Properdin.
2.
Lysozym



3.
C-reaktives Protein



4.
Ist ein mukolytisches (schleimhautlösendes) Enzym, v. a. in hohen Konzentrationen
Bildung erfolgt in den Granula der Leukozyten und den Alveolarmakrophagen (Lunge), bei
Zerfall der Granula erfolgt die Freisetzung
Hemmung von Wachstum und Vermehrung von Bakterien und Viren
Ist das „Akute-Phase-Protein“, aber nur bei höheren lokalen Konzentrationen wirksam
Aktivierung von Komplement
Fördert Opsoniation, Koagulation, Präzipitation und Phagozytose von Bakterien
Zytokine - Interferone



Gehören zu der Gruppe der Glycoproteinen
Wirken antiviral und werden hauptsächlich bei Infektion gebildet (in besonderen Zellen von
Leber und Milz)
Produktion innerhalb von Stunden



Interferone
-Interferon (Lymphozyten)
-Interferon (Fibroblasten)
-Interferon (T-Lymphozyten)




Wirkung
mit ihren
Sie reagieren
Wirtszellen nicht
spezifisch
Hemmen die Proliferation der Leukozyten
Steigern die cytotoxische Aktivität der
Makrophagen (Makrophagenaktivierung)
Hemmen die Proteinsynthese  Herabsetzung der
Vermehrung von Viren
Unspezifische zelluläre Abwehr
Die unspezifische zelluläre Abwehr bezieht sich auf die Phagozytose von Fremdzellen durch Monozyten und neutrophile Granulozyten.
a)
Phagozytose

Adhäsion: Die Phagozyten werden durch Chemotaxis der Entzündungsorte, z. B. durch
Komplementfaktoren, Lymphokine oder Sekreten aus Mastzellen, angelockt. Das zu
90


b)
phagozytierende Teilchen muß an der Membran haften, was z. B. bei Bakterien durch die
Einwirkung von Opsoninen möglich ist.
Aufnahme des Teilchens: Es kommt zur Bildung von Pseudopodien, die die Fremdkörper
einschließen (Phagosombildung). Das Teilchen befindet sich im Zellinneren und ist immer
noch durch eine Membran abgrenzt.
Digestion: Das Phagosom verschmilzt mit den intrazellulären Lysosomen (Phagolysosom).
Jetzt kann der Abbau der eingeschlossenen Substanzen beginnen.
Antigenprozessierung
Darunter versteht man die Bindung von Antigenen über Immunglobuline und dessen zerlegen in
kleine Bestandteile. Makrophagen besitzen an ihrer Zellmembran Fc-Rezeptoren, an die sich Ig
anhaften, mit deren Hilfe nun die Makrophagen Antigene binden können. Durch lysosomale
Enzyme wird das Antigen abgebaut.
5.3 Antigen
Definition
Das sind Substanzen, die vom Organismus als fremd erkannt werden und dadurch eine spezifische
Immunantwort auslösen. Man unterscheidet zwischen Isoantigenen (nur unter gleichartigen
Individuen), Heteroantigenen (bei unterschiedlichen Arten) und Autoantigene (körpereigene Moleküle
und Zellen werden als körperfremd angesehen, z. B. HLA). Sie setzten sich zusammen aus einem
Trägermolekül (Polysaccharide, Proteine, komplexe Lipoproteine) und spezifischen Teilstrukturen,
den antigenen Determinaten, die an der Oberfläche der Moleküle sitzen. Sie lösen die Bildung von
Antikörpern aus.  Antigen-Antikörper-Komplex
Histokompatibilitätsantigene (HLA)
Auf der Zelloberfläche präsentieren Zellen das Antigen und die HLA. Sie sind v. a. bei der Transplantation von Organen von Bedeutung, weil sie die Abstoßreaktion hervorrufen.
HLA-Klasse I
Art
Bildung
Aufgabe
Kernartige Zellen und Thrombozyten
(infizierte Zellen)
CD8-T.Lymphozyten (Killerzellen)
Setzt Perforin (Protein) frei, das die
Zellmembran löchert. Es kommt zu
unkontrollierten Ionenströmen, das
zum Platzen der Zelle führen kann.
HLA-Klasse II
Mononukleäre Phagozyten und BLymphozyten (antigenpräsentierende
Zellen)
CD4-T.Lymphozyten (Helferzellen)
Setzt Interleukin 2 (IL-2) frei und
bildet Rezeptoren aus.
5.4 Immunglobuline
Immunglobuline sind Antikörper bzw. ein spezifisches Reaktionsprodukt gegen Fremdkörper. Sie
werden von B-Lymphozyten und Plasmazellen produziert. Es sind Glykoproteine, die aus 4 Ketten (2
91
schwere33 und 2 leichte34 Ketten) bestehen. Jede Kette besteht wieder aus sog. Domänen, die durch
Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. Die einzelnen Immunglobuline unterscheiden sich in
AS-Sequenzen und Kohlenhydratanteilen.




V = variable Region
Fab = antigenbindendes Fragment
Komplementbindung
Fc-Rezeptoren (Fc = kristallisierbares Fragment reagiert mit Makrophagen, Lymphozyten und
Komplementfaktoren)
C = konstante Region

Unterscheidung der Immunglobuline
Immungloblin
Schwerkettentyp
Ig G
Ig M
Ig A



Ig E

Ig D

Antikörperfunktion
Opsonierung
Neutralisation, Agglutination
Neutralisation
Bildung von Mastzellen und
basophilen Granulozyten
Bestandteil der BLymphozytenmembran
Komplementaktivierung
klassischer
alternativer
Weg
Weg
+
+
+
+
+
Plazentagä
ngigkeit
+
-
-
-
-
-
-
-
Ig G
Sie machen 80 % der Immunglobuline im Plasma aus. Das Molekulargewicht ist relativ gering (150
kDa), weshalb sie beim Hund, bei der Katze und beim Menschen die Plazentaschranke passieren
können. Es sind wichtige Antikörper der sekundären Immunantwort. Sie spielen eine Rolle bei der
Aktivierung des Komplementsystem und der Opsonierung. Antigenen. Es bindet diese und erleichtert
somit die Phagozytose. Durch die Größe des Molekül, das die Plazentaschranke passieren kann, bietet
es einen Infektionsschutz für Neugeborene.
Ig M
IgM ist das größte Antikörpermolekül im Blut (900 kDa) und bestehen aus 5 Untereinheiten, die mit
Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. Es macht 7 - 10 % der Gesamtglobuline aus. Dazu
gehören Rheumafaktoren, Kälteagglutinine und Antikörper des ABO-Systems. Sie können Gefäß- und
Plazentarschranke nicht passieren. Zu ihren Aufgaben gehören die Neutralisation von Fremdkörpern
(abgestorbene Zellen und Bakterien), Agglutination (Verklumpen von Zellen) und die
Komplementaktivierung.
Ig A
Sie liegen als monomere IgA im Plasma und als dimere IgA im Sekret vor. Zu den Aufgaben gehören
die lokale Abwehr an Schleimhäuten (Neuralisation), die Komplementaktivierung und dienen als Inschwere Ketten besitzen 4 Domänen CH von den Typen , , ,  und  (über die CTypen der schweren Ketten
werden die Ig ihren in Klassen zugeteilt)
34
leichte Ketten besitzen 1 Domäne CL vom Typ  oder 
33
92
fektionsschutz im Gastrointestinaltrakt. Sie werden mit Speichel-, Bronchial-, Magen- und
Darmsekreten abgegeben.
Ig E
Sie sind mit dem Fc-Fragment an die Oberflächenrezeptoren von basophilen Granulozyten und Mastzellen gebunden. Zum Einsatz kommen sie bei anaphylaktischen und allergischen Reaktionen
(Heuschnupfen, Asthma, ...) und lösen dabei eine Freisetzung von vasoaktiven Stoffen (z. B.
Histamin) aus, die dann die typischen allergischen Vorgänge hervorrufen.
IG D
Sie dienen als Bestandteil der B-Lymphozytenmembran und treten in variablen Konzentrationen auf.
Ihre Aufgabe ist die Antigenerkennung (kommen nur beim Menschen vor).
5.5 Immunisierung
Immunität
Fähigkeit Fremdstoffe unschädlich zu machen, ohne daß es zu pathologischen Reaktionen kommt.
Eine wiederholte Exposition zu dem gleichen Fremdstoff führt in der Regel zur verstärkten
Abwehrreaktionen des Organismus
Aktive Immunisierung
Konfrontation des Organismus mit geringen Mengen des Antigens (abgetötete, in ihrer Virulenz abgeschwächte oder lebende Antigene). Man nimmt hierbei die Primärreaktion voraus, so daß daraufhin
Antikörper gebildet werden.
Passive Immunisierung
Antiseren werden gespritzt, die die Antikörper eines anderen Individuums enthalten
Immuntoleranz
Trotz Zugabe eines Antigens findet keine Antikörperbildung statt  schutzlose Auslieferung gegen
Fremdstoffe. Dies kommt zum Einsatz bei dr Abstoßung von Transplantaten durch gezielte Ausschaltung des Abwehrsystems.
5.6 Immunantwort durch die spezifische Abwehr
Die spezifische Immunität ist erworben, wenn Gedächtniszellen nach einer Infektion ausgebildet werden (immunologisches Gedächtnis). Es ist ein Teil des lymphatischen Systems. Immunkompetente
Zellen, das sind zur Immunreaktion befähigte Zellen, die Fremdkörper erkennen und spezifische
Antikörper und Rezeptoren bilden ( spezifische „zelluläre“ Abwehr), mit gleichzeitiger Bildung
von Gedächtniszellen. Dazu gehören die B- und die T-Lymphozyten, sowie die Nullzellen.
93
Humorale Immunantwort
Die B-Lymphozyten machen 15 % der Lymphozyten im Blut aus. Die Zellmembran besitzt Ig M und
Ig D (spezifische Rezeptoren für Antigene). Bei Antigenkontakt wandeln sich die B- Lymhozyten in
Anwesenheit von Zytokininen (Lymphokine aus T-Helferzellen oder Monokine aus Makrophagen) in
Plasmazellen und B-Gedächtniszellen um. Zudem werden monoklonale Antikörper (Antikörper der
selben Antigenspezifität) gebildet.



B-Gedächtniszellen
Teilungsfähig mit membranständigen Ig 
Langlebig

Teilen sich bei wiederholtem

Antigenkontakt in Plasmazellen und BGedächtniszellen
Effektor-/ Plasmazellen
Gewebsständig
Lebensdauer 2 bis 3 Tage
Produktion und Abgabe von
Immunglobulinen spezifisch gegen
Antigene (humorale Antikörper)
Zelluläre Immunreaktion
T-Lymphozyten haben einen Anteil von 70 - 80 %. In Ruhe befinden sie sich in den sekundären lymphatischen Organen. T-Rezeptor (Antigenrezeptor) besteht aus 1 antigenspezifischen Glycoprotein
(CD4- bzw. CD8-Glykoprotein) und 3 spezifischen Proteinen (T3-Proteinen). Bei Antigenkontakt
bilden sich T-Effektorzellen und T-Gedächtniszellen.



T-Gedächniszellen
Langlebig
Kreisen im Blut
Bei neuen Antigenkontakt folgt eine
Teilung in T-Effektorzellen und TGedächtniszellen



T-Effektorzellen
CD4-T-Lymphozyten (T4-Helferzellen):
 Setzten Lymphokinine frei
(hormonartige Stoffe
 Aktivierung von Makrophagen und
Stammzellen zur Produktion von BLymphozyten
 Chemotaxis
CD8-T-Lymphozyten (T-Killerzellen):
 Zerstören Antigenzellen durch Lyse der
Membran
 Kopplung erfolgt über Antikörper und
den Fc-Faktoren der Ig
CD8-T-Lymphozyten (T-Supressorzellen):
 Hemmen die Aktivität von B- und TLymphozyten (Hemmung der
Antikörperproduktion)
 Verhindern überschießende
Immunantwort durch die Freisetzung
von verschiedenen Lymphokininen
Nullzellen



10 % der lymphozytenähnlichen Zellen
Ins Blut verirrte hämotopoetische Vorläuferzellen
Killerzellen (zerstören mit Ig G markierte Zellen  antigenabhängig, aber antigenunspezifisch)
94

Natürlichen Killerzellen (können antigen- und antikörperunabhängig Zellen töten (z. B.
Tumorzellen)
5.7 Immunreaktion
Die Immunreaktion ist eine Kombination aus humoralen und zellulären Mechanismen. Beim 1. Antigenkontakt läuft die sog. Primärreaktion ab. Es kommt zur Bildung von T- und B-Gedächtniszellen.
Jeder weitere Kontakt löst die sehr viel schnelleren und stärkeren Sekundärreaktionen aus, da die Gedächtniszellen sofort mit der Antikörperproduktion beginnen können.


Spezifische humorale Immunantwort läuft über die B-Lymphozyten Immunreaktion vom
Soforttyp
Spezifische zelluläre Immunantwort läuft über die T-Lymphozyten (48 h)  Immunreaktion vom
verzögerten Typ
5.8 Abwehrreaktionen




Neutralisation von Antigenen durch Antikörper (Ig G und Ig M)
Aktivierung von Mastzellen: Antigene werden von Mastzellen Ig E gebunden  Freisetzung von
Histamin, Serotonin und Eikosanoiden
Opsonierung und Phagozytose durch Makrophagen: Bindung des Antigen-Antikörperkomplexes
über Fc-Rezeptoren und C3-Rezeptoren, Chemotaxis durch das Komplement)
Sensibilisierung von T-Lymphozyten: Erkennen der Antigendeterminante und HLA des
antigenprozessierenden neutrophilen Granulozyten  Differenzierung zu T-Helfer-, T-Killer-, TSuppressor- oder T-Gedächtniszellen
5.9 Allergien


Änderung der Reaktionsfähigkeit des Immunsystems gegenüber körperfremden, eigentlich unschädlichen Substanzen
Überempfindlichkeitsreaktionen
An der Allergie beteiligte Substanzen








Mediatorsubstanzen
Histamin
Leukotriene (C4, D4, E4)
Prostaglandine (D2, E2)
Thromboxan (A2)
Kallikrein
PAF (Plättchenaktivierender Faktor)
Serotonin
Lymphokine/ Kinine







Typen
a)
Frühtyp, Soforttyp (humorale Allergie)
95
Mittler, hormonähnliche Wirkstoffe
Gewebshormone Neurotransmitter
biogene Amine
Angitensinogen und Angitensine
Spaltprodukte des Komplements
lysosomale Enzyme
Heparin
Leukotriene

b)
Anaphylaktische Form: Entzündungsmediatoren werden von Ig E beladenen Mastzellen und
basophilen Granulozyten freigegeben. Diese fördern die Kapillarpermeabilität, so daß es zu
einer vermehrten Durchblutung von Haut und Schleimhäuten kommt. Quaddelbildung,
Bronchospasmen und eine gesteigerte Sekretion von endogenen Drüsen können auch
vorkommen
 Zytotoxische Form: nach Ablagerung von Fremdeiweiß kommt es durch Ig G und Ig M zur
Aktivierung des Komplement  Zerstörung eigener Zellen, z. B. Hämolyse bei der
Transfusion gruppenunverträglichen Blutes
 Immunkomplex-Form: z. B. Anlagerung an die Gefäßwand
Spättyp, verzögerter Typ (zelluläre Allergie)
Die Reaktion erfolgt erst nach mehreren Tagen. Sie wird ausgelöst durch aktivierte TLymphozyten (Infiltration und Entzündungsreaktionen), z. B. Kontaktallergie, Abstoßreaktionen
gegenüber Transplantaten
6. Blutgruppen
6.1 Begriffsdefinitionen



Agglutinogene: spezifische Glykolipide mit Antigeneigenschaften an der Zellmembran von
Erythrozyten
Agglutinine: im Blutplasma gelöste Antikörper gegen Agglutinogene (Ig M) gehören zur Proteinfraktion
Antigen-Antikörper-Reaktion: Antikörper bilden Brücken zwischen Erythrozyten 
Agglutination
6.2 AB0-System
Die Blutgruppenzugehörigkeit richtet sich nach den Agglutinogenen des Trägers. Sie sind abhängig
von der Art der endständigen Zucker (unterschiedlich aufgebaute Oligosaccharidreste) und
bestimmter membrangebundener Glykoproteinen und Sphingolipiden. Die Erythrozyten sind die
wichtigsten Träger der Blutgruppen. Es sind Antikörper gegen die Antigene, die die eigenen
Erythrozyten nicht besitzen. Antikörper des Ig M-Typs mit 10 Bindungsstellen führen zur
Agglutination. Sie werden erst in den ersten Lebensjahren erworben.
Blutgruppe
0
A
B
AB
Genotyp
00
A0 oder AA
B0 oder BB
AB
Agglutinogene auf der Zelloberfläche
H
A
B
A und B
Agglutinine im Seruma
Anti-A und Anti-B
Anti-B
Anti-A
-
6.3 Rhesus-System
Regt man Kaninchen durch Injektion von Rhesusaffenerythrozyten zur Antikörperbildung an, so ruft
dies Serum bei vielen Menschen eine Agglutination der Erythrozyten hervor. Dies Blut bezeichnet
man als Rhesus-positiv (Rh). Findet keine Erythrozytenaggregation statt, sind die entsprechenden
Personen Rhesus-negativ (rh). Die Rh-Eigenschaft der Erythrozyten wird durch mehrere Antigene
(=Partialantigene) bestimmt. Sie werden mit den Buchstaben D, C, E, c und e benannt, wobei D die
stärkste antigene Wirksamkeit besitzt.
96
Blut mit D-Eigenschaft  D
Blut ohne D-Eigenschaft  d (d ist rezessiv)
Rh-positiv (Rh)
rh-negativ
(85 %)
(15 %)
Agglutinine sind nicht im Serum enthalten, sondern müssen erst nach Antigenkontakt induziert
werden. Wird nun Rh-positives Blut einem rh-negativen Empfänger infundiert, so bildet der
Empfänger Antikörper gegen die fremden Erythrozyten. Erst bei der zweiten Infusion werden die Rhpositiven Erythrozyten agglutiniert.
Antikörper des Rh-Systems gehören zu den inkompletten Ig G Antikörpern und können die Plazentaschranke passieren. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Schwangerschaft einer rh-negativen Mutter
mit einen Rh-positiven Kind. Am Ende der Schwangerschaft können Erythrozyten des Kindes in den
Blutkreislauf der Mutter gelangen, die daraufhin Antikörper gegen Rh-positiven Erythrozyten bildet.
Dies geschieht jedoch so langsam, daß bei der 1. Schwangerschaft und deren Geburt keine
Schwierigkeiten gibt. Bei der 2. Schwangerschaft können die Agglutinine die Plazentaschranke
durchqueren und in das Blut des Kindes gelangen. Sie zerstören die kindlichen Erythrozyten, was zu
schweren Schäden und zum Tod führen kann. Durch die Gabe von Anti-D--Globulinen kann die
Antikörperbildung im Körper der Mutter verhindert werden, da die Rh-positiven Erythrozyten zerstört
werden.
6.4 Blutgruppen der Tiere
Es gibt eine Vielzahl von Blutgruppen, die mit Buchstaben bezeichnet werden. Dabei muß die
Blutgruppe A beim Rind nicht mit der Blutgruppe A beim Schwein übereinstimmen.
a) Bluttransfusion


Ersttransfusion: bei Rind und Schaf muß keine Kreuzprobe gemacht werden, bei Hund,
Schwein und Pferd muß eine Kreuzprobe gemacht werden, da die Gefahr einer
Unverträglichkeitsreaktion gegeben ist
Zweittransfusion: immer Kreuzprobe bzw. biologische Vorprobe machen
b) Kreuzprobe


Majortest: Spendererythrozyten + Empfängerserum darf auf keinen Fall eine Reaktion zeigen
Minortest: Spenderserum + Empfängerserum
Beide Tests müssen negativ ausfallen!!!
c) Biologische Vorprobe
Wird im Stall gemacht, wenn keine geeigneten Geräte und Instrumente für die Kreuzprobe
vorhanden sind. Man zapft (beim Rind) ca. 2 l Blut vom Spender ab. Davon infundiert man 100 ml
dem Empfänger (Hund: 10 ml). Man wartet 10 Minuten und währenddessen infundiert man
physiologische NaCl-Lösung, um die Kanüle frei zu halten. Zeigen sich nach dieser Zeit keine
Störungen (Unruhe, Schweiß, ...), kann das restliche Blut infundiert werden.
97
HERZ & KREISLAUF
1. Herz
1.1 Herzstruktur
Allgemeiner Aufbau
Das Herz besteht aus 2 Vorhöfen (Atria) und 2 Kammern (Ventrikel), die durch ein Septum in eine
rechte und eine linke Herzhälfte unterteilt sind.
Klappen des Herzens


Zwischen dem Vorhof und der Kammer befindlichen Segelklappen (Semilunarklappen) werden
als AV-Klappen (Atrioventrikularklappen) bezeichnet.
 Links: als Bicuspitalis oder Mitralklappe
 Rechts: als Tricuspitalis
Zwischen der Kammer und den ableitenden Arterien befindlichen Taschenklappen heißen:
 Linke Kammer  Aorta: Aortenklappe
 Rechte Kammer  Lunge: Pulmonarklappe
Zellen des Herzens


Zellen des Erregungsbildungs- und leitungssystems: Hier erfolgt die Bildung der Impulse und
über diese Zellen wird die Erregung auch weitergeleitet.
Arbeitsmyocard: Das sind die Zellen der Arbeitsmuskulatur von Vorhöfen und Kammern, die
die Impulse mit einer Kontraktion beantworten und die Pumparbeit leisten.
Die Zellen des Reizbildungs- und Erregungsleitungssystems besitzen wenig Mitochondrien und Myofibrillen, so daß sie nur eine spärliche Querstreifung aufweisen. Funktionselemente des Herzens sind
die Herzmuskelfasern, eine Kette hintereinander geschalteter Herzmuskelzellen, die von einer
gemeinsamen Hülle umgeben sind (Perimembran). Alle Herzmuskelzellen sind durch gap junctions
miteinander gekoppelt und bilden somit ein funktionelles Synzytium.
98
1.2 Erregungsbildung und Erregungsleitung im Herzen
Erregungsbildung
Die Reizbildung erfolgt im Gegensatz zum Skelettmuskel im Organ selbst und ist rein auf das Erregungsbildungs- und das leitungssystems beschränkt. Die Fasern können auch ohne äußere Depolarisation spontan Aktionspotentiale generieren, was als Autorhythmie bezeichnet wird.
Herzmuskelfasern besitzen ein Ruhemembranpotential und reagieren auf überschwellige Reizung mit
einem Aktionspotential. Sie sind in der Lage ein Aktionspotential ohne Abschwächung weiter zu
leiten (Verbindung durch gap junctions = funktionelles Synzytium).
Die Erregungsbildung erfolgt in sog. Schrittmacherzellen. Grundlage dafür ist die Abnahme der K+Leitfähigkeit während der systolischen Depolarisation bis zu einer bestimmten Schwelle, dann öffnen
sich spannungsabhängige Ca2+- und Na+-Kanäle. Es kommt zu einem Aktionspotential.
Alles-oder-nichts-Gesetz
Das Herz antwortet auf einen Reiz mit der Erregung aller Fasern und deren Kontraktionen oder es
reagiert gar nicht, d. h. jeder Reiz irgendwo im Ventrikel führt zur vollständigen Kontraktion oder zu
keiner.
Erregungsausbreitung
Primärer Schrittmacher ist der Sinusknoten (60 - 80/ min.). Dieser liegt im rechten Vorhof nahe der
Einmündung der V. cava cranialis. Vom Sinusknoten aus geht die Erregung weiter auf die Arbeitsmuskulatur beider Vorhöfe. Die Überleitung auf die Kammern erfolgt nur über den Atrioventrikularknoten (40 - 60/min.), da Vorhöfe und Kammern mit Bindegewebsringen elektrisch voneinander isoliert sind. Die Erregung der Kammern erfolgt mit einer geringen Verzögerung, damit die vollständige
Vorhoferregung ablaufen kann. Über die Hisbündel, die mit ihrem rechten und linken Bündelschenkel
(Tawara-Schenkel) und den Endaufzweigungen (Purkinje-Fäden), wird die Erregung schnell (2 m/s)
zu den verschiedenen Regionen der Herzkammern weitergeleitet, so daß diese gleichzeitig oder kurz
nacheinander von der Erregung erfaßt werden. Die weitere Erregung wird über die Kammermuskulatur, etwas langsamer (1 m/s), weitergeleitet.
Sinusknoten  Arbeitsmuskulatur der Vorhöfe  Atrioventrikularknoten  Hisbündel mit rechtem
und linken Schenkel (Tawara-Schenkel)  Purkinjesche Fasern  Kammermuskulatur
Auch alle anderen Teile der Erregungsleitungssystems besitzen die Fähigkeit der automatischen Erregungsbildung. Bei Ausfall des Sinusknotens erfolgt die Erregungsbildung in nachgeordneten Automatiezentren, wobei aber die Eigenfrequenz mit der Entfernung zum Sinusknoten sinkt. Hier entstehen die Ersatzrhythmen.



Primäre Schrittmacher ist der Sinusknoten mit der höchsten Entladungsfrequenz
Sekundäres Erregungsbildungszentrum ist der AV-Knoten
Tertiäres Zentrum über nimmt die Funktion bei einem totalen Herzblock. Hierbei schlagen die
Vorhöfe und die Kammern unabhängig voneinander.
1.3 Herzmuskelaktionspotential
99
Ein Aktionspotential hat eine Dauer von 200 - 400 ms und ist damit mehr als 100 x länger als das der
Skelettmuskulatur. Während des Aktionspotentials und der folgenden Repolarisation (bis - 45 mV) ist
die Muskelfaser absolut refraktär. Während dieser Zeit ist das Na+-Leitungssystem inaktiviert und
zwar so lange, bis das Membranpotential wieder einen Wert unter -45 mV erreicht hat. Eine Tetanie
ist nicht möglich. Es bildet einen Schutz vor Dauererregung.
Die Form des Aktionspotential teilt man in zwei Phasen ein:


Depolarisationsphase (Na+-Leitfähigkeit): Sie hat eine Dauer von 1 bis 2 ms. Es beginnt,
ausgehend von einem Ruhepotential von ungefähr -90 mV, mit einer raschen Depolarisation
(Aufstrich durch Na+-Einstrom) über den Nullpunkt auf + 30 mV (overschoot). Der gesamte
Aufstrich dauert nur wenige Millisekunden. Es bildet sich eine initiale Spitze, bei der der Na +Einstrom zum erliegen kommt.
Repolarisation (K+-Leitfähigkeit): Es schließt sich an die Repolarisationsphase an.. Es besteht
aus drei Abschnitten:
 Kurze Repolarisationsphase durch K+-Ausstrom. Das Muskelpotential nähert sich O, wobei
es die zweite Hälfte der initialen Spitze bildet.
 Langandauernde Plateauphase durch Ca2+-Einstrom, dabei sinkt die K+-Leitfähigkeit (der
Ca2+-Einstrom ist wesentlich für die elektromechanische Kopplung und damit für die
mechanische Kontraktion des Herzmuskels verantwortlich)
 Abschließende Repolarisation zum Ruhepotential. Dabei steigt die K+-Leitfähigkeit wieder.
Langsamer Ca2+-Einwärtsstrom durch Ca2+-Kanäle während des Aktionspotentials, dient der Verlängerung des Aktionspotentials und zur Auslösung der Kontraktion, sowie die Steuerung der Kontraktionskraft.
Ionenleitfähigkeit und Ionenströme
1. Ruhepotential
Vorwiegend ein K+-Potential  spezifische K+-Leitfähigkeit der Membran
(K+-Gleichgewichtspotential)
2. Aufstrichphase:
Entsteht durch den sog. schnellen Na+-Einwärtsstrom  durch kurzdauernde
Erhöhung der Na+-Leitfähigkeit
3. Plateau:


4. Repolarisation:



Verzögert einsetzende, langsam abklingende Öffnung von Ca2+-Kanälen
 langsamer, depolarisierender Ca2+-Einstrom
Verminderung
der
K+-Leitfähigkeit
infolge
Depolarisation
(Gleichrichterwirkung)  reduziert den repolarisierenen K+-Ausstrom
Verzögerte Aktivierung spezieller K+-Kanäle
Abnahme der Ca2+-Leitfähigkeit
Wiederanstieg der K+-Leitfähigkeit
Refraktärzeit
In bestimmten Phasen des Aktionspotentials ist die Ansprechbarkeit auf Reize aufgehoben oder vermindert. Das ist bei der Refraktärzeit der Fall. Man unterscheidet zwischen

Absoluter Refraktärzeit
Dauer vom Ende der Plateauphase bis - 45 
mV

100
Relativer Refraktärzeit
Während der Repolarisation (< - 40 mV)
Beim Einpendeln des Membranpotentials ist

Hier ist keine Erregung möglich

eine Erregung durch einen Reiz möglich,
dieser muß allerdings über das normal
erforderliche hinausgehen.
Die Ursache dafür ist die Inaktivierung der
Na+-Kanäle bei andauernder Depolarisation
1.4 Elektromechanische Kopplung am Myokard
Elektromechanische Kopplung
Unter der elektromechanischen Kopplung versteht man den Übergang von elektrischer Reizung zur
mechanischen Antwort.
Auch im Herzmuskel löst das Aktionspotential eine neue Kontraktion aus (analog zum Skelettmuskel). Ein Aktionspotential streicht über die äußere Membran bin hinein in die T-Tubuli. Dort ruft es
eine Freisetzung von Ca2+ aus dem sarkoplasmatischen Retikulum hervor. Der Anstieg der cytosolischen Ca2+-Konzentration vermittelt die elektromechanische Kopplung. Calcium wird an Troponin
gebunden. Die Verbindung führt zur Aufhebung der Hemmwirkung des Tropomyosins auf die Interaktion der Aktin + Myosinfilamente.
Zusätzlich wird ein transmuraler Ca2+-Einstrom für den normalen Kontraktionsablauf notwenig. Der
Einstrom erfolgt entlang des hohen elektrochemischen Gradienten. Das Aktionspotential verknüpft 2
Aufgaben des Ca2+-Einstroms für die Kontraktionen:


Triggereffekt: Auslösung der Kontraktion durch Ca2+-induzierte, getiggerte Freisetzung von Ca2+
aus den intrazellulären Depots (sarkoplasmatisches Retikulum, SR oder Mitochondrien)
Auffülleffekt: Wiederauffüllung der intrazellulären Speicher (SR und Mitochondrien), damit Ca 2+
für die nächste Kontraktion bereitgestellt werden kann
Die Auffüllung der Calciumspeicher erfolgt durch:


ATP-getriebene Ca2+-Pumpe im Sarkolemm, die das Calcium wird in die terminalen Zisternen
und Mitochondrien pumpt
Ca2+-Ausstrom aus dem Myoplasma erfolgt mit Hilfe eines Na+-Ca2+-Austauschers im
Sarkolemm der Zellmembran. Das Natrium wird wieder über die Na+-K+-ATPase hinausgepumpt
Funktionsträger35


Transversales Tubulussystem (T-System): Einstülpung der Membranoberfläche, leitet die
Erregung schnell in das Zellinnere weiter (= deutlich entwickelt!)
Sarkoplasmatisches Retikulum (longitudinales System): intrazelluläre Calciumspeicher (=
schwächer ausgebildet!)
Mechanismen der Kontraktionsbeeinflussung
Eine Beeinflussung der Kontraktion ist nur über den Erregungsvorgang bzw. über direkten Eingriff in
die elektromechanischen Kopplungsvorgänge möglich. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten:
35
 intensive Wechselwirkung zwischen den inrazellulären Calciumspeichern und dem Außenmedium.
101







Über Veränderungen der AP-Dauer (Ca2+-Einstrom)
Durch K+-Erhöhung und Acetylcholin (Verkürzung der AP-Dauer und Abschwächung der Kontraktionskraft)
AP-Verlängerung durch Abkühlung (Kontraktionsverstärkung)
Frequenz-Isotropie (Vermehrungen der Zahl der Erregungen in einer Zeiteinheit)
Einfluß des Parasympathicus: Acetylcholin  Kaliumleitfähigkeit , Calciumleitfähigkeit  
Dämpfung der Herztätigkeit
 Sinusknoten: Spontandepolarisation flacher  Dauer länger als ein AP  Herzfrequenz 
 Vorhöfe: kürzeres Aktionspotential  schneller Ruhemembranpotentialwert
 AV-Knoten: Depolarisationsgeschwindigekit 
Einfluß über den Sympathikus: Adrenalin und Noradrenalin  Ca2+-Leitfähigkeit , cAMP  
Herzfrequenz 
 Steilere Standarddepolarisation  schnellere Abfolge  Erregungsleitung 
Treppenphänomen: stufenweises Ansteigen der Kontraktionsamplitude nach vorrübergehendem
Stillstand  auch abhängig von der Wiederaufnahme von Ca2+ in die intrazellulären Speicher
 Verminderte Aufnahme von Ca2+ in die Zelle, z. B. hervorgerufen durch Pharmaka, hemmen
den Ca2+-Einstrom während des Aktionspotentials (Verapalmin, Nifedipin, Diltiazem) =
Kalziumantagonisten
 Steigerung durch Stoffe, die den Ca2+-Einstrom während des Aktionspotential verstärken:
Adrenalin und Noradrenalin sowie Herzglykoside (Digitalis, Strophantin), sie hemmen die
Na+-K+-ATPase  Anstieg des intrazellulären Na+-Konzentration  verminderter
Austausch von intrazellulärem Ca2+ durch extrazelluläres Na+  Anreicherung von Ca2+ im
Inneren der Zelle
1.5 Chonotrope, dromotrope und inotrope Einflüsse
Definitionen



Chonotropie: Frequenz der Impulsbildung des Schrittmachers mit direkter Auswirkung auf die
Schlagfrequenz des Herzens. Sie wird beeinflußt durch die Wirkung des Sympathikus und des
Parasympathicus. (+ = Frequenz  /  = Frequenz )
Inotropie: Kontraktilität des Herzens (systolische Kraftentwicklung), wird hauptsächlich über
den Sympathikus gesteuert (+ = Kontraktionsstärke  /  = Kontraktionsstärke )
Dromotropie: Geschwindigkeit der atrioventrikulären Übertragung, Sympathikus und Parasympathicus modulieren die Herztätigkeit über Änderung des Präpotentials und über das veränderte
maximale diastolische Potential (+ = Geschwindigkeit  /  = Geschwindigkeit )
Chonotrope Wirkung36
a)
Positive chonotrope Wirkung
Der Sympathikus hat einen Einfluß auf das Herz über postganglionäre Anteile der Nn. cardiaci,
die auf die verschiedenen Anteile des Herzens wirken und die lokale Freisetzung von
Katecholaminen aus dem NNM (mehr Adrenalin als Noradrenalin), die im Blut zirkulieren.
Ebenso funktioniert auch die direkte Applikation von Adrenalin.  Es führt zu einer
Frequenzsteigerung, d.h. die Steilheit der diastolischen Depolarisation steigt an, wodurch das
Schwellenwertpotential früher erreicht wird.
36
Bei Ruhebedingungen heben beide ihren Einfluß auf das Herz auf. Es herrscht ein Sympathicotonus und ein
Vagotonus gleichzeitig.
102
b)
Negative chonotrope Wirkung
Der Parasympathicus hat Einfluß über die den N. vagus (Sinusknoten und Vorhöfe), wobei der
linke Anteil des Vagus auch auf den AV-Knoten wirkt. Der Transmitter ist das Acetylcholin.
Man erreicht die gleiche Wirkung auch über die direkte Applikation von Acetylcholin.  Es
führt zu einem Frequenzabfall, d. h. die Steilheit der diastolischen Depolarisation fällt ab,
wodurch das Schwellenwertpotential erst nach längeren Intervallen erreicht wird
Inotrope Wirkung
a)
Positive inotrope Wirkung
Der Sympathikuseinfluß führt zu einer Steigerung des Kontraktionskraft von Vorhof und Kammermyokard. Es ist die Grundlage des Schlagvolumens bei gesteigerter Herztätigkeit. Der
Kontraktionsablauf hat dadurch eine steilere Anstiegsflanke, eine verkürzte Anstiegsdauer und
eine beschleunigte Erschlaffung (Ca2+LF ); das Aktionspotential bleibt aber unverändert.
b)
Negative inotrope Wirkung
Der Vaguseinfluß beschränkt sich auf Kontraktionsstärke des Vorhofmyocards, diese sinkt bei
Warmblütern und die Verkürzung der AP-Dauer, die durch den Vagus ansteigt (K+LF ). Eine
Abschwächung der Herzkraft ist nicht möglich.
Dromotrope Wirkung
a)
Positive dromotrope Wirkung
Der Sympathikus beschleunigt die atrioventriculäre Überleitung, verkürzt die Pause zwischen
Vorhof- und Kammeraktion und hat eine schnellere Aufstiegsphase.
b)
Negative dromotrope Wirkung
Der Vaguseinfluß führt zu einer verlangsamten oder zu einer vollständigen Blockade der
atrioventrikulären Leistung, wodurch ein vorrübergehender totaler AV-Block entstehen kann.
Zusätzlich kommt es zu einer Abflachung der Aufstiegsphase durch K +LF  (stabilisiert das
Ruhemembranpotential).
Generelle Wirkung von Sympathikus und Parasympathikus auf die Herztätigkeit
Parasympathikus
Acetylcholin
Sympathikus
Adrenalin und Noradrenalin
103



K+-Leitfähigkeit  führt zu einer
Hyperpolarisation
bzw.
zu
einer
verminderten Erregbarkeit des Membran
Ca2+-Leitfähigkeit  und ist nur an der
negativen Wirkung
muskarinerge Rezeptoren  cAMP 
Ca2+-Leitfähigkeit , v. a. in der
Plateaupause des Aktionspotentials, das die
elektomechanische Kopplung intensiviert. Es
kommt
zu
einer
Verkürzung
der
Kontraktionsdauer, da bei einer höheren
Frequenz, weniger Zeit zur Verfügung steht.
Die Stimulation erfolgt über Ca2+-Pumpen in
den Muskelzellen, die das Calcium in die
Speicher zurückpumpen.
 1-Rezeptoren  cAMP 
Begriffe


Herzdynamik: Anpassung des Herzens an den Bedarf
Herzminutenvolumen: Schlagvolumen  Frequenz/Minute
1.6 Elektrokardiogramm (EKG)
Ein Elektrokardiogramm entsteht durch die Erregungsvorgänge im Herzen. Sie werden in Form von
Zacken und Wellen registriert. Grundlage ist die Weiterleitung der elektrischen Ereignisse über Volumenleiter der Körperflüssigkeiten bis an die Körperoberfläche.
Grundlagen der EKG-Registrierung
Bei der Ausbreitung und Rückbildung der Erregungen des Herzens entstehen Stromschleifen, die sich
bis zur Körperoberfläche ausbreiten. Eine Erregung führt zu einem elektrischen Dipol im extrazellulären Raum, d. h. erregt (-)  unerregt ().
Das EKG ist die Aufzeichnung von Potentialdifferenzen zwischen definierten Meßpunkten in Abhängigkeit von der Zeit. Es ist ein Ausdruck der Herzerregung. Bei der Ausbreitung und Rückbildung der
Erregung des Herzens entsteht ein elektrisches Feld (Veränderungen in Größe und Richtung) dessen
Potentialdifferenzen zwischen verschiedenen Stellen der Körperoberfläche gemessen werden können.
Für die Interpretation sind folgende Überlegungen hilfreich:



Zu jedem Zeitpunkt des Ausschlags im EKG besteht die Herzmuskulatur aus zwei Anteilen,
einem aktivierten (depolarisierten) und einem inaktivierten Anteil. Hierdurch entsteht eine
Potentialdifferenz, die von den Meßelektroden erfaßt werden kann.
Elektrische Abläufe an den Vorhöfen und an den Ventrikeln werden getrennt voneinander registriert, so als ob eine Isolationsschicht dazwischen existieren würde. Anatomische Grundlage ist
der Anulus fibrosus. Der einzige elektrische Übergangspunkt ist der Atrioventrikularknoten (AVKnoten). Es können keine Potentialdifferenzen zwischen Vorhöfen und Kammern entstehen!
Die extrazelluläre Potentialdifferenz, die vom EKG erfaßt wird, ist als Dipol (zwei gleichgroße
entgegengesetzte Ladungen im bestimmten Abstand) oder als Vektor (Richtung und Größe der
Potentialdifferenz darstellbar. Hier ist die Richtung des Vekors definitionsgemäß von minus nach
plus dargestellt. An jeder erregten Herzmuskelfaser entsteht ein Einzelvektor, dessen Richtung
und Größe sich während der Erregung dauernd ändern. Alle Einzelvektoren summieren sich, so
daß der resultierende Vektor der Summations- bzw. Integralvekor ist.
Form des EKG
104
Man unterscheidet einen Vorhof- und einen Kammeranteil. Der Vorhofteil beginnt mit der P-Welle
und setzt sich mit der PQ-Strecke fort. Die Erregungsausbreitung in den Vorhöfen fällt mit der Anfangsschwankung des Kammerteils zusammen (PQ-Intervall ist die Überleitzeit zu QRS)
Vorhofteil:


P-Welle: Erregungsausbreitung über die Vorhöfe (von Basis an die Spitze)
PQ-Strecke: vollständige Vorhoferregung
Das PQ-Intervall ist der Zeitraum vom Beginn der Vorhoferregung bis zum Beginn der Kammererregung. Normalerweise ist diese Strecke kürzer als die QRS-Strecke. Verlängerung bedeutet eine Störung der Erregungsweiterleitung im Bereich des AV-Knotens oder des His-Bündels.
Der Kammerteil beginnt an Q und Endet mit T. Dazwischen liegt QRS-Gruppe für die
Erregungsausbreitung über beide Kammern, die T-Welle aus Ausdruck der
ventrikulären
Erregungsrückbildung und dazwischen liegt die ST-Strecke, die die Totalerregung beider Ventrikel
darstellt.

Kammerteil:


QRS-Gruppe: Erregungsausbreitung über die Kammern mit Q =
herzbasiswärts, R = herzspitzenwärts und S = herzbasiswärts
ST-Strecke: vollständige Kammererregung
T-Welle: Erregungsrückbildung
Eine Verlängerung der QRS-Gruppe über 0,12 s bedeutet eine Störung der intraventrikulären Erregungsausbreitung. Das QT-Intervall ist frequenzabhängig. Bei steigender Herzfrequenz, fällt die QTDauer. Das RR-Intervall stellt die Dauer einer Herzperiode dar.
Meßbar sind






Frequenz
Erregungsursprung
Impulsleitung
Erregungsrückbildung
Erregungsrhythmus
Herzlage
EKG-Interpretation
Potentialdifferenzen in den einzelnen Herzmuskelfasern werden als elektrische Dipole betrachtet, die
sich zu jedem Zeitpunkt der Erregung zu einem Summendipol (Integralvektor) des Herzens addieren.
Zu jedem Zeitpunkt der Herzerregung summieren sich die Dipolvektoren zu einem räumlichen
Integralvektor, dessen Größe und Richtung die Form der EKG-Kurve bestimmt. Die Veränderungen
von Größe und Richtung des Integralvektors im Verlauf eines Herzzyklus lassen sich in einer
Hüllkurve = Vektorschleife darstellen. Sie besteht aus 3 EKG-analogen Komponenten (P-, QRS- und
T-Schleife). Die Größe und Richtung der EKG-Ausschläge ergibt sich aus der Größe des
entsprechenden Integralvektors.
105
Ableitungsformen
Es gibt Extremitäten- und Brustwandableitungen. Die Kurvenform der gebräuchlichen Ableitungen
entspricht der Projektionen der dreidimensionalen Vektorschleife aus verschiedenen Angriffsrichtungen. Dabei unterschiedet man nach dem Ort der Ableitungen (Extremitäten oder Brustwand) bzw.
nach der Art und Weise der Ableitungen (unipolar oder bipolar). So ergeben sich verschiedene Ableitungsformen:


Extremitätenableitungen
Bipolar
(Standardableitungen
nach 
Einthoven mit I, II, III)
Unipolar (Ableitungen nach Goldberg mit 
aVR, aVL, aVF)
Brustwandableitungen
Bipolar (kleines Brustwanddreieck nach
Nehb mit D, A, I)
Unipolar (Ableitung nach Wilson mit V1 bis
V6)
Extremitätenableitungen nach Einthoven37
Einthovendreieck: Bei einer bipolaren Extremitätenableitung nach Einthoven wirken Arme und Beine
wie verlängerte Elektroden. Die eigentlichen Ableitungsorte liegen am Rumpf. Die Polung ist immer
von -  +). Bei diesem verfahren wird 3 x die Spannung gemessen und anschließen verrechnet.
 Rechter Arm - linker Arm (I)
 Rechter Arm - linkes Bein (II)
 Linker Arm - linkes Bein (III)
Lagetypen: frontale QRS-Schleife = elektrische Herzachse = längliche Form, Richtung des großen
Integralvektors  elektronische Herzachse. Ist die Erregungsausbreitung normal, so stimmt diese
annähernd mit der anatomischen Längslage des Herzens überein. Eine Rechtsherzhypertrophie zeigt
der Vektor mehr nach rechts, bei einer Linksherzhypertrophie zeigt sie mehr nach links. Der
Bezugspunkt ist die Horizontallinie bei 0°. Eine Winkelabweichung von der Horizontalebene
bestimmt den Lagetyp:





Linkstyp: (- 30 ° <  < 0 °)
Horizontaltyp: (0 ° <  < 30 °)
Indifferenztyp: (30 ° <  < 60 °)
Steiltyp: (60 ° <  < 90 °)
Rechtstyp: (90 ° <  120 °)
Extremitätenableitung nach Goldberg
Elektroden von je zwei Extremitäten sind zusammen geschaltet und dienen als Bezugselektrode zum
dritten. Es entsteht dadurch ein größeres Potential, das als augmented voltage, aV bezeichnet wird.
Beispielsweise bedeutet die Ableitung aVR nach der Goldberger Spannungsmessung, daß zwischen
dem rechten Arm und einer Bezugselektode, die aus der die Spannungsableitung zwischen dem linken
Arm und dem linken Bein entsteht, eine Spannung gemessen wird. Die anderen Ableitungen verhalten
sich dementsprechend. So wird die Ableitungslinie, auf die sich die Vektorschleife projiziert zur
Winkelhalbierenden zwischen der Ableitung I und II im Einthofendreieck. (Das Einthovsche Dreieck
wird dabei um 30° gedreht)



37
Linker Arm + linkes Bein gegen den rechten Arm (aVR)
Rechter Arm + linkes Bein gegen den linken Arm (aVL)
Rechter Arm + linker Arm gegen das linke Bein (aVF)
Aus Extremitätenableitungen kann man Rückschlüsse auf die Lage des Herzens ziehen.
106
Brustwandableitung nach Nehb
Nach dieser Art der Brustwandableitung wird hauptsächlich die Hinterseite des Herzens untersucht.
Brustwandableitung nach Wilson (unipolar)
Die Brustkorbableitung gibt Auskunft über die horizontale Vektorprojektion. Durch die Zusammenschaltung der drei Extremitätenkabel über Widerstände  indifferente Bezugselektrode, gegen die
definierte Orte auf die Brustwand in Herzhöhe abgeleitet werden. Der Vektorverlauf ist von anterior
nach posterior. Es wird damit v. a. die Vorderseite des Herzens begutachtet.

Brustkorb - 3 zusammengesetzte Extremitätenableitungen
Was kann man aus einem EKG ersehen?










Herzlage: Über die Extremitätenableitungen kann man Rückschlüsse auf die anatomische Lage
des Herzen ziehen.
Rhythmusstörungen: Man kann die Art und den Ursprung der Rhythmusstörung
(Sinusarrhythmie, ...) unterscheiden.
Leistungsstörung: Differenzierung nach der Grad und der Lokalisation (Leistungsverzögerung
oder Herzblock)
Frequenz: Bradykardie (unter 60 /min.), normale Ruhefrequenz (60 - 90/ min.) oder Tachykardie
(über 90/ min.)
Ursprung der Erregung: Es gibt eine Unterscheidungsmöglichkeit, ob Erregungen im
Sinusknoten, in den Vorhöfen, in AV-Knoten38 oder im rechten bzw. linken Ventrikel39
entstehen.
extrakardiale Einflüsse: Anhalspunkte für die Einflüsse vegetativer Art, Stoffwechselstörungen,
hormonelle Störungen, Elektrolytveränderungen, Vergiftungen, Arzneimittel, ...
primärkardiale Störungen: Hinweis auf ungenügende Koronardurchblutung, Entzündungen,
Traumen, angeborene oder erworbene Herzfehler
Myocardinfarkt: Unterbrechung der Koronardurchblutung in einem umschriebenen Bezirk Es
liefert Anhaltspunkte über die Lokalisation, Ausdehnung und Verlauf.
Sinusrhythmus: Erregungsursprung im Sinusknoten  dem Kammerkomplex geht eine normal
geformte P-Welle voraus.
Extrasystole: Das sind vorzeitige Herzschläge, die den Grundrhythmus vorrübergehend ändern
(Kontraktion außerhalb der normalen Reihe), die durch einen zusätzlichen Reiz ausgelöst werden
Man unterscheidet je nach Ursprung: supraventrikuläre Extrasystolen (Sinusknoten, Vorhof,
AV-Knoten) oder ventrikuläre Extrasystolen40. Interponierte Extrasystolen sind eingeschaltet
zwischen zwei normalen Schlägen, stört den Grundrhythmus nicht (niederfrequenter
Grundrhythmus)
Erregungsursprung im AV-Knoten: Vorhöfe und Sinusknoten werden rückläufig erregt  negative P-Welle!!
Am Kammerkomplex gibt es keine Änderung, da die Kammererregung regulär abläuft.
39
Erregungsursprung in den Ventrikeln: Die Ausbreitung ist abhängig vom Ursprung und wann die Erregung
Anschluß an das Erregungsleitungssystem gewinnt. Dauer der Erregungsausbreitung ist meist erheblich
verlängert. Durch den veränderten Leitungsweg  Ventrikelkomplex ist stark deformiert.
40
Bei einer erhöhten Grundfrequenz folgt auf eine ventrikuläre Extrasystole in der Regel eine sogenannte
kompensatorische Pause. Eine reguläre Kammererregung fällt dann aus. Die zurückgeleitete Erregung unterbricht
die im Sinusknoten angelaufene diastolische Depolarisation und stößt somit einen neuen Erregungszyklus an.
(Ausgleich durch kompensatorische Schleife - Grundrhythmus wird wieder hergestellt)
38
107



Herzblock: Das ist eine Störung der Erregungsleitung im Herzen. Es kann ein Block an
verschiedenen Stellen (sinoaurikulär oder atrioventrikulär) und in verschiedenen Graden
(Verlängerung der Leitungszeit, Ausfall einzelner Leitungen oder totale Unterbrechung). Beim
totalen Herzblock schlagen Vorkammern und Kammern voneinander unanhängig und mit
verschiedenen Frequenzen. Beim partiellen Herzblock ist die Überleitung nur verlangsamt..
Vorhofflattern41 und Vorhofflimmern42: Es sind Rhythmusstörungen, bei denen die
Erregungsausbreitung über die Vorhöfe unkoordiniert verläuft. Einzelne Vorhofbezirke
kontrahieren sich, andere erschlaffen gleichzeitig.
Kammerflattern43 und Kammerflimmern44: Das sind lebensbedrohliche Rhythmusstörungen!!!
Durch eine unkoordinierte elektrische Aktivität gibt es keine wirksame Füllung und Entleerung
der Ventrikel mehr.  Kreislaufstillstand und Bewußtlosigkeit  tödlich! Die Ursachen für das
Herzflimmern und -flattern sind von sehr unterschiedlich. Es liegt entweder eine Störung der
automatischen Erregungsbildung oder der Erregungsausbreitung vor. Hervorgerufen wird es
durch eine Schädigung des Herzens. Beispiele: Sauerstoffmangel, Coronarverschluß
(Myocardinfarkt), Hypoxie (Herzinfarkt), starker Stromstoß durch Elektrounfall, Überdehnung,
Unterkühlung, Narkotika, Überdosierung von Medikamenten
Mechanismen: Grundstörung betrifft die elektrische Aktivität. Das sind Störungen der
Erregungsausbreitung durch Wiedereintritt der Erregungswelle. Es entsteht somit eine kreisende
Bewegung. Beim sog. Wiedereintritt finden die Erregungswellen im Herzen nach durchlaufen
einer gewissen Wegstrecke zu ihrem Ausgangpunkt zurück, treffen diesen wiedererregbar an
nehmen den selben oder einen ähnlichen Weg.
Ist unter normalen Bedingungen nicht möglich, weil eine normale Erregungswelle nicht als
Ganzes auf dem Herzen Platz findet und so auch nicht im Herzen kreisen kann. Die Länge der
Erregungswelle muß so stark verkürzt sein, daß ein Wiedereintritt innerhalb des Netzwerkes der
Herzmuskulatur möglich wird. Dies geschieht durch:



Durch Verkürzung der Refraktärzeit
Verminderung der Leitungsgeschwindigkeit
Erregungsausbreitung muß vorrübergehend in eine Richtung blockiert sein.
Vulnerable Periode: Flimmern kann durch einen überschwelligen Reiz ausgelöst werden, wenn
dieser das Herz in einer bestimmten Phase der Erregungsrückbildung trifft. Das ist am Ende der
Systole, während der T-Zacke, der Fall. Manche Herzmuskelfasern befinden sich in der relative
Refraktärphase, während andere noch erregbar sind. Erregungen, die in der relativen
Refraktärzeit ausgelöst werden, weisen selbst auch eine kurze Refraktärzeit auf.
1.7 Herzaktion
41
Vorhofflattern (250 - 250/min.): anstelle der P-Welle gibt des Flatterwellen mit einer sägezahnähnliche Form,
denen in periodischen Abständen reguläre Kammerkomplexe folgen. Partielle AV-Blockierung durch die Refraktärzeit des Erregungsleitungssystems.
42
Vorhofflimmern (> 350/min.): Vorhofaktivität nur noch in frequenten, unregelmäßigen Schwankungen der
Grundlinie. Es ist ein unkoordiniertes Zucken einzelner Muskelbündel in schneller Folge  keine Förderleitung
mehr, einzelne Erregungen werden noch an die Kammern weitergeleitet. Kammerkomplexe treten in irregulären
Abständen auf = absolute Arrhythmie. Es hat aber nur einen geringen hämodynamischen Einfluß auf die
Herzfüllung, da es mit 10 bis 30 % daran beteiligt ist.
43
Kammerflattern: frequente Wellen von hoher Amplitude
44
Kammerflimmern: sehr unregelmäßige, in Frequenz, Form und Amplitude rasch wechselnde
Potentialänderungen (hochfrequentes Zucken einzelner Muskelgruppen in unregelmäßiger Folge). Als Folge:
keine Gesamtkonzentration, kein Blutauswurf und Kreislaufstillstand.
108
Systole und Diastole


Systole = Kontraktion des Herzens (Blutauswurf) mit Anspannungsphase = isovolumetrische
Kontraktion (Kontraktion bei konstantem Volumen) und Austreibungsphase
Diastole = Erschlaffung des Herzens (Blutfüllung) mit Entspannungsphase = isovolumetrisches
Erschlaffen
(Kontraktion
bei
konstantem
Volumen)
und
Füllungsphase
(Ventilebenenmechanismus)
Das Öffnen und Schließen der Herzklappen wird vom Verhalten des Drucks in den angrenzenden
Herzhöhlen und Gefäßen bestimmt. Systole und Diastole weisen Aktionsphasen auf.


Druckveränderungen bei konstantem Volumen
Volumenverschiebungen bei mäßiger Änderung des Drucks
Phasen
a)
Anspannungsphase
Die Anspannungsphase ist gleichzeitig der Beginn der Kammersystole. Durch den Anstieg der
intraventrikulären Drucks durch Kontraktion der Ventrikelmuskulatur schließen sich die AVKlappen. Die Arterienklappen sind auch verschlossen. Die Ventrikelmuskulatur spannt sich an
den inkompressiblen Inhalt an  schneller Druckanstieg. Da alle Klappen geschlossen sind und
das Blutvolumen konstant bleibt, spricht man von einer isovolumetrische Kontraktion. Es kommt
zu einer Umformung beider Ventrikel (Konfigurationsänderung) in Richtung Kugelform  alle
Myokardfasern ändern ihre Lage (aktiv und passiv)
b)
Austreibungsphase
Wenn der intraventrikuläre Druck (120 mm HG) größer als der die diastolische Durch in der
Aorta bzw. der A. pulmonalis ist, öffnen sich die Taschenklappen  Beginn der Austreibung.
Das Schlagvolumen45 wird anfänglich sehr schnell ausgeworfen (60 % im ⅓ der Kontraktion), do
daß man bei höheren Frequenzen eine höhere Auswurfleistung hat. Nach Auswurf des
Schlagvolumens, am Ende der Systole bleibt ein Restvolumen in der Herzkammer zurück. Das ist
entspricht etwa ½ des Volumens. Danach entspannt sich die Herzmuskulatur.
Der Ventrikeldruck (80 mm Hg im rechten Ventrikel, 10 mm Hg im linken Ventrikel) steigt bis
zum Maximalwert an und fällt bis zum Ende der Systole wider ab.
c)
Entspannungsphase
Beim Schluß der Taschenklappen, aufgrund des niederen Drucks, beginnt die Diastole. Es entspricht einer kurze Pause, in der alle Klappen geschlossen sind (isovolumetrische Erschlaffung).
Der intraventrikuläre Druck fällt ab auf fast 0 mm Hg. Bei Unterschreiten des Vorhofdrucks werden die AV-Klappen geöffnet  Beginn der Füllung des Ventrikels für die nächste Systole.
45
Auswurffraktion (Ejektionsfraktion) = Anteil des Schlagvolumens am enddiastolischen Füllungsvolumen. Es
beträgt etwa 50 % des enddiastolischen Volumens
109
d)
Füllungsphase
Die Füllungsphase beginnt beim Öffnen der AV-Klappen. Ventrikeldruck steigt wenig an. Es
kommt zu einer Volumenvergrößerung (zu erst schnell, dann langsam). Kammerfüllung ist zum
Zeitpunkt der Vorhofkontraktion schon fast weitgehend abgeschlossen. Wie bei der Austreibung
des Blutes wird auch hier in der Anfangsphase das größte Volumen gefördert. 80 % der Füllung
erfolgt im ¼. Dies ermöglicht eine effektive Füllung bei hohen Frequenzen.
Die letzte Phase ist die Kontraktion der Vorhöfe (Vorhofsystole während der Diastole). Sie
liefert einen mäßigen Beitrag zur Ventrikelfüllung, nämlich nur 10 - 30 %. Es kommt allerdings
bei hohen Frequenzen für Beeinträchtigung, wenn noch eine Störung vorlegt wie z. B. ein
Vorhofflimmern, da die Diastole stark verkürzt ist.
Ventilebenenmechanismus
Der Ventilebenenmechanismus liefert einen Beitrag zur schnelleren Füllung der Ventrikel. Die
Ventilebene ist die Vorhof-Kammer-Grenze mit den Atrioventrikularklappen als Ventile. Es kommt
zu einer Verschiebung dieser Ebene bei der Ventrikelsystole durch die Kontraktion der Muskulatur in
Richtung Herzspitze, das Ventrikelvolumen ist verkleinert sich. Dadurch wird ein Sog auf die
herznahen Gefäße ausgeübt. Bei nach nachfolgenden Diastole bewegt sich die ventilebene mit den
geöffneten AV-Klappen aufgrund der elastischen Rückstellkräfte dem angesaugten Blut entgegen, so
daß ein teil der Ventrikelfüllung ohne unmittelbare Bewegung des Blutes erfolgen kann.
Fördervolumina


Enddiastolisches Volumen = Schlagvolumen + Endsystolisches Volumen (Restvolumen)
Endsystolisches Volumen = Reservevolumen + Residualvolumen
Begriffe
Schlagvolumen  100 %
Ejektionsfraktion = -----------------------------------------Enddiastolisches Volumen
Herzzeitvolumen = Schlagvolumen  Frequenz
Herzminutenvolumen = Schlagvolumen  Frequenz
Arbeitsdiagramm
Das Arbeitsdiagramm stellt den Kontraktionszyklus der Herzkammern in einer Druck-Volumen-Beziehung (Schleifenfigur) mit dazugehöriger Ruhe-Dehnungskurve dar. Es ergibt sich aus dem Füllungsdruck, der für ein bestimmtes Volumen notwendig ist.
110
Die Ruhe Dehnungskurve wird am erschlafften Ventrikel aufgenommen. Ihr Verlauf zeigt eine abnehmbare Dehnbarkeit des erschlafften Herzens bei zunehmender Füllung des Ventrikels. Ausgehend
davon kann jede Kontraktion des Herzens dargestellt werden. Die beiden Extreme wären eine rein
isovolumetrische oder eine reine isobare Kontraktion. In Wirklichkeit kontrahiert sich der Herzmuskel
als erstes isovolumetrisch und dann auxobar.
Die Kurve der Unterstützungsmaxima hängt vom jeweiligen enddiastolischen Füllungsvolumen ab, d.
h. daß für jeden Punkt in der Ruhe-Dehnungs-Kurve eine spezielle Kurve der Unterstützungsmaxima
konstruiert werden muß.



Es beginnt mit der diastolischen Füllungsphase (IV). Im Beginn dieser Phase fällt der Druck
zunächst noch weiter ab. Als Folge der elastischen Rückstellkraft der erschlaffenden
Kammerwand wird ein Sog auf den Vorhof ausgeübt. Danach folgt wieder die Volumenzunahme
unter steigendem Füllungsdruck bis zum Erreichen des Endiastolischen Volumens.
Die Systole beginnt mit der isovolumetrischen Anspannungsphase (I). Beim Druckanstieg
(diastolischer Aortendruck) öffnen sich die Aortenklappen. Das ist der Beginn der
Austreibungsphase (II). Der weitere Druckanstieg wird bedingt durch die Änderung der
Ventrikelgeometrie. Weil sich dabei Druck und Volumen gleichzeitig ändern, spricht man von
einer auxonomen Kontraktion.
Die isovolumetrische Erschlaffungsphase (III) der beginnenden Diastole schließt die DruckVolumen-Schleife. Es beginnt ein neuer Zyklus.
Vor jedem Punkt der Ruhedehnungskurve bei Kontraktion bestimmtes isovolumetrisches/ isobares
Maximum erreichbar. Der Zyklus besteht aus der isometrischen Kontraktion (Anspannung), auxotoner
Kontraktion (Austreibung), isovolumetrische Erschlaffung (Entspannung) und Dehnung (Füllung).
1.8 Kardiale Autoregulation
Die Anpassung an wechselnde Belastungen (Volumen und Druck) erfolgt am herzen durch die Veränderung der Förderleistung. Diese kann in weiten Grenzen variieren. Dies geschieht durch:


Intrakardiale Regulation: natürliche Grundeigenschaften der Herzmuskulatur
Extrakardial ausgelöste Regulationen: neurovegetative und humorale Einflüsse
Anpassung an akute Volumenänderungen
a)
Sympathikus
Dieser führt mit seinen Transmittern Adrenalin und Noradrenalin zu einer Steigerung der
Herzfrequenz, die für die Steigerung des Herzminutenvolumens von Bedeutung ist. Zusätzlich
kommt es noch zu einer Steigerung der Kontraktionskraft des Herzens. Durch die Steigerung des
isovolumetrischen Maximums und im geringeren Maße des isobaren Maxima bei gleichbleibende
Füllungsvolumen (enddiastolisches Volumen) das Schlagvolumen gegen einen höheren Druck in
die Aorta ausgeworfen werden. Grundlage ist der erhöhte Ca2+-Einstrom.
b)
Frank-Starling-Mechanismus
Dieser beschreibt den Zusammenhang von Herzfüllung und Auswurfleistung des Herzens. Eine
entscheidende Rolle spielt dabei die Vordehnung der Muskelfasern, die durch die enddiastolische
Herzfüllung bestimmt wird. Es gibt dabei zwei Parameter:
111


Vorlast, (preload): enddiastolische Füllung
Nachlast (afterlead): Aortendruck, gegen den das Herz das Blut auswerfen muß
Beide Veränderungen führen am Herzen zu einem erhöhten enddiastolischen Volumen, wobei
ein afterlead vorübergehend ein kleines Schlagvolumen zur Folge hat. Nur durch den venösen
Rückstrom, der das enddiastolische Volumen verursacht, ist ein normales Schlagvolumen bei
erhöhtem Aortendruck möglich. Grundlage hierfür ist die erhöhte Vordehnung durch
Vermittlung des Troponin C die Empfindlichkeit für Ca2+ erhöht.
Der Frank-Starling-Mechanismus wird immer dann wichtig, wenn eine Veränderung der
Volumenfüllung (unter vergrößerten venösen Zustrom  stärkere diastolische Füllung) vorliegt.
Es dient der langfristigen Anpassung der Förderleistung vom rechten und linken Ventrikel. Eine
Volumenänderung tritt auch z. B. beim Aufstehen auf (Veränderung Liegen  Stehen)!!! Die
Kraftentfaltung ist um so stärker, je stärker die Vorfüllung ist  Anpassung an Druck- oder
Volumenbelastung
Anpassung an akute Druckbelastung
Durch die Erhöhung des Strömungswiderstand  stufenweise Umstellung der Herztätigkeit. Bei
einem erhöhten Außenwiderstand fällt der Aortendruck in der Diastole nicht auf den ursprünglichen
Wert ab, so daß der linke bei der folgenden Systole einen höheren Druck aufbringen muß, bevor die
Austreibung einsetzt. Dies führt zu einer Verkleinerung des Schlagvolumens. Dadurch bleibt ein
größeres Restvolumen zurück. Der venöse Zustrom wird dabei konstant gehalten, so daß es zu einer
stärkeren diastolischen Füllung kommt.
Der Arbeitsbereich des linken Ventrikels wird entlang der Ruhedehnungskurve zu größeren Volumina
verschoben, bis er unter höherem Druck das ursprüngliche Volumen auswirft.
Eine Nachlasterhöhung durch einen vergrößerten Aortendruck führt zu einer Verminderung des
Schlagvolumens und nachfolgend bei gleichem Zufluß eine Vergrößerung des enddiastolischen
Volumens. Das  kann aus der größeren Vordehnung einen größeren Druck entwickeln.
1.9 Herztöne (puh - dupp) und Herzgeräusche
Herztöne
Sie sind der physiologische Herzschall mit einer Frequenz von 15 - 400 Hz. Man unterscheidet verschiedene Töne:
1.
Herzton = systolischer Herzton




2.
dumpf und lang
Anspannungston durch isovolumetrische Kontraktion der Ventrikel zu Beginn der Systole
(Anpassung des Ventrikelmyokards beim Schluß der AV-Klappen)
Schwingung der Kammermuskulatur, des enthaltenen Blutes und der AV-Klappen (Der 1.
Herzton wird um so lauter, je plötzlicher die Anpassung erfolgt)
Einteilung in ein Vorsegment, Hauptsegment und Nachsegment
Herzton = diastolischer Herzton

kürzer und heller
112



3.
Herzton = Füllungston


4.
Klappenton durch Zuschlagen der Taschenklappen
Schwingung der Blutsäule in der Aorta (das Blut prallt gegen die zuschlagenden Klappen)
Ein gespaltener 2. Herzton entsteht durch den asynchonen Fluß der Aorten - und Pulmonarklappe (z. B. physiologische Grund, da die Systole des rechten Ventrikels 6 x länger ist als
die des linken Ventrikels. Vorkommen bei Jugendlichen)
Schwingungen der Kammerwand beim Einströmen des Blutes in der frühen Füllungsphase
Eher selten wahrnehmbar
Herzton = Vorkammerton


Schwingung der Vorhofwand während der Vorhofsystole
eher selten wahrnehmbar
Carotiswelle = spiegelt Vorgänge im linken Herzen wieder
Jugularispuls = spiegelt Vorgänge im rechten Herzen wieder
Herzgeräusche
Es abnormale Schallerscheinungen, die während der Herzaktion entstehen. Sie treten bei Turbulenzen
des Blutstromes auf, die z. B. durch defekte Herzklappen entstehen. Sie werden spezifiziert durch den
Zeitpunkt und ihr Punctum maximum (Auskultationsstelle, an der es am lautesten ist)


Stenose: ungenügende Öffnung (zwischen dem 1. und dem 2. Herzton)
Insuffizienz: undichter Verschluß (kurz nach dem 3. Herzton)
1.10 O2-Bedarf des Herzens
s. auch Kreislauf
Das Herz muß die Vergrößerung seines O2-Bedarfs durch eine erhöhte Durchblutung decken. Da
schon eine hohe O2-Entnahme in der Ruhe erfolgt, müssen bei einem erhöhten Bedarf mehrere Mechanismen zusammenwirken:




Durch Weitstellung der Gefäße und Reduktion des Strömungswiderstandes  starker
Dilatationsreiz = O2-Mangel
Koronarerweiternde Einflüsse durch Adenosin (Abbaubauprodukt energiereicher Phosphate),
führt zu einem Anstieg der extrazellulären K+-Konzentration
Vielleicht auch vegetative Herznerven (Sympathikus = gefäßverengende Wirkung,
Parasympathicus = gefäßerweiternde Wirkung)
Endothelial gebildete Faktoren
 Stickstoffmonoxid (NO) = wichtigster vasodilatierender Faktor, Freisetzung aus dem
Endothel durch die Erhöhung des Blutflusses durch Acetylcholin, Histamin, Serotonin,
Noradrenalin
113

Endothelin = stärkster endogener Vasokonstriktor (21 AS), wird unter Einwirkung von
Thrombin, Adrenalin, Interleukin-1, Endotoxin aus einer Vorstufe gebildet.
2. Kreislauf
2.1 Gliederung der Kreislaufabschnitte
Bauelemente des Kreislaufs





Herz als Pumpe, die Energie dadurch zur Verfügung stellt, indem sie Druck erzeugt.
Arterien als Verteilungssystem, die das Blut unter hohem Druck den Organen zuführt.
Arteriolen sind Regulierventile, die durch ihren Widerstand bestimmen wieviel Blut zu den
einzelnen Organen fließt
Kapillaren dienen dem Stoffaustausch zwischen der Zelle der einzelnen Organen und dem Blut
Venen sind das Blutreservoir infolge ihrer hohen Kapazität (Kapazitätsgefäße)
Blutkreislauf
Der Blutkreislauf ist ein geschlossenes System von parallel oder seriell geschalteten Blutgefäßen. Es
wird durch 2 funktionell hintereinander geschalteten Pumpen, den rechten und den linken Ventrikel
(Herz oder Druck-Saug-Pumpe) ein Druckgefälle erzeugt, das eine gerichtete Blutströmung aufrecht
erhält. Die Umlaufgeschwindigkeit des Blutes wird den jeweiligen Bedürfnissen des Organismus angepaßt. Man unterscheidet zwei verschiedene Kreisläufe. Das Lymphgefäßsystem ist dabei funktionell
parallel. Es sammelt Flüssigkeit aus dem interstitiellen Raum und leitet es zurück in das
Blutgefäßsystem.
1.
Körperkreislauf oder „großer Kreislauf“:
Dieser umfaßt das Stromgebiet ab dem linken Ventrikel bis zum rechten Vorhof mit
Organstromgebieten und mehrfacher Parallelschaltung. Der Verlauf des Kreislaufs ist: linker
Ventrikel (linke Kammer des Herzens)  Aorta  große Arterien  Abzweigungen zu den
verschiedenen Organgebieten46 (Gesamtzahl , Durchmesser )  Arteriolen  Kapillaren
(bilden ein dichtes Gefäßnetz, in denen der Austausch zwischen Blut und interstitiellen Gewebe
stattfindet)  Venolen  kleine Venen (Zahl der Venen , Durchmesser )  münden als
Vena cava cranialis und Vena cava caudalis in den rechten Vorhof
2.
Lungenkreislauf oder „kleiner Kreislauf“:
umfaßt das Stromgebiet vom rechten Ventrikel bis zum linken Vorhof. Der Verlauf ist: rechter
Ventrikel  A. pulmonalis  Verzweigungen zu kleineren Lungenarterien  Arteriolen 
Kapillaren  4 große Lungenvenen  linker Vorhof
Drucksysteme

46
Hochdrucksystem = Druckspeicher (Druck wird durch die Pumpe bestimmt)
 Bei P > 30 mm Hg
 Dazu gehört der linke Ventrikel (während der Systole) und die Arterien
Mesenterialgefäße: umfaßt das Kapillarnetz des Darms und das der Leber
114

Niederdrucksystem = Volumenspeicher (Druck durch den Füllungszustand)
 Bei P < 30 mm Hg
 Dazu gehören Kapillaren, Lymphgefäße, Venen, rechtes Herz, Lungenkreislauf, linker
Vorhof und linker Ventrikel (während der Diastole)
2.2 Koronardurchblutung
Der Koronarkreislauf des Herzens ist ein Teil des großes Kreislaufs. Meist zwei Koronararterien
entspringen aus der Aortenwurzel, die venöse Drainage übernehmen der Sinus coronarius und die Vv.
parvae cordis (Vv. cordis minimae). Der Anteil der Koronardurchblutung beträgt ca. 5 %, bezogen auf
das Minutenvolumen, kann aber bis zum 4-fachen anstiegen. Gleiche Größenordnung = O2-Verbrauch
des Herzens (Arbeit).
Koronarkreislauf
Er ist betroffen von starken Schwankungen des Blutstromes im Rhythmus von Systole und Diastole.
Die rhythmische Pulsation des Aortendrucks und Veränderungen des interstitiellen Myokarddrucks
wirken von außen auf die Gefäße (in mittlerer und innerer Wandschicht des Herzens verlaufende
Gefäße).



Linke Koronararterie: der Einstrom erfolgt in der Diastole, mit Beginn der Systole wir sie
vollständig unterdrückt
Rechte Koronararterie: Einstrom erfolgt nach den Schwankungen des Aortendrucks 
intramuraler Druck ist gering
Koronarsinus: Entleerung ist in der Systole in Folge der Kompression der muskulösen Herzwand
2.3 Alles zur Blutströmung
Gesetzmäßigkeiten der Blutströmung
Reale Flüssigkeiten besitzen eine innere Flüssigkeitsreibung. Sie setzen somit einer Strömung einen
Widerstand entgegen. Für die Überwindung des Strömungswiderstandes ist eine Druckdifferenz zwischen Anfang und Ende des durchströmenden Gefäßes notwendig.
Zeichenerklärung
I=
Stromstärke ist das durch einen Gefäßabschnitt strömende Volumen (V) pro Zeiteinheit
(t)
P =
Treibende Druckdifferenz
R=
Strömungswiderstand ist der Quotient von Druckdifferenz (P) und Stromstärke (I). Er
nimmt mit der Länge des Gefäßes und mit der Viskosität des durchströmenden Blutes zu
und mit der 4. Potenz des Gefäßradius ab.
V=
Strömungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen, die in
verschiedenen Entfernungen von der Rohrachse verschieden groß ist. Man unterscheidet
lamillare oder turbulente Strömungen. Sie nimmt ab, wenn die Querschnittsfläche des
durchströmten Gefäßbettes zunimmt.
Q=
Rohrquerschnitt
115
Gesetzmäßigkeiten
a)
Kontinuitätsgesetz
Durch jeden Abschnitt des Gefäßsystems fließt zu jeder Zeit das selbe Stromvolumen. Dieses
Stromzeitvolumen entspricht dem Herzminutenvolumen. Definiert ist es als
V
I = ---------t
Dies erklärt das Phänomen, daß in der Aorta die Strömungsgeschwindigkeit größer ist als in den
Kapillaren. Da die Aorta nur eine relativ kleine Querschnittsfläche von wenigen cm hat, dem
gegenüber aber die gesamten Kapillaren zusammen eine insgesamt viel größere (riesige)
Querfläche haben, ist demnach die Geschwindigkeit in der Aorta wesentlich höher.
b)
Druck-Strom-Beziehung
Die einfachste Druck-Strom-Beziehung ist das Ohmsche Gesetz, das definiert ist als:
(p1 - p2)
I = ---------------R
So errechnet sich der Widerstand des großen Kreislaufs aus der Druckdifferenz zwischen dem
rechten Vorhof und Aorta dividiert durch das Herzminutenvolumen.
Eine Erweiterung des Ohmschen Gesetztes stellt das Hagen-Poiseuille-Gesetz dar. Es dient zur
genaueren Darstellung des Widerstandes der Blutgefäße.
ri4  P
I = -----------------8l
8l
R = ------------ri4 
P = Druckdifferenz (p1 - p2)
 = Viskosität
ri = Innenradius
l = Länge
Strömungswiderstand nimmt mit der Länge des Gefäßes und mit
der Viskosität des durchströmenden Blutes zu und mit der 4.
Potenz des Gefäßradius ab. Die Formel sagt aus, daß Stromstärke
und Spannungswiderstand sich direkt umgekehrt proportional zur
4. Potenz des Gefäßradius ändern.
Strömungsarten
116
a)
Lamilläre Strömung
In einem zylindrischen Gefäß ist die Bewegung aller Flüssigkeitsteilchen parallel zur Gefäßachse. Die Schichten gleicher Geschwindigkeit sind konzentrisch angeordnet. Es ergibt sich
daraus ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil. Das Maximum der Geschwindigkeit liegt im
Axialstrom. Die Stromstärke ist proportional zur Druckdifferenz.
b)
Turbulente Strömung
Die lamilläre Strömung kann in eine turbulente Strömung übergehen. Die Flüssigkeitsbewegung
wird langsamer, denn die entstehenden Wirbel (Flüssigkeitsteilchen bewegen sich parallel und
quer zur Gefäßachse) schlucken Energie (zusätzliche Energieverluste  Wärmebildung). Das
Herz muß dadurch eine erhöhte Pumparbeit leisten. Es kommt auch zu einer Abflachen des Strömungsprofils. Die Stromstärke ist proportional zur Quadratwurzel der antreibenden
Druckdifferenz.
Über die Reynold’sche Zahl kann der Zeitpunkt bestimmt werden, an dem die lamilläre Strömung
in eine turbulente Strömung übergeht.
2r v p
Re = ---------------
r = Gefäßdurchmesser
v = mittlere Strömungsgeschwindigkeit
p = Massendichte der Flüssigkeit
 = Viskosität
Strömungsbedingungen im Gefäßsystem




Nicht stationär, sondern pulsierend
Gefäßdurchmesser steigen mit zunehmendem Druck an  Strömungswiderstand ist abhängig von
der Höhe des Blutdrucks
Viskosität des Blutes ist abhängig von den Strömungsbedingungen
Größter Teil des Strömungswiderstandes im Kreislaufsystem liegt im Bereich der Arteriolen und
Kapillaren („Widerstandsgefäße“)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
elastisch, Windkesselfunktion
Widerstandsgefäße
Sphinctergefäße
Austauschgefäße
Kapazitätsgefäße
Nebenschlußgefäße
Aorta
terminale Arterien
präkapilläre Sprinter
Kapillaren
Venen
Anastomosen
Viskosität, Zähflüssigkeit
Die Viskosität ist ein Maß für die innere Reibung in einer nicht idealen Lösung. Das Blut ist eine
heterogene Flüssigkeit und weißt somit eine variable Viskosität auf. Sie ist abhängig von der
jeweiligen Menge der suspendierten Zellen (Hämatokrit), vom Proteingehalt des Plasmas und vom
Gefäßdurchmesser. Je höher der Gehalt ist, desto zähflüssiger ist das Blut. Ebenso spielt die
117
Aggregationsneigung und Deformierbarkeit der Erythrozyten eine Rolle, das das Newton’sche
Fließverhalten des Blutes erklärt. Es kommt zu einer Veränderung der Strömungsbedingungen und
somit auch zu einer Veränderung der Viskosität.
Von einer scheinbaren oder aparten Viskosität spricht man bei einer langsamen Strömung mit
geringer Schubspannung. Je niedriger die Schubspannung ist desto mehr nimmt die Viskosität zu
(Aggregation der Erythrozyten). Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten herrschen hingegen höhere
Schubspannungen die auf das Blut einwirken, so daß die Blutviskosität relativ niedrig ist.

 = ----------
 = Schubspannung bewirkt die Verschiebung der einzelnen
Flüssigkeitsschichten gegeneinander
 = Schergrad ergibt sich aus der Geschwindigkeit der Verschiebung
und der Dicke der Schicht.
Fåhraeus-Lindqvist-Effekt
Eine hohe Fluidität der Erythrozyten in Blutgefäßen mit einem Durchmesser von weniger als 5 - 10
m führt zu einer Axialemigration der Erythrozyten. Die Erythrozyten werden von der Randzone des
durchströmten Gefäßes durch Rotationsbewegungen zur Gefäßachse hin verschoben  geringere
Scherung.
Die Ausbildung einer zellarmen Randzone dient als niedervisköse Gleitschicht zur Verminderung der
Reibung, die der Fortbewegung der zentralen Zellsäule dient  Herabsetzung der scheinbaren
Viskosität. Die Blutviskosität ist in der Kreislaufperipherie erheblich niedriger als in einem
großkalibrigen Viskosimeter.
Strömungsgeschwindigkeit
Die Strömungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen, die in
verschiedenen Entfernungen von der Rohrachse verschieden groß ist. Kontinuitätsbedingungen:
Stromstärke (I) = Strömungsvolumen (V)  Querschnitt (Q)
In einem aus verschieden weiten Rohren zusammengesetzten System (Gefäßsystem) muß die Stromstärke unabhängig vom Durchmesser der einzelnen Röhren in jedem beliebigen Querschnitt immer
konstant sein.
Bei gleichbleibender Stromstärke verhält sich die Strömungsgeschwindigkeit in hintereinander geschalteten Gefäßabschnitten umgekehrt proportional zum Querschnitt der einzelnen Teilabschnitte.
2.4 Hochdrucksystem
Zum Hochdrucksystem gehört der linke Ventrikel während der Systole und das ganze arterielle System bis ans Ende der Arteriolen. Kennzeichen des Systems:


Hoher Druck
Geringe Dehnbarkeit der Gefäße
118

15 % des Blutvolumens sind darin enthalten
Definitionen der Pulsarten
Bei der arterielle Blutströmung entstehen durch pulsatilen Antrieb des Kreislaufs verschiedene Pulswellen.





Puls = Auswurf des Schlagvolumens. Es läßt sich einteilen in Druckpuls und Strompuls
Strompuls = Geschwindigkeit der Blutströmung während der Austreibungsphase des Herzens.
Die maximale Geschwindigkeit beträgt 1 m/s. Im Mittel sind es allerdings 20 bis 60 cm/s.
Druckpuls = Änderung des Blutdrucks. Die Druckwelle ist an den arteriellen Gefäßen meßbar
und entsteht durch die nicht augenblickliche Weiterleitung des Schlagvolumens.
Volumenpuls = Änderung der Gefäßweite durch den Druck
Venenpuls = Druck- und Volumenschwankungen an herznahen Venen, die durch die Herzaktion
entstehen und sich retrograd auf das Venensystem fortpflanzen
Pulswellengeschwindigkeit
Die Pulswellengeschwindigkeit ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der sich die Pulswelle ausbreitet. Sie ist schneller als der Strompuls.
Windkesselfunktion der Aorta
Durch die Dehnung der Aorta während der Systole und Entdehnung während der Diastole werden die
Druckschwankungen gedämpft. Bei der arteriellen Blutströmung wird etwa die Hälfte des Schlagvolumens gespeichert und während der Diastole durch Entdehnung wieder weiterbefördert. Es dient
dazu die nicht kontinuierliche Blutströmung beim Auswurf aus dem herzen in eine kontinuierliche
Strömung umzuwandeln.
Bei arteriosklerotischen Veränderungen sinkt die Dehnbarkeit der Aorta. Sie ist meßbar durch die
Vergrößerung der Differenz zwischen dem systolischen und dem diastolischen Blutdruck
(Blutdruckamplitude!).
2.5 Blutdruck und Blutdruckmessung
Blutdruck
Das ist die Kraft, die vom Blut gegen die Gefäßwand ausgeübt wird. In der Praxis wird nur der arterielle Blutdruck gemessen. Dieser schwankt zwischen einem systolischen Maximum (systolischer Blutdruck bei 120 mmHg) und einem diastolischen Minimum (diastolischer Blutdruck bei 8 mmHg). Der
arterielle Mitteldruck ist das zeitliche Mittel des Blutdrucks.
Der Druckpuls hat einen ganz charakteristischen Verlauf.

An herznahem Gefäßen: Hier hat man einen steilem systolischen Ansteig mit nachfolgendem
kurzen Abfall und Bildung einer Incisur. Sie entsteht durch ein kurzes Rückströmen des Blutes in
den linken Ventrikel am Ende der Systole, das den Schluß der Aortenklappe beendet wird.
Danach folgt eine sekundäre langsamere Druckwelle durch Wellenreflexion.
119

In der Periphere: Hier folgt nach einem schnellen Druckabfall zu Beginn der Diastole eine
zweite Anstiegswelle, die dikrote Welle. Sie entsteht durch Reflexion von orthograd, also vom
Zentrum zur Peripherie hin, verlaufenden Pulswellen. Diese Wellen, auch Wellenreflexion
genannt, entstehen an Übergängen von mehr elastischen zu mehr muskulösen arteriellen Gefäßen.
Die Überlagerung von orthograden und retrograden Pulswellen führt zu einer Zunahme der
Amplitude des Druckpulses.
Blutdruckmessung
a)
Direkte Blutdruckmessung
wenn das Manometer mit einer an Meßort befindlichen „Nadel im Blut“ und somit mit dem Blut
selbst, direkt in offener Verbindung steht.
b)
Indirekte Blutdruckmessung
Messung nach Riva-Rocci. Hier wird eine Manschette um den Oberarm gelegt, die mit einem
Manometer in Verbindung steht. Daran kann man Blutdruck ablesen und zusätzlich noch mit
einem Stethoskop, das in der Ellenbogenbeuge liegt, Geräusche auskultieren (nach Korotkow).
Die Geräusche, sog Korotkow-Geräusche, treten dann auf, wenn der Manschettendruck zwischen
systolischen und diastolischen Blutdruck liegt.
Die Manschette wird so stark komprimiert, daß die A. brachialis verschossen wird (Druck höher
als der arterielle Druck). Danach wird der Druck abgesenkt, bis das 1. Geräusch zu hören ist. Es
entsteht durch den turbulente Einströmung des Blutes am systolischen Maximum = systolischer
Blutdruck. Das Geräusch verändert sich von klopfend in Richtung zischend, wird leiser und verschwindet letztendlich vollständig. Das 2. „Geräusch“ entsteht durch die normale Strömung =
diastolische Blutdruck (danach keine Geräusche mehr)


Geräusch = systolisches Maximum = systolischer Blutdruck
Geräusch = diastolisches Minimum = diastolischer Blutdruck
2.6 Aufbau und Stoffaustausch in der Mikrozirkulation
Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe erfolgt in der terminalen Strombahn. Das ist das Austauschgebiet der Kapillaren und postkapillären Venolen.
Aufbau47
a)
Arteriolen


b)
Terminale Arteriolen


47
Innerer Durchmesser zwischen 40 bis 100 m
Media besteht aus 1 bis 2 Lagen zirkulär verlaufender glatter Muskulatur
Durchmesser zwischen 20 bis 40 m
Basalmembran bildet die Grenzschicht zwischen Endothel und glatter Muskulatur
Das Austauschgebiet umfaßt eine Fläche von 300 m2.
120
c)
Metarteriolen




d)
Echte Kapillaren




e)

Innendurchmesser von 8 bis 30 m
Entstehen aus dem Zusammenschluß mehrerer venöser Kapillaren
Wandung ist ohne Muskulatur, besteht aus Endothel, der Basalmembran und kollagenen
Fasern
Umhüllung mit Perizyten (Rouget-Zellen)
Venolen


g)
Direkt aus den Arteriolen und Metarteriolen
Bestehen nur noch aus einer Endothelschicht und der Basalmembran
Es gibt arterielle und venöse kapillaren
In einigen Geweben befinden sich am Ursprung der Kapillaren ein Ring glatter Muskulatur
(präkapilläre Sphincter), die eine weitgehende Drosselung der Kapillarströmung bewirken
Postkapilläre Venolen



f)
Mit präkapillaren Sphinctern
Innendurchmesser von 8 bis 20 m
Lückenhafte Schicht glatter Muskelzellen
Bilden die Hauptstrombahn mit einem direkten Anschluß an die postkapillären Venolen
Innendurchmesser von 30 bis 50 m
Besitzen glatte Muskelzellen
Arteriovenöse Anastomosen
 Kurzschlußverbindungen zwischen Arteriolen und Venolen
 Mit besonders dicker, muskelreicher Wand
 Können bei geringer konstriktorischer Aktivität vollständig geschlossen werden
 Befinden sich in der Haut von Finger- und Zehenspitzen, Nase, Ohrläppchen und Lunge
Kapillartypen
a)
Kontinuierlicher Typ




Barriere aus Endothelzellen und einer Basalmembran
Vorkommen in ZNS, Herz- und Skelettmuskulatur, Haut, Binde- und Fettgewebe, Lunge
Interzellularspalten sind der Hauptpassierweg für Wasser, Glucose, Harnstoff und andere lipidlösliche Moleküle (Plasmaproteine)
Transport von Makromolekülen erfolgt durch Diffusion und Konvektion durch große
transendotheliale Poren. Sie entstehen flüchtig oder sind stabil durch die Verschmelzung
luminaler und abluminaler Invagination
121
b)
Fenestrierter Typ



c)
Permeabel für Wasser und kleine hydrophile Moleküle in Geweben, die auf den Austausch
von Flüssigkeiten spezialisiert sind: Glomeruli der Niere, exokrine Drüsen,
Darmschleimhaut, Plexus des Ziliarkörpers, Plexis chorioidei, endokrine Drüsen
Endothel nur mit interzellulären Poren, meist mit einer dünnen, sternförmig perforierten
Membran (Diaphragma) überdeckt
Basalmembran ist vollständig enthalten
Diskontinuierlicher Typ




Sinusoikapillaren von Leber, Milz und Knochenmark
Inter- und intrazelluläre Lücken, die die Basalmembran mit einschließen
Durchtritt von Proteinen und anderen Makromolekülen und korpuskulären Elementen, z. B.
Blutzellen
Korpuskeln: Materialteilchen mit Ruhemasse, können elektrisch geladen oder ungeladen
sein
Stoffaustausch durch Diffusion48



Lipidlösliche Stoffe: Lipidlösliche Stoffe und Atemgase (O2 und CO2) diffundieren transzellulär
durch die Plasmamembranen der Endothelzellen. Die Austauschfläche zieht sich über die ganze
Endothelfläche der Kapillaren und postkapillären Venolen . Die Diffusionsgeschwindigkeit wird
von der Kapillardurchblutung begrenzt = durchblutungslimitierter Austausch. Die Austauschrate
steigt mit steigender Durchblutung.
Wasserlösliche Stoffe: Wasserlösliche Stoffe und Wasser selbst ist beschränkt auf den
Passageweg durch Poren und Interzellularspalten. Das ist weniger als 1 % der Kapillaroberfläche,
trotzdem beträgt der kapilläre Wasseraustausch 55 l/ Minute. Auf diesem Weg diffundieren auch
kleinmolekulare Substanzen (Elektrolyte)
Große Moleküle: Sie werden durch Pinozytose in die Zellen aufgenommen.
Flüssigkeitsaustausch
Ein Flüssigkeitsaustausch zwischen intravaskulärem und interstitiellem Raum erfolgt bei hydrostatischen und kolloidosmotischen Druckdifferenzen durch Filtration und Reabsorption über die Kapillarwand. Die Kapillarwand ist eine poröse Membran. Durch die Druckdifferenz (intrakapilläre Druck
> hydrostatischer Druck im Interstitium) strömt die Flüssigkeit aus den Kapillaren in das Interstitium
= Auswärtsfiltration. Die entgegengerichtete Einwärtsfiltration oder Resorption wird durch die
Differenz des kolloidosmotischen Drucks des Blutplasmas und des Interstitiums hervorgerufen.
Der effektive Filtrationsdruck bestimmt den Flüssigkeitstransport über die Kapillarwand. Er ergibt
sich aus der Differenz des hydrostatischen und des kolloidosmotischen Drucks zwischen Kapillarinnenraum und interstitiellem Raum. Der kolloidosmotische Druck muß um den osmotischen Reflexionskoeffizienten korrigiert werden. (Ableitung nach Starling: Das Starling-Gleichgewicht besagt:
bei Filtration +  bei Resorption -).


Effektiver Filtrationsdruck = 9,5 mm Hg
Effektiver Resorptionsdruck = 8,0 mm Hg
48
Der durch Diffusion erreichte Stoffaustausch zwischen Blut und Interstitium ist weitgehend ausgeglichen. Es
gibt Abweichungen bei Stoffen, die im Gewebe verbraucht werden.
122
Filtration49 und Resorption50
a)
Arterieller Schenkel der Kapillare
Transmuraler Druck ist größer als die Differenz zwischen kolloidosmotischem Druck des
Plasmas und dem der interstitiellen Flüssigkeit  Filtration (20 l/d) = Auswärtsbewegung von
Wasser und porengängigen Molekülen
b)
Venöser Schenkel der Kapillare
Filtrationsdruck von außen nach innen. Das Wasser tritt mit den darin gelösten Kristalloiden in
die Kapillare ein  Resorption (18 l/d)
2.7 Niederdrucksystem
Zu Niederdrucksystem gehören alle Gefäße und Teile des Herzens, die nicht zum Hochdrucksystem
gehören (Kapillaren, Lymphgefäßen, Venen, rechtes Herz, Lungenkreislauf und linker Vorhof). Eine
Ausnahme bildet der linke Ventrikel, der bei der Systole zum Hochdrucksystem und bei der Diastole
zum Niederdrucksystem gehört. Es verhält sich funktionell einheitlich wie ein passiv-elastischer
Behälter dessen mittlerer Druck annähernd parallel steigt und fällt. Kennzeichen sind:



Kapazitätsgefäße, weil 85 % des Blutvolumens darin enthalten ist = Volumenspeiche
Hohe Dehnbarkeit
Niedriger Druck (mittlere Druck liegt hier bei < 30 mm Hg)
Die Herzaktion beeinflußt den zentralen Venendruck und bestimmt die Form des Venepulses. Der
zentralvenöse Druck ist der wichtigste extrakardiale Faktor für die Füllung und die Auswurfleistung
des Herzens.
Venenpuls
Die im Rhythmus der Herzaktion auftretenden Druck- und Durchmesserschwankungen werden als
Pulswellen vom rechten Vorhof entgegen der Blutströmungsrichtung auf die herznahem Venen
übertragen. Es ist ein Abbild des Druckverlaufs im rechten Vorhof mit einer zeitlichen Verzögerung.
Beeinflußt wird der Venenpuls durch die Atmung und die Schwerkraft.
a-Welle =
Durch die Vorhofkontraktion
c-Welle=
Vorwölbung der Tricuspidalisklappe in den rechten Vorhof während der
Anspannungsphase des Ventrikels  starke Senkung zu x
x=
Durch die Verschiebung der Ventrikelebenen während der
v-Welle =
Austreibungszeit - Entspannung des Ventrikels, aber durch die geschlossenen
49
Der Druck in der Kapillare nimmt vom arteriellen zum venösen Schenkel hin ab. In der Mitte befindet sich ein
Filtrationsgleichgewicht.
50
Im Organismus ist die Resorption etwas kleiner als die Filtration. Ca. 10 % des Filtrates werden über die
Lymphgefäße aus dem interstitiellen Raum abtransportiert.
123
Atrioventrikularklappen steigt der Druck im Vorhof steil an, fällt aber nach Öffnung
der Klappe durch den nachfolgenden Bluteinstrom vorrübergehend wieder ab
(Bildung einer positiven Welle)
y=
Nachfolgende Senkung
Dehnungsverhalten der Venen
Die Wand der Venen sind dünner und muskelärmer (Kapazitätsgefäße). Bei einem Druckbereich um 0
mm Hg sind die Venen kollabiert. Die Endothelflächen berühren sich, bilden aber kein Hindernis für
den venösen Rückstrom. Bis zu einen wieder kreisrunden Gefäßdurchschnitt benötigt man nur einen
geringfügigen Druckzuwachs. Das Dehnungsverhalten51 der Venen ist die Vorraussetzung für die
Blutvolumenverlagerungen, die beim Lagewechsel im Niederdrucksystem stattfinden.
Die Körperlage hat ebenso einen Einfluß auf den Druck im Gefäßsystem. So beeinflussen bei aufrechter Körperlage die hydrostatischen Drücke (durch Schwerkraft) stark die an sich niedrigen venösen Drücke. Der Anstieg ist unterhalb und der Abfall oberhalb der hydrostatischen Indifferenzebene 52.
Zentrale Venendruck (ZVD)
Er ist ein Maß für den Füllungszustand des Gefäßsystems. Dieser Wer findet Anwendung in der Intensivmedizin, weil daraus eben Rückschlüsse auf den Füllungszustand gezogen werden können.
Statistische Blutdruck, mittlere Füllungsdruck
Der statistische Blutdruck oder mittlere Füllungsdruck liegt bei einem hydrostatischen Druck von 7
mmHg. Dieser wird bei Herzstillstand gemessen. Bei Wiederaufnahme der Herztätigkeit steigt der
Druck im Hochdrucksystem an und im Niederdrucksystem fällt er ab. Beeinflußt wird es durch das
vorhandene Blutvolumen und der Dehnbarkeit des gesamten Gefäßsystems.
Druckgradient für den venösen Rückstrom
Dieser wird gebildet aus der Druckdifferenz zwischen mittlerem Füllungsdruck und dem zentralen
Venendruck (ZVD).
Muskelpumpe
Die Venen sind nicht für längere Druckbelastungen geeignet, die v. a. beim langen Stehen wirken.
Durch die Skelettmuskulatur, die die Venen in den Beinen umgibt, wird die Muskulatur gestützt und
die Gefäße dadurch komprimiert. Venenklappen, die sich öffnen und schließen verhindern das
Absacken des Blutes in die Beine. Dadurch ist auch eine Bewegungsrichtung (Richtung Herz)
vorgegeben.
51
Die Compliance ist das passive Dehnungsverhalten (je höher der Muskeltonus, desto kleiner ist der Wert der
Compliance). Die venöse Compliance ist ein variabler wert, der abhängig ist von Füllungszustand des
Niederdrucksystems, transmuralen Druck und Venentonus.
52
Die hydrostatische Indifferenzebene ist derjenige Ort im Gefäßsystem, dessen Druck und damit auch der
Gefäßdurchschnitt sich bei Lagewechsel nicht ändert. (Mensch  5 - 10 cm über dem Zwerchfell)
124
Bei einer Insuffizienz der Venenklappen kann die Muskelpumpe nicht mehr wirksam werden. Der
hohe druck der nun auf den Venen der Beinen lastet, kann diese Ausdehnen. Es kommt zur Ödembildung und die Thrombosegefahr steigt an.
Ödeme
Es sind pathologische Flüssigkeitsansammlungen im Interstitium oder in den Zellen selbst. Sie entstehen durch:





Erhöhung des kapillaren Blutdrucks
Erniedrigung des kolloidosmotischen Drucks
Gesteigerte Durchlässigkeit der Kapillarwand
Störung des Lymphabflusses
Rückstau vor dem Herzen bei Insuffizienz
Sicherheitsmechanismen:



Arteriellen Sicherheitssystem: bei Rückstau werden die venösen Gefäße gedehnt, so daß der
veno-arterielle Reflex eine Drosselung des Einstroms durch die vorgeschalteten
Wiederstandgefäße hervorrufen kann.
Intestinelles Sicherheitssystem: die gelartige Struktur des Interstitiums erschwert die
Ödembildung
Lymphatische Sicherheitssystem: das Lymphsystem kann bis zu eine bestimmte Menge an
zuströmender Flüssigkeit aus dem Interstitium abtransportieren.
2.8 Aufgabe des Lymphsystems
Über die Lymphgefäße wird die überschüssige und interstitielle Flüssigkeit in das venöse System
transportiert. Es dient auch der Rückführung von Eiweiß und anderen Stoffen aus dem interstitiellen
Raum zurück ins Blut.
Aufbau
Lymphkapillaren sind zu einem engmaschigen Netzwerk in allen Geweben (außer: oberflächliche
Hautschichten, ZNS und Knochen) verzahnt. An ihrem gewebeseitigen Rand sind sie geschlossen. Die
Wand besteht aus Endothelzellen. Sie ist durchlässig für alle in der interstitiellen Flüssigkeit enthaltenen Stoffe und Eiweiß. Sie werden zu Lymphgefäßen und ziehen letztendlich als Ductus thoracicus
und Ductus lymphaticus dexter in die linke V. subclavia.
In größeren Lymphgefäßen befinden sich Lymphknoten. Dort werden Lymphozyten gebildet für Siebund Abwehrfunktionen. Phagozytierende Retikulumzellen nehmen Fremdstoffe auf.
Aufnahme und Transport
Die Aufnahme der interstitiellen Flüssigkeit erfolgt über Spalten. Durch die Entleerung der distalen
Lymphgefäßabschnitte wird ein Druckgradient erzeugt. Der Transport wird durch die rhythmische
Kontraktion der mit glatter Muskulatur ausgestatteten Lymphgefäße gesichert. Klappen sorgen für die
125
ausschließliche Strömung der Lymphe zu den Venen. Ebenso sorgten Kompressionskräfte durch die
Kontraktion der Skelettmuskulatur für eine erhöhte Lymphstromstärke (Muskelpumpe)
Zusammensetzung
Die Zusammensetzung gleicht grundsätzliche der interstitiellen Flüssigkeit. Der Gehalt der gelösten
Stoffe entspricht denen des Blutplasmas, der Eiweißgehalt ist unterschiedlich. Im Magen-Darm-Kanal
kommt zusätzlich noch der Abtransport absorbierter Stoffe (Fette) hinzu. Die Lymphe ist
gerinnungsfähig! Eiweißkörper haben ein Molekulargewicht wie das Fibrinogen (Fibrinogengehalt!)
2.9 Blutdruckregulation
Funktion



Sicherstellung der Mindestdurchblutung aller Organe
Optimierung von Herzaktion und Blutdruck
Verteilung des Blutstroms nach aktuellen Bedürfnissen
Mechanismen der Regulation
a)
Zentrale Regulation durch ZNS und Hormone





b)
Sympathisch-noradrenerge Steuerung: Arteriolen und im geringen Maße auch Venen sind
von einem postganglionären noradrenergen Netzwerk mit Nervenfasern umgeben, die über
den Sympathikus gesteuert werden. In der Regel haben sie einen bestimmten
Spannungszustand, den sog. Ruhetonus, der sich bei einer niederfrequenten Entladungsrate
einstellt. Bei einer Steigerung der Entladungsrate und dadurch einer erhöhten Freisetzung
von Noradrenalin, verengen (konstringieren) sich die Gefäße, bei einem Absinken der Rate
unter den Wert des Ruhetonus, erweitern (dilatieren) die Gefäße.
Hormonale Steuerung durch zirkulierende Katecholamine: Die Wirkungen sind
unterschiedlich. Sie können die Gefäße sowohl erweitern, als auch verengen. Die
Katecholamine werden aus den perivaskulären Nervenendigungen (Noradrenalin) oder aus
dem NNM (Adrenalin) freigesetzt.
Sympathisch-cholinerge Steuerung: Bei einigen Spezies werden Stellen der glatten
Muskulatur nicht durch Adrenalin, sondern durch Acetylcholin innerviert.
Parasympathisch-cholinerge Steuerung: Diese Art der Innervation ist relativ unbedeutend.
Steuerung durch Kotransmission: Zahlreiche Neurone können neben den regulären
Transmittern auch noch vasoaktive Peptide bilden. Dazu gehören das vasoaktive intestinale
Peptid (dilatierend) und das Neuropeptid Y (konstringierend).
Periphere Regulation


Autoregulation: Bei steigendem intravasalen Druck werden die Gefäße passiv gedehnt, so
daß eine größeres Volumen hindurchströmen kann (Lunge). Bei autoregulatorischen
Gefäßen spannt sich die Muskulatur an, so daß der Gefäßwiderstand ansteigt. Diese
Regulation ist nur bis zu einem Perfussionsdruck von 150 - 180 mmHg möglich.
Autoregulation bedeutet die weitgehende Konstanz der Durchblutung bei wechselnden
Perfussionsdrücken.
Lokale Regulation der Durchblutung: Bei einer lokalen Regulation werden je nach Bedarf
lokale Faktoren freigesetzt, die in Abhängigkeit von der funktionellen Aktivierung gebildet
126

werden und gleichzeitig vasodilatierend auf die Widerstandsgefäße einwirken. Diese
Regulation wird ergänzt durch eine lokale, metabolische Regulation. Die vom Stoffwechsel
produzierten Substanzen gelangen zu den Gefäßen und werden dort vasoaktiv. Dazu
gehören: Wasserstoffionen, Adenosin und das bei der ATP-Spaltung freiwerdende
anorganische Phosphat (Pi).
Gewebshormone53: Die wichtigste konstringierende Substanz ist das von der Niere gebildete
Angiotensin II. (s. auch Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, RAAS). Vasodilatierende
Wirkung haben die Hormone Histamin und Bradykinin. Sie wirken besonders bei
allergischen Reaktionen, z. B. Rötung der Haut, aber auch an der glatten Muskulatur der
Bronchen und des Interstitiums.
Alle an die Kreislaufregulation beteiligten Vorgänge beeinflussen direkt oder indirekt:




Herzzeitvolumen (Änderung der Herzleistung)
Totalen peripheren Widerstand (Änderung der Gefäßweite)
Gefäßkapazität
Intravasales Volumen (Blutzeitvolumen)
Regulation bei Störungen durch Erkrankungen des Gefäßsystems:


Bei akuten Störungen erfolgt ein Ausgleich über die Reaktion des Gefäßsystems.
Bei chronischen Störungen erfolgt eine Änderung des Blutvolumens (Wasser- und
Elektrolythaushalt, Änderung der Plasmaproteine und der zellulären Bestandteile des Blutes)
Kurzfristige Anpassungsvorgänge
Pressorezeptorenreflexe bewirken eine Änderung des Sympathiko- und Parasympathikotonus, ausgelöst durch Dehnungsrezeptorenreflexe und Verhaltensreaktionen (Kreislaufregulation bei Alarmreaktionen). Es sind nerval gesteuerte vasomotorische Umstellungen durch Presso- bzw.
Dehnungsrezeptorreflexe, Chemorezeptoren hervorgerufene Kreislaufeffekte und Ischämiereaktion
des ZNS. Sie wirken innerhalb von Sekunden und werden durch humorale Einflüsse ergänzt
(Adrenalin, Noradrenalin, Adiuretin und Angiotensin II).
a)
Presso- und Barorezeptoren
Eine Dehnung der Gefäßwand führt zu einer Reizung der Rezeptoren. Sie sind besonders wichtig
im Aortenbogen und im Karotissinus. Sie liefern Informationen über:




den mittleren arteriellen Druck
Größe der Druckamplitude
Steilheit des Druckanstiegs
Herzfrequenz
Bei Pressorezeptoren führt eine Hemmung von sympathischen und parasympatischen Neuronen
zu einer Blutdrucksenkung (Vasomotorentonus sinkt). Eine Hemmung erfolgt schon bei
normalen Blutdruckwerten. Bei einer Erregung werden die sympathischen Efferenzen gehemmt,
53
Ein besonders großes Spektrum zeigen die Prostaglandine, z. B. Thromboxan A2 (TXA2), das in den
Blutplättchen gebildet wird und eine Vasokonstriktion und Plättchenaggregation hervorruft. Ein anderes Beispiel
ist das Prostacyclin (PGI2), das in Endothelzellen gebildet wird und eine Vasodilatation sowie eine Hemmung
der Plättchenaggregation hervorruft.
127
die parasympathischen Nerven des Herzens werden erregt. Die sympathischen adrenergen
vasokonstriktorischen Fasern besitzen einen Basistonus:


Durch Erhöhung der Sympathikus-Frequenz  X
Durch Senkung der Sympathikus-Frequenz  
In den Widerstandsgefäßen kommt es zu einer totalen Abnahme des peripheren Widerstandes
(TRP ). In den Kapazitätsgefäßen kommt zu einer Zunahme der Kapazität, was die Senkung
des arteriellen Blutdrucks zur Folge hat. Das Ganze wird durch die Abnahme des
Herzzeitvolumens noch verstärkt. Hämostatische Steuermechanismen des Kreislaufs
funktionieren über eine negative Rückkopplung in einem geschlossenen Regelkreis.
Die Aktivität der arteriellen Pressorezeptoren beeinflußt auch andere zentral gesteuerte
Funktionen (Atmung und Muskeltonus). Rezeptoren sind über den Einfluß auf das kapilläre
Filtrations-Reabsoptions-Gleichgewicht an der Regulation des Blutvolumens beteiligt.
b)
Kardiale Dehnungsrezeptoren und arterielle Chemorezeptoren
Vorhofrezeptoren sind sog. Dehnungsrezeptoren. Man unterscheidet zwei verschiedene Typen:


c)
A-Rezeptoren: Vorhofkontraktion. Sie werden durch die Kontraktion der Vorhofmuskulatur
aktiviert. Durch eine Erregung wird das sympathische System aktiviert.
B-Rezeptoren: späte Ventrikelsystole (Vorhofdruck ). Sie werden durch passive Dehnung
erregt. Die Erregung erfolgt wie bei den Pressorezeptoren. Sie haben jedoch besonders
starke vasomotorische Wirkungen an den Nierengefäßen. Sie beeinflussen die renale
Flüssigkeitsausscheidung. Es kommt zu einer Abnahme der Renin-Freisetzung, was zu einer
verminderten Aktivität des Renin-Angiotensin-Aldosternon-Systems führt.
Ischämie-Reaktionen des ZNS
Es kommt zu einer Erregung der medullären sympatho-exzitatorische Neutone 
vasokonstriktorische Reaktion  Blutdruck steigt. Es entsteht durch eine unzureichende
Versorgung des Gehirns (arterieller Druck sinkt, arterielle Hypoxie, Störungen der
Hirndurchblutung). Erregungen entstehen durch die Zunahme der H+- / CO2-Konzentration. Das
führt zu einer Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin (s. hormonelle Regulation)
Mittelfristige Anpassungsvorgänge
bei plötzlicher Druckänderung (innerhalb von Minuten  Stunden) wird eine Volumen- und Druckkompensation durch transkapilläre Flüssigkeitsverschiebungen (Mikrozirkulation) und eine Änderung
der Reninabgabe hervorgerufen
Langfristige Anpassungsvorgänge
Anpassung der Größe des Extrazellulärraumes an Blutdruckänderungen (Änderung der Flüssigkeitsausscheidung durch die Niere) = renale Volumenregulation. Es ist eine Anpassung des Blutvolumens
an die jeweilige Kreislaufsituation:

Über vasomotorische Reaktionen und das Renin-Angiotensin-System
128

Durch transkapillären Flüssigkeitsaustausch (Flüssigkeitsverschiebungen zwischen intravasalem
und interstitiellem Volumen)
Renales Volumenregulationssystem:


Ansteig des arteriellen, renalen Blutdrucks führt zu einer erhöhten renalen
Flüssigkeitsausscheidung. Bei gleichbleibender Flüssigkeits- und Salzaufnahme 
extrazelluläres Flüssigkeitsvolumen und Blutvolumen   mittlerer Füllungsdruck  
Herzzeitvolumen   Senkung des Blutdrucks
Dieses System wird über hormonelle und nervöse Einflüsse moduliert  greifen an der Niere
und an der glatten Gefäßmuskulatur an.
Hormonelle Wirkungen auf den Blutdruck
1.
Atriopeptin (ANP)
das ist ein Peptidhormon mit 28 AS. Die Bildung erfolgt in den Myozyten des linken und rechten
Vorhofs. Die Dehnung der Vorhöfe stellt einen adäquaten Reiz dar und führt zur Sekretion von
ANP. Weiteres Vorkommen in Gehirn, Aortenbogen, Nebenniere und Niere). Funktionen:




2.
Reduktion des Blutdrucks, des Blutvolumens und des Herzschlagvolumens
Hemmung der Freisetzung von Renin, Adiceretin und Aldosteron
Steigerung der glomerulären Filtrationsrate und Hemmung der Na+-Resorption in der Niere
Zelluläre Effekte über die Stimulation der Guanylatzyklase  cGMP  
vasodilatatorischer Effekt
Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)
Renin aus dem juxtaglomerulären Apparat der Niere) spaltet das aus der Leber synthetisierte Angiotensinogen in das Angiotensinogen I. Dies wird durch das angiotensin-converting-enzyme
(ACE) an der luminalen Oberfläche des Endothels in das Angiotensin II umgewandelt. Es wirkt
sehr stark vasokonstriktorisch und führt zu einem Blutdruckanstieg. An den Nieren: Verminderung der renalen Durchblutung  Abnahme der glomerulären Filtrationsrate.
3.
Adrenalin und Noradrenalin
Sie werden im Nebennierenmark gebildet. Funktion:

4.
In niedrigen Konzentrationen führt es in den meisten Geweben zu einer Kontraktion der
Arteriolen und Venen
 In hohen Konzentrationen führt es zu einer Vasokonstriktion aller Gefäße
 Infusion von Noradrenalin führt zu einer Vasokonstriktion und damit zu einem Blutdruckanstieg
 Infusion von Adrenalin erniedrigt den peripheren Widerstand, es kommt zu einer
Vasodilatation in der Skelettmuskulatur und kompensiert dadurch die Vasokonstriktion in
den anderen Gefäßgebieten vollständig.
 Senkung von Adrenalin führt in Skelettmuskulatur, Myokard und Leber zu einer Dilatation.
Das Adrenalin hat eine hohe Affinität zu den -Adrenorezeptoren. Nach einer Blockade der
-Rezeptoren erfolgt die Erregung über die -Rezeptoren und führen zur Vasokonstriktion!
Adiuretin (ADH, Vasopressin)
129
Funktion:




Wasserrückresorption am Sammelrohr der Niere
Vasomotorische Aktivitäten
Bei ADH-Anstieg kommt es in den meisten Geweben und der Niere zur Vasokonstriktion
Endothelial vermittelte Vasodilatation kommt an Hirn- und Koronargefäßen von. ADH
stimuliert die Freisetzung von Stickoxyd (NO) über einem am Endothel befindlichen
Rezeptor.
130
HORMONE
1. Allgemeines
1.1 Funktion der Hormone
Es sind chemische Nachrichtenüberträger, die in spezialisierten Zellen produziert werden und von diesen in die Blutbahn sezerniert werden. Über die Blutbahn gelangen sie zu ihren Zielzellen, die nur für
sie spezielle/ spezifische Rezeptoren besitzen. Die Hormone binden an den Rezeptor und übermitteln
so die Information.
Sie beeinflussen den Körper in verschiedenen Bereichen, v. a. in der Funktion und der Regelung von
Vorgängen. Sie Regelung kann innerhalb von Minuten oder Stunden erfolgen, ist aber alles in allem
wesentlich langsamer, wie die Steuerung über das Nervensystem.
1.2 Hormonproduktion
Hormone werden in speziellen Drüsenzellen produziert, die entweder einzeln oder in Gruppen zusammengefaßt als Organ im Körper liegen. Die Speicherform sind Granula, in denen die
Hormonmoleküle aufbewahrt werden. Bei Gebrauch verschmilzt die Membran der Granula mit der
Plasmamembran, so daß die Hormone in den interzellulären Raum gelangen. Dieser Vorgang wird als
Exozytose bezeichnet.
1.3 Hormonklassen
Lipidhormone



Sind fettlöslich
Diffundieren durch die Zellmembran
Binden an Rezeptoren im Zellinneren (Cytoplasma)
Protein- und Peptidhormone




Bestehen aus Aminosäuren
Besitzen ein höheres Molekulargewicht
Sind i. d. R. weniger lipophil und können daher die Membran schlechter Passieren
Rezeptoren liegen an der Außenseite der Membran
Schilddrüsenhormone


Bestehen aus 2 AS, die über eine Ätherbrücke verknüpft sind
Binden an Rezeptoren im Zellkern
1.4 Wirkmechanismen
131
Durch die Tatsache, daß ein Hormon nur an spezifische Rezeptoren binden kann, die sich entweder im
Cytoplasma oder an der Zellmembran befinden, unterscheidet man 2 Wirkmechanismen:
a) Intrazellulärer Hormonkomplex
Das Hormon bindet an einen Rezeptor im Zellinneren und kann somit direkt genetische
Informationen beeinflussen. Diese genome Wirkung beeinflußt wiederum die Syntheseleistung
der Zellen, z. B. die Proteinsynthese.
b)
Plasmamembranständiger Hormonkomplex
Bei der Bildung eines plasmamembranständigen Komplexes werden die Informationen über
einen Second messenger, der sich innerhalb der Zelle befindet, weitergeleitet.
2. Hypothalamus
2.1 Lage und Hormone
Der Hypothalamus ist ein Teil des ZNS. Die hypothalamischen Nervenzellen produzieren chemische
Nachrichtenträger, die bei Aktivierung des Nervensystems in ein spezielles Gefäßsystem, dem Portalsystem (Eminentia mediana), sezerniert werden. Dieses liegt zwischen dem Hypothalamus und der
Hypophyse. Es reguliert somit den Hypophysenvorderlappen (HVL).
Die unterschiedlichen Wirkungen werden über unterschiedliche Neutrohormone bewirkt. Eine
Ausschüttung eines HVL-Hormons wird über Releasing Faktor (RF) oder Releasing Hormon (RH)
geregelt, während die Sekretion eines HVL-Hormons von Inhibiting Faktor (IF) oder Inhibiting Hormon (IH) verhindert wird.
Releasing Hormone (RH)
Kurzbezeichnung
Name
TRH
Thyreotropin-Releasing-Hormon
GnRH
Gonadotropin-Releasing-Hormon
CRH
Corticotropin-Releasing-Hormon
GHRH
Growth Hormone-Releasing-Hormon
PRH
Prolaktin-Releasing-Hormon
Wirkung auf ...
TSH
LH und FSH
ACTH
GH (STH)
PRL
Inhibiting Hormone (IH)
Kurzbezeichnung
GHIH oder SS
PIH
Name
Growth Hormone-Inhibiting-Hormon
bzw. Somatostatin
Prolaktin-Inhibiting-Hormon
Wirkung auf ...
GH
PRL
2.2 Beeinflussung der Hormonproduktion
Die Hormonproduktion des Hypothalamus wird beeinflußt durch intra- und extrahypothalamische
Neurone. Die Kontrolle erfolgt dann häufig durch:
132
 Mittelhirn: durch noradrenerge, adrenerge und serotonerge Neurone
 Limbische Strukturen: durch die Nuclei amygdalae und den Hippocampus
Ebenso erfolgt eine Integration von Einflüssen aus der Umwelt und der Innenwelt, sowie durch emotionale Regungen.
3. Hypophyse
3.1 Anatomie
Die Hypophyse liegt im Schädelinneren in der Sella turcica und kann so vor mechanischen Einflüssen
(Traumen) geschützt werden. Sie besteht aus 3 völlig verschiedenen Strukturen:



Hypophysenhinterlappen (HHL), die sog. Neurohypophyse, besteht aus einer Ansammlung von
Axonendigungen, deren Somata m Hypothalamus liegen)
Hypophysenvorderlappen (HVL), die sog. Adenohypophyse, besteht aus hormonproduzierenden
Zellen
Hypophysenzwischenlappen (HZL) bildet eine Trennlinie zwischen HVL und HHL, hat aber
keine größere Bedeutung für die Säugetiere.
3.2 Hypophysenvorderlappen (HVL)
Im Gegensatz zum HHL wird die Drüse nicht über nervale Impulse, sondern ausschließlich über Neurohormone reguliert. Durch die Anfärbung von histologischen Schnitten des HVL, kann man 3 verschiedene Zellarten unterschieden: acidophile (eosinophile), basophile und neutrophile, chromophobe
Zellen. Insgesamt werden 6 Hormone gebildet, die sich in glandotrope und nicht-glandotrope
Hormone einteilen lassen.
3.3 Glandotrope Hormone
Glandotrope Hormone haben als Zielorgan eine Hormondrüse. Sie stimulieren dort die Funktion.
Kurzbezeichnung
ACTH
TSH
FSH
LH
Name
Adrenocorticotropes
Hormon, Corticotropin
Thyreotropes Hormon,
Thyreotropin
Follikelstimulierendes
Hormon
Luteinisierendes
Hormon
Bildungsort
Steuerfaktor des
Hypothalamus
Zielorgan
neutrophile Zellen
CRF
Nebennierenrinde
basophile Zellen
TRF
Schilddrüse
basophile Zellen
GnRH
Follikel
basophile Zellen
GnRH
Gelbkörper
Als Glandotropine werden das Follikelstimulierende Hormon (FSH) und das Luteinisierende Hormon
(LH) bezeichnet, weil sie auf die Gonaden wirken. Bei der Frau wirk das FSH bei der Reifung der
ovariellen Follikel mit und das LH bewirkt die Ruptur des Follikels und die Bildung des Gelbkörpers
(Corpus luteum). Beim Mann sind die Hormone ebenfalls vorhanden. So erfüllt das FSH eine
wichtige Funktion bei der Reifung der Spermien und das LH führt zu einer vermehrten
Testosteronproduktion.
133
3.4 Nicht-glandotrope Hormone
Die nicht-glandotropen Hormone wirken auf Organsysteme oder auf den gesamten Organismus.
KurzbeSteuerfaktor des
Name
Bildungsort
Zeichnung
Hypothalamus
human growth hormon,
GRF und
HGH oder GH Wachstumshormon (Somatotropes Hor- eosinophile Zellen
Somatostatin
mon, Somatotropin, STH)
PRL
Prolaktion
eosinophile Zellen
PRF und PIH
Melanozytenstimulierendes Hormon,
MSH
Melanotropin
Wachstumshormon (GH)
a)
Regelung des Wachstums
GHRH und Somatostatin aus der Hypophyse wirken stimulierend oder hemmend auf die
Hypophyse und dessen Produktion von Wachstumshormonen (GH und STH). Werden die
Wachstumshormone sezerniert, so wirken sie direkt auf die Steigerung der Lipolyse und der
Glycogenolyse, sowie indirekt über in der Leber gebildete Somatomedine. Diese Faktoren, v. a.
das Somatomedin C, bewirken eine Steigerung der Proteinsynthese, der Zellteilung, der
Chondrogenese und des Knochenwachstums.
Hypothalamus
GHRH
Somatostatin
Hypophyse
+ Wachstumshormon -
Somatomedine


Chondrogenese 
Knochenwachstum 


Zellteilung 
Proteinsynthese 
(insulinagonistische Wirkungen)
b)


Lipolyse 
Glycogenolyse 
(insulinantagonistische Wirkungen)
Krankheitsbilder


Proportionierte Zwerge: Mangel an Wachstumshormonen während der Entwicklung (v. a.
bei Kindern). Das Wachstum erfolgt proportioniert, bleibt jedoch zu gering. Häufig liegt
eine Hypophysenunterfunktion vor. Eine Stimulation des Wachstums erzielt man bei der
Gabe von Wachstumshormon-Realeasing-Hormonen (GHRH).
Gigantismus (Riesenwuchs): Tumorartige Entartungen der eosinophilen Zellen, die für die
Bildung von Wachstumshormonen verantwortlich sind, führen zu einer übermäßigen
Produktion von GH. Die Kinder wachsen dadurch mehr als normal, bis das Wachstum durch
den Epiphysenschluß abgeschlossen wird.
134

Akromegalie: Bei Erwachsenen kann durch die übermäßige Produktion von GH kein
Längenwachstum des Körpers mehr stattfinden. Statt dessen wachsen die Körperspitzen
(Akren), v. a. Finger, Füße, Kinn und Ohren. Damit verbunden ist häufig noch Diabethis
mellitus durch die insulinantagonistische Wirkung der Wachstumshormone.
Prolaktin
Die Regelung der Prolaktinfreisetzung erfolgt hauptsächlich über das inhibitorische System, dem Prolaktin-Inhibiting-Hormon. Das PIH ist das biogene Amin Dopamin. Bei Säugetieren wirkt es auf die
Brustdrüse, beim Menschen führt es zur Ingangsetzung und Erhaltung der Laktation (Galaktogenese
und Galactopoese).
Melanozytenstimulierendes Hormon, Melanotropin
Das MSH hat nur eine Bedeutung bei den Tieren. Es führt bei niederen Wirbeltieren zur Bildung von
Pigmentzellen und beim Säugetier trägt es mit zur Entwicklung der Feten bei.
3.5 Hormone des Hypophysenhinterlappens (HHL)
Die Vorläufer des Hormons werden im Nucleus supraopticus und im Nucleus paraventricularis des
Hypothalamus gebildet. Über den axonalen Transport, bei dem sie an ein Carrier (Neurophysin) gebunden sind, gelangen sie zum HHL. Hier werden sie in Granula gelagert und bei Bedarf freigesetzt.
Die Freisetzung erfolgt aus den Nervenendigungen der HHL durch Exozytose. Es werden 2 Hormone
produziert:
Antidiuretisches Hormon (ADH, Vasopressin)
a)
Wirkungen



b)
Regulation



c)
Eine vermehrte Ausschüttung von ADH bewirkt in der Niere eine
Wasserpermeabilitätssteigerung des Sammelrohrepithels. Dies führt zur Diurese und zum
Einbau von Wasserkanälen zur Rückresortion von Wasser. Es steigt die Konzentrierung des
Tubulusharn, so daß ein hypoosmolarer Harn gebildet und ausgeschieden wird.
Bei hohen Konzentrationen führt es zur Vasokonstriktion der Gefäße und somit zu einer
Erhöhung des Blutdrucks. Im Pfortadersystem kommt es dagegen zu einer
Blutdrucksenkung.
Beim Huhn wirkt es auf die glatte Muskulatur und auf die Eiablage.
Freisetzung bei Hyperosmolarität (Osmorezeptoren; die Regulation erfolgt über den
Hypothalamus und die Leber)
Freisetzung bei Hypervolämie (Volumenrezeptoren in Venen und im rechten Vorhof)
Freisetzung wird stimuliert über Angiotensin II und durch Streß.
ADH-Mangel
Bei einem Ausfall der ADH-Produktion kommt es zu einem Zustandsbild des Diabethis insibitus.
Hierbei steigt die Urinausscheidung, so daß große Mengen an einem hyperosmolaren Urin
135
ausgeschieden werden Zusätzlich stellt man eine Erniedrigung des Blutvolumen und des
Blutdruck fest.
Oxytocin
Das Oxytocin ist das sog. („Wehen-Hormon“). Es wirkt auf das Myometrium des Uterus, sowie auf
das Myoepithel der Brustdrüse.
a) Geburt
Wenige Tage vor der Geburt steigt die Konzentration der Östrogene an und damit auch die
Sensibilität des Myometriums des Uterus Die Cervix und die Vagina sind besonders empfindlich
für mechanische reize. Wenn nun der Fetus im Geburtskanal auf die Cervix drückt, nehmen
Mechanorezeptoren die Reize wahr und leiten die Information über das Rückenmark weiter zum
Hypothalamus. Dort wird durch die Dehnung vermehrt Oxytocin produziert und ausgeschüttet
(Ferguson-Reflex). Dieses bindet an die Rezeptoren der glatten Muskelzellen und führt somit zu
Uteruskontraktionen und zum Einsetzen der Wehen. (Die Regulation erfolgt über eine positive
Rückkopplung!)
b)
Milchejektion
Das Saugen des Säuglings bildet einen mechanischen Reiz an der Brustwarze. Über Rezeptoren
wird diese Information wieder zum Hypothalamus geleitet, wo Oxytocin ausgeschüttet wird.
Dieses bewirkt eine Kontraktion des Myoepithels, das sich um die Alveolen spannt, so daß
dadurch die Milch entleert wird. Das Ganze heißt auch Milchejektionsreflex.
4. Schilddrüse
4.1 Anatomie
Die Schilddrüse besteht aus Follikeln, die von Epithelzellen ausgekleidet sind. Es dient zur Speicherung der Hormone. Die Speicherung erfolgt in Form von Thyreoglobin, ein Glykoprotein.
4.2 Hormone


Trijodthyronin (T3): T3 ist die Wirkform
Thyroxin (T4): T4 ist eigentlich nur ein Prohormon. Es verzeichnet eine geringere Aktivität
4.3 Synthese
Jod wird durch die Nahrung als Jodid (J -) aufgenommen. Die Resorption erfolgt im Darm und über
den Blutweg gelangt es in die Schilddrüse. Die Schilddrüsenzellen nehmen das Jod über den sekundär
aktiven Transport auf. (Hemmung durch ClO4-, SCN- und NO3-) Die Schilddrüsenzellen produzieren
ein hochmolekulares Protein, das Thyreoglobin. Es enthält auch Tyrosinmoleküle (Aminosäure).
Durch eine Peroxidase wird das Jodid zu atomaren Jod oxidiert, das nun an die Thyrosinradikale des
Thyreoglobins angelagert wird. Dieser Vorgang wird als Jodierung, wobei Mono- und Dijodthyrosyl
gebildet wird. Die jodierten Thyrosinradikale kondensieren zu Thyroxin (Tetrajodthyronin, T 4) und zu
geringen Mengen Trijodthyronin (T3). Beide werden in das Thyreoglobin eingebaut und im Kolloid
der Schilddrüsenfollikel gelagert.
136



Schritt
Formel
Jodid wird durch die Peroxidase aktiviert.
J + H2O2  J + 2 OHDas Jod wird an die Thyrosinradikale des
J + Thyrosinrest  Mono- und Dijodtyrosin
Thyreoglobins angelagert. (Jodierung)
Über eine Kondensationsreaktion reagieren 2 Dijodthyrosin  Tetrajodthyronin (T4) bzw.
die Mono- bzw. Dijodthyrosin zu Thyroxin. 1 Mono- + 1 Dijodthyrosin  Trijodthyronin (T3)
4.4 Freisetzung
Thyreoglobin wird aus dem Follikellumen durch Pinozytose aufgenommen. In den Zellen wird es
durch Proteasen aus den Lysosomen umgewandelt und als T 3 und T4 durch Proteasen freigesetzt. Die
Abgabe nach „außen“ in die Blutbahn erfolgt über Exozytose. Die Moleküle werden dort mit einer
nicht-kovalenten Bindung an Plasmaproteine gebunden. Es sind hauptsächlich Proteine, wie z. B. Albumin, T-bindendes Globulin oder T-bindendes Präalbumin. In der Peripherie wird das Thyroxin in
die Wirkform T3, das Trijodthyronin, durch Iodabspaltung umgewandelt. Nur ein sehr kleiner Teil
liegt ungebunden im Blut vor. Aktiviert wird es durch die Freisetzung von TSH aus der Hypophyse.
4.5 Regelung der Hormonbildung
Regelung der Hormonbildung
Neuroendokrine Zellen (Neurone) des Hypothalamus bilden den TRF (Thyreotropin-ReleasingFaktor). Über den axonalen Transport gelangt es an die Nervenendigungen, von dort ins Blut und zum
HVL. Es fördert dort die Abgabe von TSH (Thyreotropin). Es ist glandotropes Hormon, das auf die
Drüse wirkt, in dem Fall die Schilddrüse. In der Schilddrüse hat es Rezeptoren für TSH. Es führt dort
zu einer Erhöhung des cAMP und zu einer Abgabe von Schilddrüsenhormonen. Das cAMP führt zu
einem vermehrten Abbau von Thyreoglobulin (Speicherform) und stimuliert alle Funktionen zur
Neubildung von Schilddrüsenhormon.
TRF
Hypothalamus

TSH
HVL

Schilddrüse
Über die negative Rückkopplung wird die Produktion geregelt. Bei einer Steigerung der Schilddrüsenhormonkonzentration, wird die Abgabe von TRF aus dem Hypothalamus und damit auch die Abgabe von TSH aus der Hypophyse aus dem HHL gehemmt.
Wirkungen von TSH auf die Schilddrüse






Proteolyse von Thyreoglobin (Abbau )
Jodidtransport 
Jodierung des Thyrosins  und Kopplung des jodierten Thyrosins  (Kondensation )
Vergrößerung der Schilddrüsenzellen
Zellwachstum (Hyperplasie)  Schilddrüsenwachstum
Stimulierung der Peroxidasen 
4.6 Wirkung der Hormone54
54
Die Hormone wirken auf alle Zellen und stimulieren den gesamten Stoffwechsel im Körper.
137
Wirkungen auf den Stoffwechsel

Enzymaktivität und -synthese

Energiestoffwechsel

Kohlenhydratstoffwechsel

Fettstoffwechsel

Proteinstoffwechsel











Aktivierung von Enzymen, z. B. für die Atmungskette
Regulation der Synthese von Proteinen, v. a. Neusynthese
Turnover (ATP) 
Thermogenese 
Oxidativer Stoffwechsel 
ATP-Synthese und ATP-Verbrauch 
Turnover 
Glucoseoxidation, Glycogenolyse, Gluconeugenese und
Glucoseresorption   Blutzuckeranstieg
Fettoxydation und Lipolyse 
Blutcholesterinkonzentration 
Proteinturnover (Neubildung und Abbau) 





Stimulieren das ZNS
Verkürzung der Reflexzeiten
Verstärkung der Wirkung des Symathicus
Frequenz 
Schlagkraft 
Gesamtorganismus

Nervensystem

Herz und Kreislauf
Wachstum und Differenzierung
Stimulation von Wachtum- und Differenzierung, v. a. in der Fetal- und Postnatalperiode. Hier können
Störungen der ZNS-Entwicklung auftreten.)  Jodmangel im Muttertier wirkt sich auf den Fetus aus!
4.7 Pathophysiologie
Unterfunktion (Hypothyreose)
Bei einem Erwachsenen führt die Unterfunktion (Hypothyreose) hauptsächlich zu einer
Verlangsamung der Stoffwechselvorgänge. Zusätzlich treten noch eine verzögerte Reaktionen auf
Umweltreize und das Myxödem (ödematös-teigige Infiltration der Haut, des Unterhaut- und
Muskelgewebes  aufgeschwemmtes Aussehen). Krankheitsbild: Stoffwechsel , Wachstum ,
Kälteempfindlichkeit,
Muskelschwäche,
Myxödem
und
Haasausfall.
Fehlen
die
Schilddrüsenhormone schon im Kindesalter, tritt eine schwere körperliche und geistige Behinderung
auf, die als Kretinismus bezeichnet wird. Die Kinder sind i. d. R. klein und wirken sehr plump.
Überfunktion (Hyperthyreose)
Die Patienten, die unter der Schilddrüsenüberfunktion leiden, zeigen das links angegebene
Krankheitsbild. Sie haben einen erhöhten Stoffwechsel und wirken permanent sehr nervös.
138
Krankheitsbild: Grundumsatz , Gewichtsverlust, Hyperphagie, Hitzeempfindlichkeit, Tachykardie55,
Nervosität, Exophtalmus56 und Kropfbildung.
Jodmangel
Bei Jodmangel wird mehr TSH abgegeben. Es wirkt als Wachstumsreiz auf die Schilddrüse, es
entsteht ein Kropf oder Struma, wie auch das Krankheitsbild bezeichnet wird. Da eine negative
Rückkopplung unterbleibt, vergrößert sich die Schilddrüse. Es tritt v. a. im Gebirge und im
Landesinneren auf. Eine geringere Synthese der Schilddrüsenhormone, die bei Jodmangel auftreten,
führen zu einer Senkung der Konzentration von T3 und T4 im Blut. Dies führt zu einer Enthemmung
der TRF- und TSH-Ausschüttung, so daß es zu einer Schilddrüsenvergrößerung durch TSH kommt.
4.8 C-Zellen
Anatomie
Die C-Zellen der Nebenschilddrüse sind parafollikuläre Zellen mit einem ausgeprägten rauen Endoplasmatischen Retikulum (rER). Die Hormonspeicherung erfolgt im Bindegewebe zwischen den
Schilddrüsenfollikeln. Weitere C-Zellen befinden sich noch im Thymus, der Hypophyse und im Hypothalamus. Beim Vogel erfolgt die Bildung in den ultrabronchialen Körperchen.
Calcitonin (Thyreocalcitonin)
Es ist ein Peptidhormon aus 32 Aminosäuren. Die Stimulation der Freisetzung und dessen Wirkung
erfolgt nach den folgenden Prinzipien. Sie dienen alle dazu die Calciumkonzentration im Blut zu erniedrigen.


Die Stimulation zur vermehrten Ausschüttung kommt durch den Anstieg der Ca2+- (und Mg2+-)
Konzentration im Blut. Es führt zu einer verminderten Osteolyse, d. h. die Osteoklastentätigkeit
wird vermindert, so daß der Ca2+-Einbau in den Knochen ansteigt.
Während der Nahrungsaufnahme steigt die Konzentration gastrointestinaler Hormone (Gastrin,
Cholezystokinin), sowie Pankreacymin und Glucagon, die die Stimulation zur vermehrten Ausschüttung von Calcitonin den C-Zellen geben. Das Calcitonin wirkt noch während der
Nahrungsaufnahme auf die Tätigkeit des Magen-Darm-Kanals. Es kommt zu einer verlangsamten
Verdauung, zur Herabsetzung der Magensekretion, der Pankreassekretion und der Magenmotalität, so daß es zu einer langsameren und gleichmäßigeren Ca2+-Aufnahme kommen kann. Sinn
und Zweck ist es, die Calciumkonzentration nicht zu stark ansteigen zu lassen, da sonst die
antagonistische Wirkung mit PTH (Parathormon) aufgehoben werden würde. (Regulation des
Calcium-und Phosphathaushaltes!)
5. Nebenschilddrüse
5.1 Anatomie
Sie liegt dorsal der eigentlichen Schilddrüse und wird aus 4 sog. Epithelkörperchen gebildet. Es besteht aus hellen und dunklen Hauptzellen und oxyphilen Zellen.
55
gesteigerte Herzfrequenz
ein- oder beidseitiges
Bewegungseinschränkung
56
hervortreten
des
Augapfels
139
aus
der
Orbita
(Froschaugen)
mit
einer
5.2 Hormone
Parathormon (PTH)
Am Knochen

Es bewirkt eine Calciumfreisetzung zum
Knochenaufbau. Man unterscheidet zwischen
einer Frühphase (Angriff der Osteozyten) und 
einer Spätphase (Angriff der Osteoklasten). Die 
Bildung und Freisetzung erfolgt je nach Bedarf.
An der Niere
Förderung
der
Ca2+-Rückresorption
(Verminderung der Ausscheidung von Ca2+ionen)
Hemmung der Phosphat-Rückresorption
Stimulation des Umbaus vom Vitamin-D in
das Vitamin-D-Hormon der Aktivierung von
Vitamin D
Das Hormon ist das Parathormon (PTH). Es ist ein Peptidhormon bestehend aus 84 Aminosäuren.
Beim Absinken der Plasmaionenkonzentration (Hypocalcämie) wird die Freisetzung des Hormons
veranlaßt. Die Wirkungen treten an der Niere und am Knochen auf, dienen aber allesamt der Regulation des Calciumhaushaltes. Das Parathormon erhöht die Calciumkonzentration im Blut.
Vitamin D3-Hormon



Das Vitamin D-Hormon wird aus Calciferolen gebildet. Es sind fettlösliche Substanzen, die den
Steroiden nahe stehen. Man unterscheidet hier das Ergocalciferol (Vitamin D 2) und das
Cholecalciferol (Vitamin D3). Sie entstehen aus ihren Provitaminen durch Ultraviolettstrahlung
(Hydroxylierung). Am Beispiel des Cholecalciferol (Vitamin D3), das aus der Nahrung oder dem
Cholesterinstoffwechsel, stammt, durch UV-Licht und der 1-Hydroxylase umgewandelt bzw.
hydroxyliert. Es entsteht 1,25 - Dihydroxycholecalciferol, das sog. „Vitamin-D3-Hormon“.
Stimuliert wird die Reaktion durch PTH (Parathormon) und gehemmt durch Phosphat- und
Calciumionen Reguliert wird es über die negative Rückkopplung, die die PTH-Sektretion aus der
Schilddrüse hemmt.
Das Hormon entfaltet seine Wirkung bei der Resorption von Calcium und Phosphat aus dem
Darm, die dadurch gesteigert wird. Des weiteren wirkt es indirekt auf den Knochenumbau (Aufund Abbau des Knochens).
Ein Mangel an Vitamin D3 führt zur Rachitis. Das ist eine mangelhafte Mineralisierung des
Knochens durch Ca2+-Mangel. Es entsteht durch eine gestörte Nahrungsaufnahme oder
Produktion im Körper. Dies führt zur Deformation, Verbiegung und zur Instabilität der Knochen.
5.3 Stoffwechsel des Calciums
Es führt dazu, daß die Ca2+-Konzentration im Blut relativ konstant gehalten wird:
Ca2+ 
 Calcitonin 
Ca2+ 
 Parathormon 




Hemmung des Knochenabbaus
verlangsamt die Ca2+-Aufnahme
mobilisiert Ca2+-Reserven
Resorption  über Vitamin D3
6. Nebenniere
6.1 Nebennierenmark (NNM)
140
Bau und Funktion
Das Nebennierenmark leitet sich aus der Neuralleiste ab (ektodermale Herkunft). Sie entsteht aus
sympathischen Ganglienzellen und postganglionären Neuronen, die ihre Äste verloren haben und zu
sezernierenden Zellen geworden sind (chomafine Zellen). Alle Zellen des NNM haben eine enge
Beziehung zu Kapillaren und Venolen und enthalten auch einzelne sympathische Ganglienzellen.
Innerviert werden die demnach auch über den Sympathikus (adrenerges System). Die Zellen enthalten
große Mengen an Sekretganula, die die Hormone des NNM enthalten.
Hormone
a)
Peptide
b)
Die Zellen enthalten außerdem noch -Endorphin, Enkephaline, Cholecystokinin, Somatostatin,
Substanz P und VIP, die im ZNS oder im Gastro-Intestinal-Trakt wirken.
Catecholamine
Adrenalin (zu 80 %) und Noradrenalin (zu 20 %) werden in Granula zusammen mit ATP und
Enzyme gespeichert, die den letzten Schritt der Synthese katalysieren. Sie dienen der
Speicherung der Hormone, die dann über Exozytose abgegeben werden. Man unterschiedet zwei
Arten von NNM-Zellen. Die einen synthetisieren das Adrenalin, die anderen das Noradrenalin,
wobei das Noradrenalin die Vorstufe des Adrenalin ist.
Wirkung der Calecholamine
Adrenalin und Noradrenalin sind wasserlösliche Hormone. Die Rezeptoren befinden sich an der
Zelloberfläche. Es gibt - und -Rezeptoren, die sich noch nach der Affinität für pharmakologische
Substanzen in  1, 2,  1 und  2 einteilen lassen. Die Wirkung des Hormons ist also abhängig vom
Rezeptortyp.
1-Rezeptoren57
2-Rezeptoren
 1-Rezeptoren
 2-Rezeptoren58
57
58

















Vasokonstriktion
Kontraktion intestinaler Sphincter
Pupillendilatation
Uteruskontraktion (Wehen)
Hemmung der Noradrenalinfreisetzung
Sympathikustonus 
intestinale Relaxation
Macula densa (Niere)  Vasokonstriktion
Reninfreisetzung 
Herzfrequenz 
Schlagkraft 
Kontraktionskraft 
Vasodilatation der Koronar- und Skelettmuskulaturgefäße
Bronchodilatation
Uterusrelaxation
Glykogenolyse in Leber und Muskel
Lipolyse im Fettgewebe
Ca2+ 
cAMP 
cAMP 
cAMP 
Wirkung auf Gefäße, Haut, Schleimhaut und Magen-Darm-Trakt
Wirkung auf Gefäße, Skelettmuskel, Bronchen, Leber, braunes Fettgewebe und weißes Fettgewebe.
141

Thermogenese
Die Catecholamine wirken bei Belastungssituationen, v. a. Streßsituation mit einer Steigerung der
Herztätigkeit, Vasokonstriktion, Hemmung der Verdauungstätigkeit und einer Bronchodilatation. Des
weiteren kommt es zu einer Steigerung des Stoffwechsels, da Energie für die Kampf- oder Flucht bereitgestellt werden muß. Es steigt der Glycogenabbau in der Leber, die Lipolyse im Fettgewebe und
die Proteolyse im Lebergewebe. Zusätzlich wirken sie noch wie das Glucagon, in dem sie den
Blutzuckerspiegel erhöhen und damit ein Antagonist zum Insulin sind.
Physiologische Reaktionen des Organismus auf Belastung und Streß
Es dient der raschen Bereitstellung von Energieträgern (metabolische Wirkung der Glucocorticoide).
Bei akuten Streßsituationen wird die Achse Hypothalamus - Hypophyse - ... aktiviert. Es gibt dann
zwei Reaktionen:


Es führt zu einer Erhöhung der Cortisolspiegels im Blut. Durch das Cortisol kommt es zu einer
Erhöhung der Blutglucose und es hat einen prenessiven Effekt auf die Wirkung von Katecholaminen auf die Gefäßwände.
Streß stimuliert die Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin aus dem NNM. Dieses
bewirkt die Kontraktion der glatten Muskulatur von haut- und Darmgefäßen, Muskelfasern der
Gefäße der Skelettmuskulatur erschlaffen. Dies führt zu einer Umverteilung des O 2-reichen und
nähstoffhaltige Blut für die evtl. Muskelanstrengungen (Flucht, Kampf)
Synthese von Adrenalin und Noradrenalin
Die Grundlage bildet die Aminosäure Tyrosin. Sie wird durch Tyrosinhydroxylase in Dopa umgewandelt. Dieses wiederum durch Dopadecarboxylase in Dopamin. Es gelangt über Vesikel in das Nebennierenmark. Dort wird es durch Dopamin--hydroxylase in Noradrenalin umgebaut. Das Noradrenalin
ist nur die Vorstufe des Adrenalins. Deswegen wird in einem letzten Schritt, der durch die Phenylethanolamin-N-transferase synthetisiert wird, das Noradrenalin in Adrenalin umgebaut.
Tyrosinhydroxylase
Dopadecarboxylase
Tyrosin
Dopa
Dopamin
Phenylethanolamin-N-transferase
Dopamin--hydroxylase
Dopamin
Noradrenalin
Adrenalin
Abbau der Hormone
Der Abbau der Hormone erfolgt enzymatisch in der Leber, aber auch durch Erythrozyten in der
Lunge. Die Hormone COMT und MAO spielen dabei eine wichtige Rolle. Es entsteht
Vanilinmandelsäure59, die über die Leber und schließlich über den Urin ausgeschieden wird.
6.2 Nebennierenrinde (NNR)
Bau, Hormone und dessen Synthese
59
Bei der Diagnostik von Tumoren im Nebennierenmark wird die Vanilinmandelsäurekonzentration gemessen.
(Vanilinmandelsäure )
142
Die Nebennierenrinde ist mesodermaler Herkunft. Sie besteht aus 3 Schichten und bildet verschiedene
Steroidhormone:
Zonen60
Synthese von ...
Zona glomerulosa
Mineralokortikoide (Aldosteron)
Zona fasciculata
Glucocorticoide (Cortisol und Cortison)
Zona reticularis
Sexualhormone
(Androgene und Östrogene)
Glucocorticoide
Wirkung
Regulation des Elektrolyt- und
Wasserhaushaltes
Regulation des Kohlenhydrat-,
Protein- und Fettstoffwechsels
Alle Hormone stammen von einer gemeinsamen Vorstufe ab. Sie entstehen aus Cholesterin, das in der
Leber aus Acetat aufgebaut wird. Die Vorstufe wird zu Pregnenolon, das durch Transformation zu
Progesteron und anderen Hormonen wird.
Die Nebennierenrinde erhält das Cholesterin über den Blutweg. Es wird jedoch auch am glatten ER
gebildet und in Lipidtröpfchen der Rindenzellen gespeichert. Es ist die Grundlage der Hormonsynthese. In den Mitochondrien wird es in Pregnenolon umgewandelt. Dieses dient allen Steriodhormonen als gemeinsame Vorstufe.
Regulation am Beispiel der Glucocorticoide
Im Hypothalamus wird das Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH) gebildet, das über das portale
Gefäßsystem in der Hypophyse die Ausschüttung von ACTH veranlaßt. Das ACTH gelangt nun über
das Blutsystem in die NNR, um dort die Sekretion von Glucocorticoiden anzuregen. Bei langfristigen
Entzündungen kommt es zur Atrophie der Nebennierenrinde.
Glucocorticoide (Cortisol und Cortison)61
a)
Aufgabe


b)
Einfluß auf den Stoffwechsel der Kohlenhydrate, Proteine und Fette
Veränderungen des Stoffwechsels in Muskulatur, Fettgewebe, Haut und Leber
Wirkung




Steigerung der Gluconeogenese in der Leber. Hier werden Aminosäuren in Glucose
umgewandelt, die aus dem Abbau von Muskelproteinen stammen (eiweißkatabole Wirkung).
Steigerung des Blutzuckerspiegels durch die Verminderung der Glucoseutilisation in
Körperzellen, sowie durch den erschwerten Glucosetransport in die Zellen.
Antianabole Wirkung durch den verminderten Aufbau von Muskelproteinen, da der
Aminosäuretransport in die Zellen erschwert wird. Die Aminosäureaufnahme in die Leber
wird erleichtert
Verminderung der Biosynthese von Fetten, da die Aufnahme von Glucose in die Zellern
vermindert ist.
60
Zonen von oben nach unten = von außen nach innen
Sie wirken langsamer, da sie lipophil sind und die Rezeptoren intrazellulär liegen. Sie wirken demnach auf den
Kern. Die Ausschüttung erfolgt v. a. in Belastungszuständen. Alle Glucocorticoide wirken im geringen Maße wie
Mineralcorticoide.
61
143

Zusätzlich werden sie aufgrund ihrer entzündungshemmenden Wirkung sehr häufig als
Pharmaka verwendet. Sie führen zu ...
 Immunsuppression (bei Transplantationen) durch Hemmung der Antikörperbildung
 Geburtsinduktion beim Wiederkäuer (Cortisol und Cortison wirken auf den Fetus. Die
Nebennierenrinde produziert Cortisol, das nun die Uteruskontraktionen und die Geburt
auslöst)
 Entzündungshemmung in dem die Anzeichen einer Entzündung und die
immunologische Abwehrreaktion reduzieren.
 hemmen die zelluläre und humorale Abwehr
Aldosteron
a)
Funktion
b)
Das Aldosteron ist der wichtigste Vertreter der Minealcorticoide. Er ist an der Regelung des
Elektrolyt- und Wasserhaushaltes beteiligt, in dem es die Transkription für Na +-K+-Pumpen und
Na+-Kanäle fördert.
Wirkung
Seine Wirkung bezieht sich hauptsächlich auf den distalen Tubulus der Niere. Hier wird die Na+Rückresorption und damit verbunden die Rückresorption von Wasser gesteigert. Zusätzlich
öffnen sich pH-abhängig K+-Kanäle. Durch Na+ kommt es zu einer Depolarisation und damit zur
Öffnung der K+-Kanäle, was die K+- und Protonensekretion gefördert. Am Dickdarm, sowie in
den Speichel- und Schweißdrüsen fördert das Aldosteron die Na+-Resorption und die K+Sekretion.
c)
Regelung
Die Produktion und Abgabe von Aldosteron wird auf drei verschiedenen Wegen geregelt:
1.
2.
3.
Natriummangel und Kaliumanstieg im Blut wirken direkt auf die Zona glomerulosa
Abnahme der Natriumkonzentration
Einschränkung der Nierenproduktion (s. auch RAAS-System)
Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)
Die juxtaglomerulären Zellen werden über eine Einschränkung der Nierenfunktion, Hyponatriämie
(Natriummangel), Hypovolämie und Blutdruckabfall, sowie durch den Sympathikus ( 1-Rezeptoren)
aktiviert. In der Macula densa wird Renin gebildet und ausgeschüttet. Das Renin ist eine Protease, die
aus dem in der Leber gebildeten 2-Globulin Angiotensinogen (inaktives Prohormon), Angiotensin I
abspaltet. Das Angiotensin I wird durch eine Peptidase, das converting enzyme, in das Angiotenin II
umgewandelt. Zu den Aufgaben des Angiotensin II gehören:




Vasokonstriktion mit anschließendem Blutdruckanstieg
vermehrte Bildung von Aldosteron, das zu einer Na+-Rückresorption in Niere und Darm führt.
Die Wirkung tritt nur langsam ein, ist jedoch für die mittelfristige Blutdruckregulation wichtig.
Durstzentrum im Gehirn  vermehrte Wasseraufnahme
allgemeine Wirkungen sind Kontrolle des Na+-Bestandes, Kontrolle des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens und der Blutdruckregulation
144
7. Langerhans’schen Inseln der Bauchspeicheldrüse
7.1 B-Zellen
Insulin
a)
Bildung
Die Bildung erfolgt in den B-Zellen (früher -Zellen) der Langerhans’schen Inseln des Pankreas.
Es wird jedoch nur ein Prohormon, das Proinsulin gebildet. Es besteht aus 2 Polypeptidketten,
wobei die A-Kette aus 21 Aminosäuren und die B-Kette aus 30 Aminosäuren besteht.
b)
Biosynthese
Die Synthese beginnt im rER. Hier wird eine einkettige Vorstufe, bestehend aus 104 bis 109
Aminosäuren, das Prä-Proinsulin gebildet. In einem weiteren Syntheseschritt wird aus dem PräProinsulin, das Proinsulin. Es besteht aus einer A,B-C-Kette, die durch Disulfidbrücken
miteinander verbunden ist. Es ist keine lineare Kette. Durch die Abspaltung der C-Kette durch
Endopeptride, wird aus dem Proinsulin das Insulin, das nur noch aus der A,B-Kette besteht.
Dieser Schritt erfolgt in den Transportvakuolen vom rER (Golgi-Apparat, Sekretgranula). Die
Speicherung erfolgt als Zink-Komplex.
c)
Freisetzung
-Zellen können den Glucosespiegel erkennen und vermitteln das Sekretionssignal nach
intrazellulär. -Granula wandern entlang der Mikrotubuli und verlagern sich somit zur
Zellmembran. Dort verschmelzen sie mit der Zellmembran. Die Sekretabgabe erfolgt durch
Exozytose. Die -Zellen werden direkt durch die Glucosekonzentration beeinflußt. Ist viel
Glucose vorhanden, wird der Stoffwechsel der Zelle angekurbelt. Es entsteht mehr ATP. Dieses
wirkt auf einen besonderen K+-Kanaltyp hemmend (ATP-sensitive Kaliumkanäle). Der K+Anstieg in der Zelle führt zur Depolarisation (Membranpotential ), wodurch wieder
spannungsabhängige Ca2+-Kanäle aktiviert werden. Die Kanäle öffnen sich und der nachfolgende
Ca2+-Einstrom löst die Exozytose der insulinhaltigen Granula aus.
Hemmende und stimulierende Einflüsse auf die B-Zellen






Stimulation
N.vagus (Parasympaticus)
freie Fettsäuren
Aminosäuren
Glucose
Kamium 
gastointestinale Hormone
Hemmung


Sympathikus (wird bei Streß aktiviert)
Somatostatin (Bildung in D-Zellen des
Pankreas)
Insulinwirkung
Insulin hat viele Stoffwechselwirkungen, die alle zu einer Senkung des Blutzuckerspiegels führen.
Nach der Aufnahme von Kohlenhydraten kommt es zum Anstieg der Glucosekonzentration im Blutplasma  Stimulation der Insulinabgabe. Dadurch wird Glucose in fast alle Körperzellen aufgenom145
men, so daß die Blutglucosekonzentration wieder abfällt. Ein Mangel an Insulin führt zum Diabetes
mellitus. Man unterschiedet zwei verschiedene Typen:


Typ I: absoluter Insulinmangel (Zerstörung der Zellen)
Typ II: relativer Insulinmangel (Adipositas)
Glucosestoffwechsel von Muskelzellen
Bei niedrigem Insulinspiegel sind die Muskelzellen impermeabel für Glucose. Bei Insulinmangel erfolgt die Energiegewinnung über den Fettsäuremetabolismus. Steigt der Insulinspiegel an, wird die
Muskelzelle jedoch permeabel für die Aufnahme von Glucose (v. a. nach den Mahlzeiten). Andere
Muskeltypen, v. a. die stark beanspruchten Muskeln, können auch insulinabhängig permeabel
werden..
An der Membranoberfläche befinden sich Insulinrezeptoren. Sie bestehen aus 4 Untereinheiten, die
sich in 2 -Untereinheiten (Bildungsstelle) und 2 -Untereinheiten (Tyrosinkinase) aufteilen lassen.
Bindet nun das Insulin an die -Untereinheit, kommt es zu einer Aktivierung der Tyrosinkinase und
zur Aktivierung von Ser/Tyr-Kinasen. Mehrere Reaktionen werden daraufhin ausgelöst:
1.
2.
3.
Aktivierung der Phospholipase C zur Proteinphosphorylierung
Phosphorylierung von Phosphatasen zur Proteindephosphorylierung
Phosphorylierung einer Phosphodiesterase, die den cAMP-Abbau fördert
Ziel ist der Einbau von Glucosetransportern in die Zellmembran von Muskel- und Fettzellen. Es wird
angenommen, daß die größte Anzahl an Glucosetransportern in zellinternen Membranvesikeln gespeichert wird, bei Stimulation durch Insulin fusionieren die Vesikel durch Exozytose mit der Zellmembran  Anzahl der Glucosetransporter .




Förderung
Glucoseaufnahme
Aminosäureaufnahme
Proteinsynthese
Kaliumaufnahme
Hemmung
 ATP   Stimulation der Pumpen
 Proteinabbau
Glucosestoffwechsel der Leber62
Die Leber ist ein glucosespeicherndes Organ. Die Glucose kann in die Leberzelle frei diffundieren (in
beide Richtungen). Durch die Wirkung von Insulin wird die Glucose in Glycogen umgebaut. Die Blutglucose fällt ab. Dazu wird vom Insulin verschiedene Fördersysteme und Hemmsysteme aktiviert.


Förderung
Aktivierung des Enzyms Glycokinase
(Phosphorylierung von Glucose in den
Leberzellen. Die phosphorylierte
Glucose kann die Leberzelle nicht mehr
verlassen.)
Aktivierung der Phosphofructokinase
und Glycogensynthetase zum
Glycogenaufbau (Glycogensynthese)
Hemmung





62
Proteinsynthese
Fettsynthese
glycogenabbauende Enzyme
(Phosphorylasen)
Ketogenese (Ketonkörperbildung)
Gluconeogenese
Durch die rasche Speicherung der Glucose nach der Nahrungsaufnahme, sinkt der Glucosespiegel im Blut
wieder ab. Damit fehlt der Stimulator für die Insulinsekretion.
146

Proteinsynthese
Glucosestoffwechsel in Nervenzellen
Die Zellen des ZNS decken ihren Energiebedarf fast ausschließlich durch Glucose. Das Insulin hat
aber keinen Einfluß auf die Membranpermeabilität oder intrazelluläre Enzymsysteme
(insulinunabhängig!) Beim Absinken der Blutglucose unter den kritischen Wert (0,5 - 0,2 g/l) kommt
es zum hypogykämischen Schock mit Bewußtseinstrübung oder Koma.
Wirkung auf den Fettstoffwechsel
Insulin stimuliert den Aufbau von Glycogen in den Leberzellen. Diese können jedoch ein bestimmtes
Maß nicht überschreiten. Die Glucosemenge, die darüber hinaus in die Leberzelle diffundiert, wird
phosphoryliert. Die Glucose wird anstatt in Glycogen in Fett umgewandelt. Es ist eine direkte
Wirkung des Insulins auf die Umwandlung. Die Fettsäuren gelangen auf dem Blutweg, gebunden an
Lipoproteine, zu den Fettzellen. Dort werden sie aufgenommen und gespeichert. Die Speicherform
der Fettsäuren sind Trigyceride. Zusätzlich wird vom Insulin noch die Bereitstellung von Glycerin in
den Fettzellen gefördert, da 3 Fettsäuren an ein Glycerinmolekül gebunden werden.
Förderung
Hemmung
 Glucoseaufnahme

hormon-sensitive Lipase (Abbau des
 Fettsynthese
Fettes)
 Lipoproteinlipase
Wirkung auf den Proteinstoffwechsel
Die Abbauprodukte der aus der Nahrung aufgenommenen Proteine, sind die Aminosäuren. Die Neubildung körpereigener Proteine erfolgt unter der Einwirkung von Insulin. Insulin hat verschiedene
Einflüsse auf die Proteinsynthse:
1.
2.
Es ermöglicht den aktiven Transport von vielen AS in die Zelle (ähnliche Wirkung wie Wachstumshormone). Der intrazellulär erhöhte AS-Spiegel induziert eine vermehrte ribosomale
Proteinsynthese.
Es erhöht außerdem die Transkriptionsrate von DNA im Zellkern. Die Zunahme der RNA führt
zu einer mittelfristigen Steigerung der Proteinsynthese.
7.2 A-Zellen
Gucagon
a)
Bildung und Biosynthese
Die Bildung erfolgt in den A-Zellen (früher -Zellen) der Langerhans’schen Inseln des Pankreas.
Die Zellen liegen in der Inselperipherie (ca. 20 %). Die Sekretionsgranula sind azidophil. Das
Glucagon ist ein Polypeptid, das aus 29 Aminosäuren aufgebaut ist. Aus einem Prä-Progucagon
entsteht zuerst das Proglucagon am ER. Durch die Proteolyse zu einem sekretionsfähigen
Produkt geworden, wird es im Golgi-Apparat verpackt. Das Glucagon wird in Sekretionsgranula
gespeichert.
b)
Freisetzung
147
Freigesetzt wird es bei: Hypoglycämie, Überangebot von Aminosäuren und Erniedrigung der
Plasmakonzentration von freien Fettsäuren.



Förderung
Aminosäurekonzentration
Adrenalin und Noradrenalin
Cholecystokinin



Hemmung
Glucosekonzentration 
Insulin 
Somatostatin
Aufgaben
Das Glucagon wirkt insulinantagonistisch. Es stimuliert die Glycogenolyse (Abbau des Leberglycogens) zur Steigerung des Blutglucosespiegels. Effekte des Glucagons in der Leber:
 Glykogenolyse
 Gluconeogenese
 Fettsäureoxidation  Ketogenese
 Aminosäure-Aufnahme sowie Aminosäure-Abbau  Harnstoffbildung
 Sättigung (Signal für das ZNS  Abgabe des Sättigungshormons)
Wirkmechanismus
Das Glucagon bildet mit einem Rezeptor der Plasmamembran einen Hormon-Rezeptor-Komplex. Es
kommt zur Stimulation der Adenylatzyklase, die ATP zu cAMP werden läßt. Das cAMP ist ein
second messeger, der biochemische Prozesse stimuliert. In diesem Fall den Abbau von Glycogen in
der Leber fördert. Die Leber ist der Hauptspeicher des Glycogen und somit auch der der des
Glucagon.
7.3 Regulation der Blutglucosekonzentration
Insulin
Senkung der Blutglucosekonzentration
Bildung und Freisetzung in und aus den -Zellen:
hohe Blutglucosekonzentration
Glucagon
Erhöhung der Blutglucosekonzentration
 Glucoseaufnahme in die -Zellen
 durch die Atmungskette bildet sich ATP 
 Hemmung der ATP-sensitiven K+-Kanäle
 K+-Anstieg
 Depolarisation
 Öffnen der spannungsabhängigen Ca2+-Kanäle
 Ca2+-Einstrom
 Exozytose und Freisetzung des Insulins
Leberzellen
Bildung und Freisetzung in und aus den -Zellen:






Glykolyse 
Glycogensynthese 
Proteinsynthese 
Fettsynthese 
Ketogenese (Ketonkörperbildung) 
Gluconeogenese 
–
–
–
niedrige Blutglucosekonzentration
hohe Aminosäurekonzentration
wenige freie Fettsäuren







Leberzellen
Glycogenolyse 
Gluconeogenese 
Fettsäureoxidation 
Aminosäureaufnahme 
Aminosäureabbau 
Harnstoffbildung
Sättigung
148









Muskelzellen
Glucoseaufnahme 
Aminosäureaufnahme 
Proteinsynthese 
Kaliumaufnahme 
Proteineinbau 
Fettzellen
Glucoseaufnahme 
Lipoproteinlipase 
Fettsynthese 
Hormon-sesntitive Lipase 
Muskelzellen
Fettzellen
7.4 D-Zellen
Somatostatin
Es besteht aus 14 Aminosäuren. Das Somatostatin wird in vielen Körperzellen gefunden, an denen es
hauptsächlich inhibitorische Wirkungen zeigt. Im Hypothalamus wird die Bildung von Somatotropin
gehemmt.
Das im Pankreas gebildet Somatostatin hat parakrine Wirkung. Es hemmt die Sekretion von Insulin
und Glucagon. Darüber hinaus wirkt es noch hemmend auf den Verdauungstrakt, Sekretion von
Gallenblasensekret und von Verdauungssäften. Alles in allem wird die Verdauungsaktivität
vermindert und dadurch der Blutglucosespiegel relativ konstant gehalten.
8. Endokrin-wirkende Organe
8.1 Niere
Renin
a)
Bildung
Es wird von in den Gefäßwänden der Atriolen gelegenen Epithelzellen des juxtaglomerulären
Apparates der Nieren (Macula densa) gebildet. Eine extrarenale Bildung erfolgt noch im Uterus,
der Leber und in Gefäßwänden.
b)
Stimulation der Ausschüttung





Minderdurchblutung der Nieren, hervorgerufen durch Hypovolämie, Blutdruckabfall
bestimmte Zusammensetzung (in Abhängigkeit der NaCl-Konzentration) der Flüssigkeit im
distalen Tubulus  Ausscheidung von NaCl wird durch die Drosselung der
Nierendurchblutung herabgesetzt  Glomerulusfiltrat 
 1-Rezeptoren reagieren auf Adrenalin und sympathische Nerven der Niere
Ansteig des K+-Spiegels im Blut, Hypercalcämie
Abfall des Na+-Spiegels im Blut, Hyponatriämie
c) Hemmung der Ausschüttung
149
Angiotensin II wirkt über die negative Rückkopplung als Aldosteron und -Rezeptorblocker.
Erythropoetin
a)
Hormon und Bildung
Das Erythropoein ist ein Glykoprotein, das aus 165 Aminosäuren aufgebaut ist. Es wird von Nierenzellen und in geringen Mengen auch in der Leber produziert Die Ausschüttung wird stimuliert
durch den Abfall des pO2-Wertes.
b)
Wirkung
Es wirkt hauptsächlich auf das Knochenmark:



Differenzierung der Erythrozytenvorstufen
Synthese von Hämoglobin
Abgabe jugendlicher Erythrozyten an das Blut
Die Wirkung wird verstärkt durch:



Androgene
Thyroxin
Wachstumshormon
Vitamin D-Hormon
s. Vitamin D3-Hormon
8.2 Herz
Atriales Natriuretisches Peptid
a)
Bildung
Die Bildung erfolgt in myoendokrinen Zellen der Vorhöfe. Die Zellen sind ähnlich aufgebaut wie
Muskelzellen und enthalten Granula. Stimuliert werden sie durch die Dehnung der Vorhöfe
(mechanosensitiv) bei zu hohem Blutdruck und Hypervolämie.
b)
Synthese
Aus einem Präproatriopeptin wird die Speicherform, das Proatriopeptin, synthetisiert. Aus
diesem erfolgt dann die Bildung des Atrialen Natriuretisches Hormon bzw. Atriopeptin. Es ist ein
Polypeptid, das aus 28 Aminosäuren aufgebaut ist.
c)
Wirkungen

Niere: Hemmung von
Rückresorptionsmechanismen, dadurch steigt die Na+- und
Wasserausscheidung an, sowie der GFR
150



Herz und Kreislauf: Vasodilatation mit dausfolgenden Abfall des Blutdrucks
Gehirn: Senkung des Durstgefühls
Hormonsystem: Senkung der Produktion von Renin, Aldosteron und ADH
Niere
1. Allgemeine Funktionen der Niere





Exkretion: Ausscheidung von Stoffwechselprodukten (z. B. Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure,
Allantoin, HN4+, Phosphate, Sulfate, Protonen, ...), Fremdstoffe (Medikamente, Gifte und
Drogen) und Wasser
Konservierung: Resorption aus dem Ultrafiltrat, z. B. Kohlehydrate, Aminosäure, Fettsäuren und
Wasser
Regulation des Elektrolyt- und Wasserhaushaltes: Anpassung der Ausscheidung von
Elektrolyten (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, HCO3-, ...) und Wasser
Regulation des Säure-Basen-Haushaltes, pH-Wert: Anpassung der Ausscheidung von H+, NH4+
und Pufferbasen (Säureanionen, Cl-, HCO3-, SO42-, PO42-)
Endokrine Funktion: Die Niere dient als Zielorgan für viele Hormone (ADH, Aldosteron,
Parathormon). Ebenso metabolisiert sie Hormone (Corticosteroide, Testosteron und
Proteohormone) oder synthetisiert welche als endokrine Organ (Erythropoetin, Eikosanoide,
Gewebehormone).
2. Bau der Niere
Querschnitt



Bindegewebige Kapsel, Capsula fibrosa
Nierenrinde, Cortex renis mit Zona peripherica (außen) und Zona juxtamedullaris (medullanah)
Nierenmark, Medulla renis mit Zona externa (Außenzone mit Außen- und Innenstreifen) und
Zona interna (Innenzone)
151
Harnbildender Teil
Es befinden sich ca. 2 Millionen Nephrone in der Niere. Sie bestehen aus dem Nierenkörperchen und
dem Tubulussystem und den Sammelrohren. Diese beiden Anteile werden aber noch weiter unterteilt:
1.
2.
3.
Nierenkörperchen, Corpusculum renalis, Malpighisches Körperchen, das aus dem Gefäßknäul,
Glomerulum und der doppelwandigen Kapsel, Capsula glomeruli, Bowman’sche Kapsel besteht
Tubulus renalis bestehend aus 3 Abschnitten:
 Tubulus contortus proximalis.
 Henkelschleife, Ansa nephroni mit einem dünnen absteigenden, einem dünnen
aufsteigenden und einem dicken aufsteigenden Schenkel sowie der Makula densa
(juxtaglomerulärer Apparat) besteht.
 Tubulus contortus distalis mit einem gewundenen und einem gestreckten Abschnitt.
Sammelrohre, die einen kortikalen Teil und einen medullären Teil besitzen. Diese münden dann
auf der Area cibrosa, so daß die Flüssigkeit weiter Richtung Nierenbecken (Pelvis renalis)
transportiert werden kann.
Gefäßsystem
Aus der Aorta zweigt zu jeder Niere eine A. renalis ab, die sich im Hilus renalis weiter zu den Aa.
renales verzweigt. Diese verzweigen sich weiter zu Aa. interlobares  Aa. arcuatae63  Aa.
interlobulares  afferente Arteriolen  glomeruläre Kapillaren64  efferente Arteriolen und
letztendlich zu peritubulären Kapillaren65. Afferente Arteriolen, glomeruläre Kapillaren, efferente
Arteriolen und peritubuläre Kapillaren werden auch als Portalkreislauf bezeichnet.
Epitheltypen
Die Zellverbindungen, die sog. Schlußleisten, tight junctions bestehen aus:



Dichte Epithelien (Schlußleisten durchlässig)
Mäßig dichte Epithelien (Schlußleisten reißverschlußartig)
Lecke Epithelien (Schlußleisten punktförmig)
Im proximalen Abschnitt des harnbildenden Systems ist eher leckes Epithel vorhanden, in den distalen
Abschnitten und in den Sammelröhren findet man zunehmend dichteres Epithel (funktionelle und
morphologisch longitudinale Heterogenität der Tubulusepithelien). An Epithelzellen findet man in
den Sammelrohren die Hauptzellen, die K+ und H+ sezernieren, sowie die Zwischenzellen, die K+
resorbieren.
3. Grundmechanismen der Nierenfunktion
Der Grundmechanismus besteht darin, daß durch glomeruläre Filtration Vorurin gebildet wird. Im
weiteren Verlauf des harnbildenden Systems kommt es zur Veränderung des Volumens und der Zusammensetzung durch tubuläre Resorption und Sekretion. Schlußendlich wird der Endurin
ausgeschieden.
63
Sie befinden sich zwischen Mark und Rinde.
Bildung des Ultrafiltrats (Primärharn)
65
Hier findet die Rückresorption und Bildung des Sekundarharns statt.
64
152
4. Prinzipien des epithelialen Transportes
Passive Transport66

Filtration (Ultrafiltration): Transport von Lösungsmitteln und filtrierbaren Soluten aufgrund des
hydrostatischen Druckgradienten durch einen Filter (Poren sind so klein, daß auch große gelöste
Teilchen zurückgehalten werden)
Diffusion: Bewegung aufgrund eines Konzentrationsgradienten, elektrischen Gradienten oder
elektrochemischen Gradienten
Erleichterte Diffusion: alle Formen von Kanal-, Carrier-, oder vesikelvermittelter Diffusion
(Phagozytose, Pinozytose, Exo- und Endozytose, Transzytose)
Osmose: Diffusion des Wassers
Solvent drag: Teilchenmitführung im Lösungsmittel aufgrund der Trägheit der Teilchen. Es wird
auch als Konvektion bezeichnet.




Aktiver Transport67

Primär aktiver Transport: ATPasen (Pumpen), die Solute gegen ihren elektrochemischen Gradienten pumpen können und metabolische Energie verbrauchen, z. B. Na+-K+-Pumpe
Sekundär aktiver Transport: Carriervermittelter Cotransport, angetrieben von einem Ionengradienten. Der Gradient wird durch primär aktiven Transport aufrecht erhalten, z. B. Symporter,
Antiporter. Die Summer der Gradienten aller Teilchen muß in die Transportrichtung weisen. Der
sekundär aktive Transport besitzt 2 Komponenten: passiver Cotransporter und angetriebener
primäraktiver Transporter.
Tertiär aktiver Transport: Cotransport der durch sekundären aktiven Transport angetrieben wird


5. Glomerulumfunktion
Funktion
a)
Ultrafiltration, Ultrafiltrat
Durch den Blutdruck wird aus den glomerulären Kapillarschlingen 1/5 des Serums in die Bowman’sche Kapsel gepreßt. Das entstandene Ultrafiltrat enthält Wasser, Harnstoff, Kreatinin,
Glukose, Galaktose, Aminosäuren, Phosphat, HCO3-, Na+, Cl-, K+, Ca2+, ... . Es wird auch als
Glomerulusfiltrat bzw. GFR bezeichnet. Dieses fließt Richtung Nierenbecken, allerdings wird
davon nur 1/100 ausgeschieden.
b)
Filtrationsbarriere
Sie wird gebildet aus (innen  außen): Endothelzellen, Basalmembran (> 200 kDa) und
epitheliale Podozyten (> 65 kDa). Wasser und kleinmolekulare Bestandteile können leicht
passieren. Stoffe mit einem höheren Molekulargewicht (> 65 kDa) und Plasmaproteine können
nicht passieren, da die Schlitze, die von den Podozyten gebildet werden, zu klein sind.
Anionische Substrate treten leichter hindurch als kationische Substrate.
c)
66
67
Kapillarwände
Dieser wird betrieben durch den äußeren Gradienten.
Dieser kann gegen einen Gradienten erfolgen, getrieben durch Stoffwechselenergie (ATP).
153
Sie sind selektiv permeabel. Folgende Faktoren spielen dabei eine Rolle:





Größe, Form und Ladung der Moleküle
Verformbarkeit
Größe der filternden Fläche
Porengröße
Fixladungsdichte
Dies hat zur Folge, daß



kleinstmolekulare Stoffe nicht filtriert wrden können, wenn sie im Plasma an Proteine
gebunden sind (z. B. Medikamente, Hormone, ...),
kleinstmolekulare Teilchen eine 5 % höhere Konzentration im Ultrafiltrat haben als im
Plasma,
ein geringer Donnan-Effekt vorliegt, d. h. Kationen werden auf der Proteinseite
zurückgehalten, Anionen werden hingeben abgestoßen.
Glomerulusfiltrat, GFR
a)
GFR
Die Ultrafiltration wird beeinflußt durch Größe und Permeabilität der filtrierednden Fläche sowie
dem transmuralen hydrostatischen und kolloidosmotischem Druckunterschied. Bestimmt wird es
durch exogene (PAH-Clearance) und endogene (Kreatinin-Clearance) Clearance-Tests. Der
Volumenfluß durch die glomerulären Kapillarwände läßt sich ausdrücken durch:
GFR = LP  F  Peff
GFR = Kf  Peff
b)
= Wasserpermeabilität  Fläche  effektiver Druck
= Filtrationskoeffizient  effektiver Druck
Regulation der GFR
Die Regulation erfolgt über den RBF (renaler Blutfluß), der eine hohe spezifische Durchblutung
von ca. 20 - 25 % des Herzzeitvolumens hat. Im Mark herrscht ein höherer Widerstand, der durch
die langen Vasa recta mit den Kapillarflächen gebildet wird. So findet man zusätzlich noch eine
ungleiche Verteilung der Durchblutung zwischen Mark (10 %) und der Rinde (90 %). Humorale
und nervöse Impulse verändern den Gefäßradius der afferenten und efferenten Arteriolen. Bei
einer afferenten Volumenänderung Ändern sich GFR und RBF in der gleichen Weise, bei einer
Veränderung des efferenten Volumenwiderstandes ändern sich GFR und RBF gegensinnig. Die
Auswirkungen von Änderungen des afferenten und efferenten Arteriolenwiderstandes auf das
GFR und RBF sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Raff


normal
Reff
normal
normal

Rtotal



154
Pglom



GFR



RBF




normal
c)




Autoregulation
An den Nieren kann man beobachten, daß bei einer Veränderung des arteriellen Mitteldrucks die
Durchblutung der renalen Gefäße in einem bestimmten Bereich konstant gehalten wird.
(Blutdruckschwankungen im Bereich von 80 bis 180 mm Hg sind selbstregulierend.) Dieser Vorgang ist unabhängig von nervösen und humoralen Einflüssen und kann auch an isolierten Nieren
beobachtet werden.


Myogener Mechanismus: einer Erhöhung des arteriellen Drucks über eine Zunahme des
transmuralen Drucks und der Wandspannung der afferenten Arteriolen führt zu einer
Vasokonstriktion.
Renin-Angiotensinsystem: kann auch über Barorezeptoren in den afferenten Arteriolen
aktiviert werden, so daß dies auch zur Autoregulation beitragen kann.
6. Renale Resorption von Na+, Cl- und H2O
Der Gesamtkörpergehalt am austauschbaren Na+ wird ca. 9 x am Tag filtriert. Dabei werden 99 %
rückresorbiert und < 1 % ausgeschieden. 2/3 des filtrierten Na + und Cl- wird zusammen mit dem Wasser im proximalen Tubulus resorbiert. (H2O ca. 170 l / Tag und Na+ ca. 25 Mol / Tag)
Proximaler Tubulus
Im proximalen Tubulus erfolgt die Rückresorption von 65 % des GFR. Es ist v. a. Na + und H2O enthalten, wobei das Na+ mit 60 % über einen aktiven Transport und mit 40 % über einen passiven
Transport in die Epithelzellen aufgenommen werden.
a)
Frühproximaler Tubulus
Die ersten 25 % des proximalen Tubulus werden als frühproximaler Tubulus bezeichnet. Dieser
Abschnitt resorbiert schon fast vollständig Glucose und Aminosäuren, so daß man anhand der
unterschiedlichen Transportcharakteristika einen frühproximalen und einen spätproximalen
Tubulusanteil unterscheiden muß.
Na+
wird durch Antiport mit H+
und durch Symport mit
Glucose,
Galaktose,
Aminosäuren,
Phosphat,
Sulfat, u. a. in die Epithelzelle
aufgenommen. Mittels der
Na+-K+-ATPase
in
das
interstitielle Lumen oder
gleich in die Kapillare
abgegeben.
Cldiffundiert passiv über
parazellulären Weg durch:


Das H+ wird mittels HCO3- als
CO2 und H2O wieder in die
Zelle aufgenommen.

H2O
den erhält seinen Antrieb durch
die Resorption der Summer
aller Solute und wird paraDiffusion
aufgrund
des zellulär durch Osmose
elektrischen Gradienten, da resorbiert.
durch den aktiven Transport
des Natriums eine -2 mV
Spannung aufgebaut wird.
Diffusion
aufgrund
des
Konzentrationsgradienten, da
durch die Wasserresorption die
Cl- -Konzentration im Tubulus
ansteigt.
Konvektion (Solvent drag) mit
155
dem resorbierten Wasser
b)
Spätproximaler Tubulus
Na+
wird weiter so aufgenommen
wie in den oben geschilderten
Wegen, allerdings existieren
zusätzlich noch Na+-Kanäle.
Durch die HCO3- -Resorption
wird hier die elektrische
Spannung positiv (+ 2 mV),
so daß die parazelluläre
Aufnahme über Diffusion
aufgrund des elektrischen
Gradienten erfolgen kann.
Die
Abgabe
in
das
Interstitium bzw. in die in die
Kapillare erfolgt wieder über
die Na+-K+-ATPase.
ClH2O
wird parazellulär mittels Diffusion parazellulär durch Osmose
durch den elektrischen Gradienten
in das Epithel aufgenommen.
Durch die Cl- und die HCO3- Aufnahme in die Epithelien
entsteht
eine
+
2
mV
transepitheliale
Spannung
entsteht. Diese
fördert
die
parazelluläre
Aufnahme
von
Kationen (Na+, K+, Mg2+, Ca2+)
und hemmt gleichzeitig die weitere
Aufnahme von Anionen. Neben
der parazellulären Aufnahme gibt
es noch die zelluläre Aufnahme
von Cl- durch Cl-/Formiat-Carrier.
Das Cl- verläßt die Zelle über Cl/K+-Symport bzw. über Cl-/HCO3-Antiport.
Henle Schleife
a)
Dünne Abschnitte
In diesem Teil befinden sich keine Transportsysteme, so daß hier keine Transportleistung
verzeichnet werden kann.
b)
Na+
Cl-
-
-
H2O
diffundiert durch Osmose
durch permeable Membran
(25 %)
Dicker Anteil
Dieser Teil ist für Wasser völlig impermeabel, do daß diesen nicht diffundieren kann. Es können
daher nur Solute aufgenommen werden, was zu einer Osmolaritätsabnahme der
Tubulusflüssigkeit führt. Dieser Abschnitt wird deshalb auch als „Verdünnungssegment“
bezeichnet.
Cl- , Na+
werden über Na -K -2 Cl - Kotransporter aufgenommen. Hier
werden 25 % der Gesamtrückresorption von Natrium und Chlor in
die Epithelzellen transportiert. In die Kapillare gelangen die Ionen
über die Na+-K+-ATPase und über Cl- -Kanäle.
+
+
H2O
-
156
-
Distaler Tubulus
Dieser wird hormonell beeinflußt.
Na+
wird über Na+-H+-Antiport
und Na+-Cl- - Symport
aufgenommen,
wobei
in
diesem
Abschnitt
eine
Rückresorption von 10 % zu
verbuchen ist. Gehemmt wird
die
Aufnahme
durch
Furosemid.
Clwird über Na+-Cl- - Symport
aufgenommen.
In
diesem
Abschnitt findet eine Rückresorption von 10 % statt.
H2O
Permeabilität ist sehr hoch,
so daß über eine kurze
Strecke im Tubulusapparat
die Flüssigkeit wieder
isoton wird. Die Aufnahme
erfolgt über Osmose.
Sammelrohr
Hier befinden sich 2 verschiedene Zelltypen, die Hauptzellen und Zwischenzellen. Na + wird durch
einen Kanal aufgenommen, der durh Aldosteron aktiviert wird.  unterliegt ebenfalls der
hormonellen Kontrolle
Cl- , Na+
werden gegen den Konzentrationsgradienten aufgenommen (ca. 5
%)
H2O
-
Der Na+-Transport wird proximal der Sammelrohre durch die „glomerulotubuläre Balance“ und distal
davon vor allem durch das Hormon Aldosteron geregelt.
Glomerulotubuläre Balance
Unter dem Begriff „glomeruläre Balance“ versteht man die Fähigkeit vor allem des proximalen
Tubulus, auf Änderungen der filtrierten Menge mit einer Anpassung der Resorption zu reagieren, so
daß die prozentuale Resorption fast aller Solute und Wasser praktisch gleich bleibt
7. Renale Kaliumresorption und -sekretion
Im proximalen Tubulus werden schon 60 - 70 %, in der Henle Schleife weitere 25 - 35 % resorbiert.
Im distalen Tubulus ist der Transport sehr variabel. Es kann zwischen Resorption und starker
Sekretion schwanken, je nach dem wie hoch die K+-Zufuhr ist. Weiter distal wird weder Kalium
resorbiert noch sezerniert.
Proximaler Tubulus
Die K+-Resorption erfolgt ausschließlich über Schlußleisten und damit parazellulär. Es ist abhängig
vom Wassergehalt des interzellulären Gewebes, das wiederum von der Na + und Cl- -Resortpion
abhängig ist.
157
Henle Schleife
a)
Dünner absteigender Teil
Hier findet keine K+-Resorption statt.
b)
Aufsteigender dicker Schenkel
Wie bereits bei Na+- bzw. Cl- -Resorption beschrieben, wird hier das Kalium über einen Ha+-K+2 Cl- -Kotransporter in die Zelle aufgenommen. Ebenso enthält die apikale Seite noch K +-Kanäle
durch die das Kalium in den Tubulus diffundieren kann und dort eine positive Ladung
verursacht. Die basolaterale Seite enthält K+-Cl- - Kotransporter, der beide Ionen aus der Zelle
hinaustransportiert und somit die K+-Resorption antreibt.
Distaler Tubulus und Sammelrohr
Die Aufnahme, sowie die Abgabe erfolgt entweder zellulär über Na+-K+-ATPasen oder parazellulär
über Schlußleisten. Wenn Kalium in die Zelle aufgenommen wurde, kann es diese wieder über K +Kanäle auf der apikalen und der basolateralen Seite verlassen.


Sekretion: passiver Transport, der über das Aldosteron gesteuert wird. Dieses bewirkt eine
lumennegative Spannung, so daß das K+ passiv durch Kanäle oder die Schlußleisten in das
Lumen strömen kann.
Resorption: primär aktiver Transport über H+-K+-ATPase gelangt das Kalium in die
Zwischenzellen der Sammelrohre.
8. Renale Rückresorption von Glucose und Aminosäuren
Glucose und Aminosäuren werden im proximalen Tubulus in Cotransport mit Na + fast vollständig
resorbiert. Bei normalen Plasmakonzentrationen ist die Resorption schon im frühproximalen Tubulus
abgeschlossen.
Glucose
Glucose wird über ein 3-teiliges System aufgenommen, das aus einem Na+-Glucose-Symport, einer
Na+-K+-ATPase als Antrieb dieses Systems und einem basolateralen Uniporter, mit dem der Zucker
die Zelle wieder verläßt. Es werden 765 mmol/Tag herausgefiltert. Es erfolgt keine Ausscheidung.
Aminosäuren
Aminosäuren werden wie die Glucose in einem Na+-AS-Symport in die Epithelzelle aufgenommen.
Man unterscheidet noch zwischen neutralen und sauren Aminosäure, die über einen Symport
aufgenommen werden und den basische Aminosäuren, die durch Uniporter aufgenommen werden.
Auf der basolateralen Seite verlassen die Aminosäuren durch Uniporter passiv die Zelle. Es werden
425 mmol/Tag herausfiltriert, 0,1 % bis 6 % werden ausgeschieden.
158
9. Ausscheidung von Harnstoff, Harnsäure, Oxalat und organischen Säuren
Harnstoff (Urea)
Der Harnstoff ist ein Stoffwechselprodukt aus dem Aminosäure-Stoffwechsel. Es ist bereits im
Ultrafiltrat enthalten, wird aber im proximalen Tubulus bis zu 50 % wieder resorbiert. Dies geschieht
durch Diffusion oder solvent drag. Die distalen Tubuli und die Sammelrohre sind für Harnstoff
impermeabel. Im medulären Teil der Sammelrohre befinden sich Harnstoff-Carrier. Der
aufgenommene Harnstoff diffundiert wieder in die Henle Schleife, um wieder im Tubulus
zurückzufließen. Die Harnstoffkonzentration ist im Sammelrohr ca. 100 x höher als im Plasma. Dieses
System ermöglicht es, den Harnstoff in hohen Konzentrationen mit einem geringen Wasseranteil
auszuscheiden.
Harnsäure
Die Harnsäure ist das Endprodukt der Purinsynthese und findet sich im Plasma hauptsächlich als Na +Urat, das sehr schlecht löslich ist. Die Ausscheidung erfolgt über die Niere mit 70 % und über das
Interstitium mit 30 %. Bei einer erhöhten Konzentration im Plasma, kann es zu Ablagerungen in den
Gelenkkapseln führen, in denen die Harnsäure mit Ca2+ Kristalle bildet. Das Krankheitsbild ist die
Gicht. Im Urin befinden sich direkte Komplexbildner (Citrat, Ca2+-bindende Proteine,
Mukopolysaccharide) und weitere Inaktivoren, die eine Bildung von Harnsäurekristallen verhindern.
Bei Hyperuricämie kann es aber zur Bildung kommen.
Oxalat
Kalciumoxalat ist der häufigste Bestandteil von Nieren und Harnsteinen. Oxalat entsteht im
Aminosäurestoffwechsel und kann aber ebenso mit der Nahrung aufgenommen werden (Tee, Kakao,
Rhabarber, ..) Es wird im proximalen Tubulus sezerniert und resorbiert.
Sekretion von organischen Ionen
Sie werden entweder gleich im Glomerulum in das Ultrafiltrat gefiltert oder später durch tertiär aktive
tubuläre Sekretionsmechanismen in das Tubulussystem sezerniert.
a)
Organische Anionen
Dazu gehören PAH, cAMP, Furosemid, Konjugate, Oxalat, Penicillin, Salicylat, ... Diese werden
auf der basolateralen Seite durch einen Dicarboxylat-org. Anionen-Antiporter gegen den elektrochemischen Gradienten in die Zelle aufgenommen und auf der apikalen Seite erfolgt der Efflux
durch Anionen-Antiporter. Der Antrieb dieses Stoffaustausches (tertiär aktiver Transport) ist der
Dicarboxylat-Gradient, der durch Na+-Dicarboxylat-Antiporter aufrecht erhalten wird.
b)
Organische Kationen
Die Kationen werden auf der basolateralen Seite passiv aufgenommen und an der apikalen Seite
durch einen tertiär aktiven H+-org. Kationen-Antiporter in das Tubulussystem abgegeben. Der
Antrieb des Antiports wird aus dem H+-Gradient gespeist, der durch einen apikalen Na+-Ka+159
Antiporter erzeugt wird. Wichtige anorganische Kationen sind Methylnikotinamid, Adrenalin,
Atropin, Acetylcholin, Dopamin, Histamin und Morphin.
10. Resorption von Kalzium, Magnesium, Phosphat und Sulfat
Kalzium
Das Kalzium wird zu 60 % im proximalen Tubulus, 30 % in der Henle Schleife und zu 9 % in den
distalen Tubulusabschnitten resorbiert. Als Transportformen findet man:



Einen passiven Mechanismus: Permeabilität des Tubulussystems, so daß das Kalzium
parazellulär diffundieren kann, oder aufgrund eines elektrischen Gradienten bzw. eines
Konzentrationsgradienten diffundieren kann
Einen primär aktiven Mechanismus: in der basolateralen Membran befinden sich Ca 2+-ATPasen,
die das Kalzium in das Interstitium transportieren
Einen sekundär aktiven Mechanismus: in Form von 3 Na2+-Ca2+-Antiporter in der basolateralen
Membran
Die Regulation des Kalziumhaushaltes wird von 3 Hormonen gesteuert, dem Parathormon (PTH,
Parathryin), Kalzitonin und dem Vitamin D-Hormon (1,25 (OH)2-Cholekaziferon), sowie über die
Kalzium-Konzentration des Plasmas.
Magnesium
Magnesium wird im proximalen Teil und im dicken aufsteigenden Teil der Henle Schleife
vorwiegend parazellulär resorbiert.
Phosphat und Sulfat
Beides wird schon zum größten Teil im proximalen Tubulus resorbiert. Das Phosphat als HPO 42- und
Sulfat wird im Austausch mit 2 Na2+ in die Zelle aufgenommen und auf der basolateralen Seite
aufgrund eines elektrochemischen Gradienten wieder aus der Zelle hinausgeschleust.
11. Regulation des Säure-Base-Haushaltes durch die Niere
Protonen-, Ammonium- und Bikarbonat-Transport
a)
H+-Sekretion
Die H+-Ionen werden durch einen primär oder sekundär aktiven Transport gegen den
elektrochemischen Gradienten in die Tubuluszelle befördert. Da H+ und HCO3- im Gleichgewicht
stehen, sammelt sich genausoviel HCO3- an, wie an H+-Ionen vorhanden ist. Über HCO3--Cl-Antiport oder HCO3-CO32Na+-Symport wird das Bikarbonat auf der basolateralen Seite wieder
aus der Zelle hinausbefördert.
b)
Phosphatausscheidung
Das Phosphat liegt im Plasma als HPO42- vor. Bei einer Azidose steigt die Plasmakonzentration
an Phosphat an, da vermehrt P aus den Kochen freigesetzt wird. In den Nieren wird daraufhin
vermehrt Na2HPO4 herausgefiltert, das sich im Primärharn befindet. Im Tubulus reagiert das
160
Na2HPO4 mit H+ zu NaH2PO4-, ein schwer resorbierbarer Komplex, der somit ausgeschieden
wird. Das Na+ wird über einen Na+-H+-Antiporter rückresorbiert.
c)
Ammoniumausscheidung
In den Tubuluszellen, v. a. im proximalen Teil, wird in 2 Desaminierungsschritten aus Glutamin
über Glutamat 2-Oxo-glutarat2- und 2 NH4+ gebildet:
Glutaminase
Glutamin
Glutamat- + NH4+
2-Oxo-glutarat2- + NH4+
Es wird das NH4+ als NH3 in das Lumen der Tubuli angegeben, das sich im dort mit H+ zu NH4+
verbindet. Die Konzentration an Ammoniumionen steigt dadurch sehr an, weil die Epithelzellen
relativ impermeabel dafür sind. In der aufsteigenden Henle Schleife kann ein Teil des NH 4+/NH3
wieder resorbiert werden, wodurch es zu einem korticomedullären Gradienten führt. Nach dem
Prinzip der Gegenstromkonzentrierung diffundiert NH4+/NH3 aus dem Interstitium und den
Epithelien der Sammelrohre wieder in die Sammelrohre hinein.


d)
Bei einer Azidose ist die Aktivität der Glutaminasen erhöht, so daß vermehrt NH4+/NH3
gebildet werden kann. Dieses diffundiert entlang des Konzentrationsgradienten in das
Lumen, so daß der Gradient für NH3  NH4+ ansteigt. Dies führt zu einer vermehrten
Bildung von neuen NH3.
Ein niedriger pH-Wert erhöht den Konzentrationsgradienten für NH3, weil das
Gleichgewicht von NH3: NH4+ auf die Seite des NH4+ verschoben ist. NH4+ kann nicht durch
die Membran diffundieren, so daß vermehrt NH3 in das Tubuluslumen sezerniert wird.
Bikarbonatresorption
Die Resorption ist abhängig von der Konzentration des HCO3- im Plasma bzw. im Filtrat. Bei
einer normalen HCO3- -Konzentration, wird es komplett resorbiert. Bei Überschreitung eines
bestimmten Schwellenwertes, wird das HCO3- so lange ausgeschieden, bis sich ein normaler
Wert wieder eingestellt hat. Die Aufnahme des Bikarbonats im Tubulus erfolgt durch die
Verbindung des HCO3- + H+  H2CO3, das daraufhin wieder zu H2O + CO2 zerfällt und so in die
Epithelzellen aufgenommen wird. Das intrazellulär angereicherte H2CO3 gibt das H+ über einen
Na+-H+-Antiporter wieder in das Lumen ab, während das verbleibende HCO3- auf der
basolateralen Membran in Blut diffundiert.
Regulation erfolgt über die Ausscheidung.
Bei einer Azidose wird der Urin angesäuert, bei einer Alkalose dagegen alkalisiert.
a)
Azidose68


Vollständige Bikarbonatresorption
Steigerung der H+-Sekretion durch einen Na+/H+-Antiport in den Tubuli und der Henle
Schleife, sowie einen Einbau von K+-H+-ATPasen in die Zwischenzelle vom Typ A (apikale
68
Bei einer Acidose kann der Urin einen pH-Wert bis zu 4 erreichen, jedoch nicht saurer. Das entspricht etwa 1
% der auszuscheidenden sauren Valenz. Titrierbare Säuren puffern den Urin ab.
161


b)
Alkalose


c)
Seite) des corticalen Sammelrohrs. Auf der gegenüberliegenden Seite befinden sich HCO3- Cl- -Antiporter.
Glutaminaseaktivität steigt, so daß es zu einer Ausscheidung von Ammonium-Ionen kommt.
Phosphatausscheidung puffert den Harn
Bikarbonatresorption ist vermindert.
Protonensektretion ist ebenfalls vermindert, da hier die Zwischenzellen vom Typ B des
kortikales Sammelrohrs mitwirken. Durch einen Cl- -HCO3- - Antiport auf der apikalen Seite
der Tubuluszelle wird vermehrt Bikarbonat ausgeschieden, so daß sich dieses in der
Reaktion HCO3- + H+  H2CO3 verbindet und als CO2 + H2O wieder in die Zelle
diffundieren kann. In der Zelle selbst wird aus dem H2O + CO2  HCO3- + H+, so daß das
H+ auf der basolateralen Seite der Tubuluszelle durch eine H+-K+- ATPase ins Blut
abgegeben werden kann.
Normalerweise
Bei der normalen Urinkonzentrierung hat man eine vollständige HCO3- -Resorption und eine H+Sekretion. Allerdings erfolgt die renale Säure-Base-Ausscheidung in Anpassung an den GesamtSäure-Base-Haushalt!
12. Harnkonzentrierung im Nierenmark
Konzentration des Urins nach dem Gegenstromprinzip




im äußeren Mark lokalisierter aktiver Na+-Cl- -Transport in den wasserimpermeablen dicken
Henle-Schleifenschenkeln
passive Harnstoffzirkulation zwischen Mark und Rinde
geringe Durchblutung in den wenig autoregulierten Markgefäßen
ADH-regulierte H2O-Permeabilität in den Sammelrohren
Gegenstromprinzip
Durch das Gegenstromsystem ist eine 100 x Konzentrierung möglich, so daß insgesamt nur ca. 1 %
des Glomerulafiltrates ausgeschieden werden.


Wasserdiurese: viel Wasseraufnahme führt zu einem hypoosmolalen Urin ( bis 290 mosmol/kg)
Antidiurese: wenig Wasseraufnahme hat einen hyperosmolaren Urin zur Folge
Die Konzentrierung bei Antidiurese bzw. Verdünnung bei Diurese wird von ADH-abhängigen
Wasserkanälen in den Sammelrohren regelt.
Gegenstromprinzip im äußeren Mark
Permeabilität für:
Wasser
162
Na+
Harnstoff
aktiver Na+Transport
dünn absteigend (DTL)
Henle Schleife dünn aufsteigend (ATL)
dick aufsteigend (TAL)
kortical (CCT)
Sammelrohre
medullär (MCT)
+
0
0
(ADH = 0): 0
(ADH = +): +
(ADH = 0): 0
(ADH = +): +
+
+
+
+
0
0
0
0
+
+
+
(+)
Ausgelöst wird die Urinkonzentrierung durch die im äußeren Mark erfolgende Na +-Cl- - Resorption
aus dem wasserimpermeablen TAL in das Interstitium. Die tubuläre Flüssigkeit wird, wenn sie nach
distal fließt, hypoosmolal. Das Interstitium wird statt dessen hyperosmolar und die in den
absteigenden dünnen Schenkel einströmende tubuläre Flüssigkeit wieder hyperosmolar durch den
H2O-Ausstrom.
Konzentrierung im Mark
Hier ist für die Konzentrierung v. a. der Harnstoff verantwortlich. Dieser wird durch die enddistal einsetzende Wasserresorption entlang der Sammelrohre zunehmend konzentriert, da die kortikalen Sammelrohre zwar permeabler für Wasser werden, nicht aber für Harnstoff. Erst die medullären Sammelrohrabschnitte besitzen Carrier für den Harnstofftransport, so daß hier der Harnstoff entlang eines
Konzentrationsgradienten diffundieren kann. Ein Teil des Harnstoff unterliegt so der Rezirkulation.
Wichtig für das Funktionierens des Gegenstromsystems ist der Aufbau eines hyperosmolalen
Interstitiums.
Im Mark ist das Interstitium hyperosmolal,. Durch die niedrige Durchblutung der Vasa reca wird verhindert, daß die Solute ausgeschwemmt werden. Stoffe, die mit dem Blut in die Vasa recta einfließen,
werden durch die Anordnung der Vasa recta-Gefäßbündel nicht angereichert. Diese Gegenstromdiffusion bewirkt eine Rezirkulation der Solute.
13. Nierenfunktionsprüfungen
Urinanalysen
a)
Urinzeitvolumen (V)U
Das Urinzeitvolumen wird gemessen in [l/d] oder [ml/min]. Eine normale Urinausscheidung
(Diurese) liegt bei 1 ml/min. Liegt ein Wasserüberschuß oder ein vermehrter Anfall von Soluten
im Körper, kann VU auf mehrere l/d ansteigen (Polyurie). Bei Wassermangel sinkt die
Urinausscheidung bis auf 700 ml/d (physiologische Oligurie), was gerade noch ausreichend für
das entfernen der anfallenden Stoffwechselprodukte ist. Sinkt die Ausscheidungsmenge unter
diesen Wert (pathologische Oligurie) bzw. bleibt die ganz aus (Anurie) kommt es zu einer
Anhäufung von Soluten und Wasser im Körper (Urämie).
b)
Urinzusammensetzung
Die Urinzusammensetzung ist abhängig von der Konzentration einzelner Solute [X] U in mmol/l
und der Gesamtkonzentration [Osmol]U in mosmol/kg. Es gibt keine normalen Werte für [X] U
und [Osmol]U. Sie sind abhängig von Nahrung, körperlicher Aktivität und V U. Urin ist frei von
Glucose, Aminosäuren, Plasmaproteinen, Blutzellen (Erythrozyten, Leukozyten)
163
Plasmaanalysen
Plasmaanalysen [X]P dienen zur Erfolgskontrolle der Nierenfunktion. Wenn eine Störung der Nierenfunktion vorliegt, ist die Zusammensetzung des Plasmas verändert, z. B. bei Diabetes mellitus oder
bei einer Azidose. Deshalb sollte immer zusammen mit einer Plasmaanalyse eine Urinanalyse
durchgeführt werden. Beide Werte können zur Berechnung der Clearence verwendet werden.
Clearance
Dieser wert beschreibt das Verhältnis der pro Zeiteinheit ausgeschiedenen Substanzmengen zur Plasmakonzantration des betreffenden Stoffes. Es beschreibt somit das Plasmavolumen, das pro Minute
durch die Nieren fließen muß, um die ausgeschiedene Substanzmenge der Niere zuzuführen. Dabei ist
Cx der Klärwert der Substanz. Gemessen wird in [ml/min] oder [l/d].
VU  [X]U
Cx = ------------------[X]P
Meßwerte variieren unter normalen Bedingungen nur wenig: wenn die Plasmakonzentration steigt,
steigt auch die ausgeschiedene Stoffmenge an. Es ist ein empfindlicher Indikator für die Störungen
der Nierenfunktion. Man unterscheidet noch eine exogene von einer endogenen Clearence
Die endogene Clearance ist der Klärwert für die körpereigenen Substanzen, z. B. endogene KreatininClearance, Aminosäure-Clearance oder H2O-Clearance. Als Faustregel kann man sich merken, daß
die Abnahme des GFR auf 1/5 der Norm zu einem Ansteig von [K]P um das 5-fache der Norm führt.
VU  [K]U
Ckreatinin = GFR = --------------------[K]P
Die exogene Clearance ist der Klärwert von außen durch Dauerinfusion zugeführten Meßsubstanzen,
z. B. Inulin, PAH.
a)
Bestimmung des RBF über Clarence
Die Bestimmung des RBF ist rechnerisch möglich, da das PAH beim passieren der Niere durch
Filtration und tubuläre Sekretion vollständig extrahiert wird. Deshalb ist [X]VP = 0.
VU  [X]U
Cx = ------------------[X]aP - [X]VP
b)
PAH-Clearance
164
Die PAH-Clearence dient der Bestimmung der Gesamtfiltrationsrate, da das PAH (p-Amino-hippurat) fast vollständig eliminiert wird. Deshalb gilt: CPAH = RPFeff69
RPFeff
RBFeff = -------------------------(1 - Hämatokrit)
c)
Inulin-Clearance
Dieser Wert dient zur Bestimmung der glomerulären Filtrationsrater. Das Inulin ist ein
Fructopolysaccharid aus den Wurzeln der Dahlien. Es hat den Vorteil, daß es ungehindert filtriert
und vom Tubuli weder resorbiert noch sezerniert wird. Es wird in der Niere auch nicht
metabolisiert oder synthetisiert. Das Verfahren fällt unter die exogene Clearence, da das Inulin
im Körper nicht selbst synthetisiert werden kann, sondern durch Dauerinfusion zugeführt werden
muß.
VU  [Inulin]U
CInulin = GFR = ----------------------[Inulin]P
d)
Clearance-Quotient
Der Clearence-Quotient ist das Verhältnis der Substanzmenge X zur gemessenen Clearence von
Inulin (Cx / Cinulin). Der Wert gibt Auskunft über:
=1
<1
>1
Substanz wird weder resorbiert noch sezerniert
Substanz wird netto resorbiert
Substanz wird netto sezerniert + filtriert
14. Stickstoffhaltige Substanzen im Harn
Es sind Endprodukte aus dem Stoffwechsel N-haltiger Substanzen (Proteine, Aminosäuren,
Nukleotide). Dazu gehören:
Stoff
Harnstoff
Harnsäure
NH3
69
% N-Abgabe
90 % bei Säugetieren
95 % bei Vögeln und Reptilien
5 % bei Affe, Dalmatiner, Mensch
Fische, Wasservögel und Kolibri
RPFeff = renaler efferenter Plasmafluß
165
Eigenschaften
Ungiftig und wasserlöslich
Ungiftig, schwer wasserlöslich und kann zu
Nierensteinen und zur Gicht führen
Giftig
Kreatinin
Hypoxantin
2 - 4 % bei Säugetieren und Vögeln
5 % bei Säugetieren
Besser wasserlöslich
15. Miktionsreflex
Miktion
Dehnung der Blase erregt parasympathische Neurone (Dehnungsrezeptoren) und hemmt die sympathischen Neurone. Es kommt zur Kontraktion des Detrusors und zum Erschlaffen des inneren Sphincters.
Hemmung der Motoneurone führen zum Erschlaffen des äußeren Sphincters. Eine Verstärkung der
Reflexe durch das Miktionszentrum im Hirnstamm: hier wird entschieden, ob die Miktion in Gang
kommt.
Harnmenge
Sie variiert nach der Wasseraufnahmemenge und der körperlichen Arbeit. Viel Wasser führt zur
Diurese, normal oder wenig Wasser zur Antidiurese.
16. Eigenschaften und Bestandteile des Harns
Eigenschaften







Aussehen: klarer Harn, nur Pferd trüb (Schleim aus den Nierenbeckendrüsen), flockt nach stehen
lassen aus (Schleim, Kristalle, ...)
Farbe: Urochrome färben den Harn gelb (Porphyrine, Bilirubin, Urubilin)
Geruch: aromatisch
Menge: Polyurie, Oligurie, Anurie
Relative Dichte: abhängig vom Harnvolumen, < 1,032
Osmolarität: 800 - 900 mosmol/kg
pH:  6
Bestandteile


Organische Bestandteile: stickstoffhaltige Substanzen(Harnstoff, Creatinin, Ammonium, Aminostickstoff , Aminosäuren und Harnsäure), Hormone, Medikamente, Enzyme,
Kohlenhydrate (fast gar nicht), organische Säuren, Fettsäuren (langkettige nur sehr wenig),
Vitamine
Anorganische Bestandteile: Natrium, Chlor, Kalium, Sulfat, Phosphat, Calcium, Magnesium,
Wasser
17. Niere als endokrines System
Auf die Funktionen der Niere üben verschiedene Hormone einen Einfluß aus. Sie werden entweder in
der Niere selbst synthetisiert oder sind bereits an einer anderen Stelle im Körper synthetisiert worden.
17.1 Intrarenal gebildete Hormone
Renin-Angiotensin-System
166
a)
Bildung
Die juxtaglomerulären Zellen werden über eine Einschränkung der Nierenfunktion,
Hyponatriämie (Natriummangel), Hypovolämie und Blutdruckabfall, sowie durch den
Sympathikus ( 1-Rezeptoren) aktiviert. In der Macula densa wird Renin gebildet, in Granula
gespeichert und ausgeschüttet. Das Renin ist eine saure Protease, die aus dem in der Leber
gebildeten 2-Globulin Angiotensinogen (inaktives Prohormon), Angiotensin I abspaltet. Das
Angiotensin I wird durch eine Peptidase, das converting enzyme, in das Angiotensin II
umgewandelt.
Renin
converting enzyme
Angiotensin  Angiotensin I  Angiotensin II
b)
Aufgaben des Angiotensin II




Vasokonstriktion, die eine Erhöhung des afferenten Arteriolenwiderstandes zur Folge hat
und somit zum Blutdruckanstieg führt
Vermehrte Bildung von Aldosteron, das zu einer Na+-Rückresorption in Niere (tubuläre
Rückresorption) und Darm führt. Die Wirkung tritt nur langsam ein, ist jedoch für die
mittelfristige Blutdruckregulation wichtig.
Wirkt auf das Durstzentrum im Gehirn  vermehrte Wasseraufnahme
Allgemeine Wirkungen sind Kontrolle des Na+-Bestandes, Kontrolle des extrazellulären
Flüssigkeitsvolumens und der Blutdruckregulation
Erythropoetin
a)
Hormon und Bildung
Das Erythropoetin ist ein Glykoprotein, das aus 165 Aminosäuren aufgebaut ist. Es wird von
Nierenzellen und in geringen Mengen auch in der Leber produziert Die Ausschüttung wird
stimuliert durch den Abfall des pO2-Wertes.
b)
Wirkung
Es wirkt hauptsächlich auf das Knochenmark, zu dem es mit dem Blut transportiert wird. Dort
fördert es die Differenzierung der Erythrozytenvorstufen, die Synthese von Hämoglobin und die
Abgabe jugendlicher Erythrozyten an das Blut.
Vitamin-D-Hormon, Cholekalziferol, Kalzitriol
a)
Bildung
Das Vitamin D-Hormon wird aus Calciferolen gebildet. Es sind fettlösliche Substanzen, die den
Steroiden nahe stehen. Man unterscheidet hier das Ergocalciferol (Vitamin D2) und das
167
Cholecalciferol (Vitamin D3). Sie entstehen aus ihren Provitaminen durch Ultraviolettstrahlung
(Hydroxylierung).
Am Beispiel des Cholecalciferol (25 (OH)-Cholekalziferol), das aus der Nahrung oder dem
Cholesterinstoffwechsel, stammt, wird durch UV-Licht und der 1-Hydroxylase umgewandelt
bzw. hydroxyliert in 1,25 - Dihydroxycholecalciferol, das sog. „Vitamin-D3-Hormon“. Stimuliert
wird die Reaktion durch PTH (Parathormon) und gehemmt durch Phosphat- und Calciumionen.
Aus dem 25 (OH)-Cholekalziferol kann auch eine inaktive Form, das 24,25-Cholekalziferol
gebildet werden, das durch PTH gehemmt und von Ca2+ und 1,25-Dihydroxycholekaliferiol
stimuliert wird.
b)
Wirkung
Die Abgabe erfolgt bei Kalzium- und Phosphatmangel. Im Plasma ist das Hormon fast
vollständig an das Vitamin-D-bindende Protein, ein Albumin, gebunden. Seine Wirkungen
beschränkt sich auf die Resorption von Calcium und Phosphat aus dem Darm, die dadurch
gesteigert wird.
Eikosanoide
Die Eikosanoide, werden aus ungesättigten Fettsäuren in der Niere selbst,sowie auch in anderen
Geweben gebildet. Sie haben verschiedene Wirkungen auf die Niere:



Beeinflussung des renalen Gefäßtonus durch Vasokonstriktion (TxA2, PGF2 und LTD4) bzw.
Vasodilation (PGI2 und PGE2), das zu einem Ansteig der Durchblutung im juxtamedulären
Bereich führt.
Beeinflussung der tubulären Na+-Resorption (PGI2 und PGE2) durch Hemmung der Transporter
im aufsteigenden Schenkel der Henle Schleife, sowie in den Sammelrohren.
Modulation der Wirkung von ADH, da PGE2 zum einen die Sekretion von ADH fördert, aber
andererseits die Wirkung des ADH am Tubulus abschwächt.
17.2 Extrarenal gebildete Hormone
Aldosteron
Das Aldosteron wird in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde (Syntheseort) gebildet und
gelangt über das Blut nur Niere. Es ist ein Mineralocorticoid und hat eine Latenzzeit von 60 bis 90
Minuten. In der Niere wirkt es auf die distalen Tubuli und die Sammelrohre (Wirkort) und steigert
dort die Na+-Resorption. Dies geschieht durch Zunahme der Anzahl an apikalen Na +-Kanälen (über
die mRNA erfolgt ein erhöhter Einbau von Na+-Kanälen, die eine Steigerung der Na+-Resorption zur
Folge hat), sowie eine Erhöhung der Offen-Wahrscheinlichkeit der Kanäle. Zusätzlich steigert es noch
die Sekretion von K+, da es durch die erhöhte Aufnahme des Na+ im Lumen der Tubuli zu einer
negativen Spannung kommt.
Atriopeptin, ANF
Das Atriopeptin oder auch atrialer natriuretischer Faktor wird in den Vorhöfen des Herzens
(Syntheseort) gebildet und bei starker Kochsalzausnahme oder extrazelluläre Volumenzunahme
168
ausgeschüttet. Es wirkt gefäßaktiv (gefäßerweiternd), steigert die GFR, steigert die H 2OAusscheidung, hemmt die Na+-Resorption im Sammelrohr und fördert somit die Na+-Ausscheidung.
ADH, antidiuretisches Hormon, Vasopressin
Das Vasopressin wird in der Neurohypophyse, Hypophysenhinterlappen (HHL) gebildet und bei einer
Abnahme des Plasmavolumens, sowie bei einer Zunahme der Osmolarität des Extrazellulärraumes
ausgeschüttet. Es hat eine Latenzzeit von 1 bis 2 Minuten und wirkt wie die anderen Hormone am distalen Tubulus und den Sammelrohren. Seine Aufgaben sind:


Erhöhung der Wasserpermeabilität im Bereich der Sammelrohre
Verminderung der glomerulären Filtrationsrate
Parathormon (PTH)
Das Hormon ist das Parathormon (PTH). Es ist ein Peptidhormon bestehend aus 84 Aminosäuren.
Beim Absinken der Plasmaionenkonzentration (Hypocalcämie) wird die Freisetzung des Hormons
veranlaßt. An der Niere hat es folgende Wirkungen:




Förderung der Ca2+-Rückresorption, d. h. Verminderung der Ausscheidung von Calciumionen
Hemmung der Phosphat-Rückresorption
Stimulation des Umbaus vom Vitamin-D in das Vitamin-D-Hormon
Verminderung der glomerulären Filtrationsrate
HAUSHALT
169
1. Säure-Base-Haushalt
1.1 Chemische Grundlagen der pH-Regulation
Definition des pH-Wertes
Der pH-Wert ist als der negativ-dekadische Logarithmus der H+-Ionen definiert: pH = - log [H+]. In
der extrazellulären Flüssigkeit liegt der pH-Wert bei 7,4 schwankt aber normalerweise zwischen 7,35
und 7,45. Die Wasserstoffionenkonzentration wird in einer bestimmten Schwankungsbreite reguliert,
wofür Puffersysteme notwendig sind.. Wichtige physiologische Puffer befinden sich in den Nieren
und der Lunge. Die chemischen Puffer sind zu gleichen Teilen im intrazellulären (vorwiegend Proteine und org. Phosphate) und dem extrazellulären Raum (Hämoglobin, Plasmaproteine, Bikarbonat)
verteilt.
Definition von Säure / Base


Säure = Protonendonator (H+)
Base = Protonenakzeptor (OH-)
Chemische Gleichgewichte
assoziiert
HA  H+ + A-
dissoziiert
Im Gleichgewicht:
VDissoziation = Vassoziation
Massenwirkungsgesetz
[H+] [A-]
k1
K = ------------------- = -----[HA]
k2
70
Puffer
Ein Puffer ist eine Lösung aus einer schwachen Säure und ihrer korrespondierenden Base. Wirkung:
HA + OH-  A- + H2O
A- + H3O+  HA + H2O
Die Pufferkapazität ist die Mol-Menge, die zugegeben werden kann, bis der pH-Wert sich um  1
verändert. Die höchste Pufferkapazität eines Puffers liegt um den pKS-Wert71  1 und ist pHabhängig.
Henderson-Hasselbach-Gleichung
70
K = Dissoziationskonstante/ Gleichgewichtskonstante
Der pKS ist der - log K und stellt ein Maß für die Stärke einer Säure dar. Je niedriger der pK S-Wert, desto
stärker dissoziiert die Säure in Wasser, desto saurer reagiert sie.
71
170
Diese Gleichung verwendet man für die Berechnung des pH-Wertes einer Pufferlösung.
[A-]
pH = pKS + log ---------[HA]
Salz
--------Säure
pK ist der dementsprechend dem pH-Wert symbolisierte negativ-dekadische Logarithmus der Massenwirkungskonstante K. Dieser Wert gibt an, bei welchen pH-Wert beider Parameter unter dem
Logarithmus gleich sind.
1.2 Störungen des Säure-Base-Haushaltes
Azidose und Alkalose
pH des Blutes
Azidose72
Alkalose73
Toleranzwerte
7,4 ± 0,03
< 7,37
> 7,43
7,0 - 7,8
(7,37 - 7,43)
(sauer < 7)
(basisch > 7)
Respiratorische Störungen74
a)
Respiratorische Azidose
Eine respiratorische Azidose wird durch eine ungenügende alveoläre Ventilation hervorgerufen
werden, da nicht genug CO2 abgeatmet werden kann, so daß der pCO2 im arteriellen Blut ansteigt
(Hyperkapnie): H2O + CO2  H+ + HCO3-  pH . Vorkommen bei Lungenkrankheiten,
Störungen des Atemzentrums im Gehirn
b)
Respiratorische Alkalose
Eine respiratorische Alkalose entsteht durch Hyperventilation, da es dadurch zu einem
vermehrten ausatmen von CO2 kommt, der pCO2 fällt (Hypokapnie)  pH . Vorkommen bei
Hyperventilation.
Metabolische Störungen75
a)
Metabolische Azidose
Die Ursache für eine metabolische Azidose ist die Abnahme der Bikarbonatkonzentration,
obwohl eine weitgehende ungestörte Atemfunktion mit normalen pCO2 vorliegt. Vorkommen bei
schwerem Durchfall (HCO3- -Verlust), Nierenschädigungen (Insuffizienz mit ungenügender H+-
72
Abweichungen in den sauren Bereich
Abweichungen in den basischen, alkalischen Bereich
74
Abweichung vom pCO2 durch Ventilationsstörungen, Basenüberschuß (BE = base excess) normal
75
Abweichungen vom BE durch Änderungen der Bikarbonatkonzentration, pCO 2 normal
73
171
Ionen-Elimination), Diabethis mellitus (vermehrtes Auftreten von Ketonsäuren) und bei
verstärkter Milchsäurebildung bei körperlicher Arbeit.
b)
Metabolische Alkalose
Eine metabolische Alkalose entsteht bei länger andauerndem Erbrechen, da dadurch die verloren
gegangene Magensäure ersetzt wird und gleiche Mengen an Bikarbonat in das Blut eingelagert
werden (BE   pH ). Vorkommen ist bei starkem Erbrechen.
Diagnostik
unkompensierte Störungen
PH
BE

respiratorische Azidose

respiratorische Alkalose


metabolische Azidose


metabolische Alkalose
pCO2


Partiell76 oder komplett77 kompensierbare
Störungen
PH
BE
pCO2


respiratorische Azidose


respiratorische Alkalose


metabolische Azidose


metabolische Alkalose
Kompensationsmechanismen
a)
Respiratorische Alkalose
Bikarbonat muß zusätzlich noch eliminiert werden. Dies geschieht durch die Niere. Durch den
verminderten PCO2 ist dort die zelluläre Bereitstellung von H+-Ionen vermindert, der Na+-H+Antiport hat einen geringen Umsatz, und die treibende Kraft für die Bikarbonatresorption ist
vermindert. Es wird mehr HCO3- ausgeschieden.
b)
Respiratorische Azidose
Hier kommt es in der Niere zu einer Regeneration von Bikarbonat. Für jedes über NichtBikarbonatpuffer (NH3, Phosphat) eliminierte H+-Ion wird ein HCO3- -Molekül in der
Tubuluszelle gebildet und in das Blut resorbiert. Es folgt daraus ein Ansteig der
Bikarbonatkonzentration im Blut.



76
77
Respiratorische Azidose
Basenüberschuß
HCO3- -Resorption durch die Niere
H+-Ausscheidung

Respiratorische Alkalose
Basendefizit
Ausgleichsversuche der BE und der Atmung
nur noch bestimmbar ob Azidose oder Alkalose, die Ursache ist nicht mehr bestimmbar
172
c)
Metabolische Alkalose
Hier kann nur die Niere eine Kompensation schaffen. In der Niere ist ein „Schwellenwert“ für
die Konzentration von Bikarbonat registriert, so daß der Überschuß so lange ausgeschieden wird,
bis der Schwellenwert unterschritten wird.
d)
Metabolische Azidose
Über die extrazelluläre H+-Ionen-Konzentration werden Chemorezeptoren in der Medulla
oblongata erregt, die eine Ventilationssteigerung auslösen. Es wird vermehrt CO 2 ausgeatmet. Im
Blut verringert sich dadurch auch der CO2-Partialdruck. Wenn die Ventilationssteigerung nicht
mehr ausreicht, muß die Niere helfend eingreifen. Durch die verstärkte H +-Elimination wird
Bikarbonat aufgebaut.
Gesamtpufferbasen
oder auch Pufferbasen fassen diejenigen Puffersysteme zusammen, die als Anionen schwacher Säuren
H+-Ionen binden könne. Dazu zählen neben dem Bikarbonat-Puffersystem auch Proteine und
anorganische Phosphate. Zu dem Verhältnis der Proteinat-Bikarbonatpuffern im arteriellen Blut
tragen das Plasma infolge seiner niedrigen Proteinkonzentration und die Erytrozyten infolge ihrer
hohen Hämoglobinkonzentration sowie des begrenzten Lösungsraums für HCO3- in unterschiedlicher
Weise bei. Bei Reaktionen bleibt die Gesamtpufferbase konstant und kann daher als Bezugsgröße für
metabolische Störungen des Säure-Base-Haushaltes herangezogen werden.
Im Normalfall liegt die Konzentration der Gesamtpufferbasen im arteriellen Blut bei 48 mmol/l. Ein
Mehrbetrag bezeichnet man als Basenüberschuß wie es bei der metabolischen Alkalose der Fall ist.
Bei der metabolischen Azidose mißt man dementsprechend das Basendefizit.
1.3 Extrazelluläre pH-Regulation
Puffersysteme


Puffersysteme im Blut: Bikarbonat / CO2-Puffer  Atmung (½), Plasmaeiweiß-Puffer (⅓),
Hämoglobin-Puffer (1/6), Phosphat-Puffer
Regulation durch renale Säure-Base-Ausscheidung
Diagnostische Parameter
pH
pCO2
Gesamtpufferbasen
7,4  0,03
40  5 mmHg
48 mmol/l
Standardbikarbonat: Bikarbonatkonzentration im Plasma bei 37° C und pCO2 40 mmHg  24 mmol/l
Basenüberschuß (BE): Abweichung vom Normalwert der Gesamtpufferbasen (48 mmol/l)
BE = 0
BE >
BE <
 2,5 mmol/l
+ 2,5 mmol/l
- 2,5 mmol/l
173
Puffersysteme
a)
Bikarbonat / CO2-Puffer
H2O + CO2  H2CO3  H+ + HCO3[CO2] = 0,03  pCO2



Offenes System, da CO2 abgeatmet werden kann und HCO3- durch die Niere ausgeschieden
wird. (Konzentration von CO2 und HCO3- kann nach Bedarf verändert werden.)
Hohe Konzentration: 24 mmol/l HCO3Die Regulation des pHs erfolgt über die Atmung (bei pH-Abfall  und bei pH-Anstieg )
 H+ + HCO3-  CO2  (Abatmen) + H2O
 OH- + H2O + CO2  (Einatmen)  2 H2O + HCO3-
b)
Plasmaeiweiß-Puffer





c)
Wirkung der ionisierbaren Seitengruppen des Aminosäuren (Imidazolgruppe am Histidin)
Beste Wirkung liegt am isoelektrischen Punkt
Relativ hohe Konzentration: 15 mmol/l
Gleicht bei Gesamtpufferbasen CO2-Schwankungen aus
Wichtiges Plasmaprotein ist das Albumin
Hämoglobin-Puffer




Hoher Anteil an Histidin (pKS  6)
Der hohe O2-Austausch verstärkt die Pufferwirkung von Hämoglobin
Relativ hohe Konzentration im Blut von 7 mmol/l
Änderung des pKS vom Hämoglobin bei Sauerstoffbeladung
pHS desoxygeniertes Häm
(schwächere Säure)
pKS Hämoglobin


d)
>
CO2-Aufnahme: CO2 + H2O  HCO3- + H+
CO2-Abgabe: Bindung von H+ an das Hämoglobin
Phosphat-Puffer78


78
pKS oxygeniertes Häm
(stärkere Säure)
pKS Hämoglobin mit O2
>
Intrazellulärer Puffer und Puffer im Harn
pKS  pH Blut (6,8)
H2PO4- (Dihydrogenphosphat)  HPO42- (Hydrogenphosphat)
174

Nur geringe Plasmakonzentration von 1mmol/l
Regulation durch renale Säure-Base-Ausscheidung





HCO3- -Rückresorption
Protonen-Sekretion (< 1% der Säurevalenz)
Phosphat-Puffer im Harn
Ammoniaksekretion
Regulationsmechanismen:



Azidose
HCO3--Resorption 

Glutaminaseaktivität   NH3-Sekretion

(Pufferwirkung des Urins)
NH3-NH4+-Gleichgewicht auf der Seite von NH4+
Alkalose
HCO3- -Resorption 
H+- Sekretion 
1.4 Intrazelluläre pH-Regulation
Passive Mechanismen




Phosphat-Puffer
Bikarbonat-Puffer
Aminosäure-Puffer
Protein-Puffer
Aktive Mechanismen
a)
Baseneliminierung


b)
Bicarbonat-Chlorid-Austauscher: sekundär aktiver Transport, Ausschleusen von HCO3- aus
der Zelle
HCO3- -Kanal: Diffusion durch elektrischen Gradienten oder elektrochemisch
Protoneneliminierung




H+-Na+-Antiport: sekundär aktiver Transport, Ausschleusen von H+-Ionen aus der Zelle
Na+-Bikarbonat-Symport: sekundär aktiver Transport, Einschleusen von HCO3- in die Zelle
H+-K+-Austauscher (Pumpe): primär aktiver Transport
H+-Kanal (bei Depolarisation): H+-Ausschleusung aus der Zelle
2. Wasserhaushalt
2.1 Flüssigkeitsräume
Das Volumen und die Verteilung des Körperwassers ist anhängig vom Alter und dem Geschlecht.
Beim Säugling macht das Wasser 75 % des Körpergewichtes aus. Beim Erwachsenen sind es nur noch
65% und im Greisenalter sind es nur noch 55 %.
175
Von diesem Wassergehalt befinden sich im Knochen- und Fettgewebe weniger als 30 %. Der übrige
Teil verteilt sich auf des Rest des Körpers.
Flüssigkeitsräume
Die Gesamtheit des Wassers (Gesamtkörperflüssigkeit, GFR) ist in verschiedene Flüssigkeitsräume
oder Kompartimente verteilt. Man unterscheidet hier:
Flüssigkeitsräume
Intrazellulärer Raum

Extrazellulärer Raum
Transzellulären Raum79






Was gehört dazu?
Zellen
Interstitium (Zellen unmittelbar umgebender Flüssigkeitsraum)
Blutplasma (extrazellulärer flüssiger
Anteil des Blutes)
Magen-Darm-Trakt
Augenkammern
Liquor cerebrospinalis
Exkretorische Drüsen
Nierentubuli und ableitende Harnwege
Volumen
63 %
Abkürzung
IZR
37 %
EZR
Messung der Flüssigkeitsräume
Gemessen werden Flüssigkeitsräume durch die Indikatorverdünnungsmethode. Zur Bestimmung des
Blutvolumens (V) wird eine geeignete Substanz (Indikator) in bekannter Menge in ein Kompartiment
mit unbekanntem Volumen gegeben. Nach Verteilung wird die Konzentration des Indikators (C) in
dem entsprechendem Raum gemessen. Mit der Formel erhält man dann das Blutvolumen.
Menge der Indikatoren
Volumen = ----------------------------------------- =
Konzentration der Indikatoren

Direkt meßbare Komponenten: GFR, Plasmavolumen und extrazellulare Flüssigkeit
Raum
Gesamtkörperflüssigkeit
Extrazellulärflüssigkeit
Plasmavolumen
Erythrozytenvolumen

Indikator
D2O, Antipyrin, TOH
Inulin, Iothalamat, DTPA
Evans Blau, markierte Proteine
markierte Erythrozyten
Nicht direkt meßbare Komponenten: intrazelluläre Flüssigkeit, Interstitium und Blutvolumen
Raum
intrazelluläre Flüssigkeit
Interstitium
Blutvolumen
79
M
----------C
Berechnung
GKF – EZF
EZF – Plasmavolumen
Plasmavolumen / (1 - Hämatokrit)
von Epithelien umschlossener Flüssigkeitsraum
176
Zusammensetzung der extrazellulären un der intrazellulären Flüssigkeit
EZF [mmol / l]
145
4
120
27
2
Teilchen
Na+
K+
ClHCO3Proteine
Phosphat
IZF [mmol / l]
12
155
4
8
155
100
Osmotisch wichtige Bestandteile


Extrazelluläre Flüssigkeit: Na+, Cl- und HCO3Intrazelluläre Flüssigkeit: K+, Phosphat und Proteine
Die Osmolarität aller Kompartimente ist gleich (außer Schweiß, Urin und ähnliches). Der Austausch
der Flüssigkeit zwischen Interstitium und Blutplasma erfolgt durch kapilläre Filtration und
Resorption.
2.2 Wasserbilanz80
Ausscheidung
Bei normaler Ernährung müssen über die Nieren ca. 1200 mosmol an harnpflichtigen Stoffen, wie z.
B. Kreatinin, Harnstoff, Harnsäure oder auch Ionen wie Ammonium, Sulfat oder Phosphat, die als Abbauprodukt von Proteinen anfallen. Die Niere konzentriert dabei die Flüssigkeit bis auf das 4-fache
der Plasmakonzentration. Weiteres Wasser geht über den Kot verloren. Schließlich verliert man noch
durch Verdunstung (Perspiratio insensiblis oder insensible Abgabe) einen Teil des Wassers. Dazu
gehört die Diffusion von Wasser durch die Haut, das dort verdunstet oder auch durch H2O in der
Expirationsluft (wasserdampfgesättigte Expirationsluft). Bei zusätzlichen Belastungen des
Organismus durch eine erhöhte Umgebungstemperatur und erhöhte körperliche Arbeit verliert der
Körper auch über den Schweiß Wasser.
Wasserabgabe
[ml/Tag]
2500
Obligater Wasserverlust über die Nieren
1500
Perspiratio insensiblilis, insensible Abgabe
750
Kot
150
Schweiß
100
%
100
60
30
6
4
Aufnahme
Über das Trinken wird ca. die Hälfte des Wasserverlust wieder ausgeglichen. Fast genausoviel Wasser wird über die Nahrung aufgenommen. Schließlich dient auch noch der Stoffwechsel zur Bildung
von Wasser. Bei Stoffwechselprozessen, d. h. Abbau von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten, wird
80
Zwischen Aufnahme, Bildung und Ausscheidung von Wasser besteht normalerweise ein Gleichgewicht.
177
das sog. Oxidationswasser gebildet. Und zwar entstehen 0,44 ml H2O aus 1 g Protein, 0,6 ml H2O aus
1 g Kohlehydrate und 1,09 ml H2O aus 1 g Fett.
Wasseraufnahme
[ml/Tag]
2500
1250
1000
250
Flüssigkeitsaufnahme durch Trinken
Nahrung
Stoffwechsel
%
100
50
40
10
2.3 Regulation des Wasserhaushaltes
Osmoregulation
Bei einer Änderung der extrazellulären Osmolarität (Abweichung < 1%), erfolgt eine Einstellung der
Osmolarität auf ca. 290 mosmol/kg. Stellglieder sind:


Wasseraufnahme durch Durst (hyperosmotischer Durst)
Wasserabgabe der Niere (ADH)
Nach der Wasseraufnahme diffundiert dieses ins Blut. Aus dem Pfortadersystem entweicht Na + und
Cl- so daß das Blut hypoton wird. In der isotonen Leber kommt es zur Wasseraufnahme in die Zellen
(physiologische Leberschwellung). Osmorezeptoren der Leber signalisieren dem Hypothalamus, daß
die Synthese und Freisetzung von ADH reduziert werden soll. Durch den Rückgang der ADH-Konzentration wird in der Niere eine erhöhte Wasserdiurese einsetzten - noch bevor die enterale
Wasseraufnahme abgeschlossen ist.
Wenn die Leber kein Wasser mehr aufnehmen kann, sinkt die Osmolarität im arteriellen Blut.
Osmorezeptoren, die im Hypothalamus gelegen sind, verstärken noch die ADH-Hemmung. Bei einer
Erhöhung der Osmolarität laufen dann die folgenden Reaktionen ab:
Osmolarität des Blutes 
H2O-Aufnahme in Leberzellen 

Osmorezeptoren der Leber

Osmorezeptoren des Hypothalamus

ADH 

Wasserresorption der Niere 
afferente Fasern

Hypothalamus

ADH-Synthese und Freisetzung 

Wasserkanäle in Sammelrohr 

Wasserresorption der Niere 
Volumenregulation81
81
Tritt eine Gefährdung der Kreislaufstabilität ein, wird die Osmoregulation über die Volumenregulation
überspielt. Es ist wichtiger den drohenden Kreislaufkollaps abzuwenden, als die mit einer Wasseraufnahme
bedingten Blutverdünnung (Hyponatriämie) auszugleichen.
178
Bei Zunahme isotoner Flüssigkeit im Extrazellulärraum sprechen Volumenrezeptoren im
Niederdruckbereich des Kreislaufs an. Sie liegen in der Wand der intrathorakalen Hohlvenen und in
den Herzvorhöfen. Informationen werden an den Hypothalamus weitergeleitet und lösen dort eine
Hemmung der ADH-Synthese aus. Bei einem größeren Volumenverlust reagieren zentrale
Osmorezeptoren mit einer Steigerung der ADH-Synthese, damit die Niere ihre H2O-Resorption
steigert. Gleichzeitig wird das Durstzentrum aktiviert.
Volumenrezeptoren sind in der Regel relativ unempfindlich. Fällt allerdings das Volumen unter einen
kritischen Wert, findet eine exponentielle Steigerung der Ansprechempfindlichkeit statt. Die ADHSynthese wird aktiviert. Sinkt auch noch der Blutdruck, reagieren Barorezeptoren, die sich in der
Wand des Aortenbogens befinden, so daß wiederum die ADH-Synthese aktiviert wird.
Osmotischer Durst82
Das Durstgefühl kann durch eine Erhöhung der Konzentration in der Extrazellulärflüssigkeit
(hyperosmotischer Durst) oder durch isotonen Volumenmangel (hypovolämischer Durst) ausgelöst
werden. Es wirkt auf das Durstzentrum im Hypothalamus. Als Folge davon bekommt man Durst.
2.4 Hydrations- und Dehydrationszustände83
Dehydration
a)
Isotone Dehydration
Verlust von extrazellulärer Körperflüssigkeit (Verbrennungen, Blutverlust, ...) oder auch durch
den Verlust von transzellulärer Flüssigkeit (Durchfall, Erbrechen, ...)  Osmolarität konstant,
Volumen  (EZF)
b)
Hypotone Dehydration
Es entsteht durch eine mangelnde Wasserzufuhr. Die Osmolarität des EZF , das Volumen .
Es kommt zu einem vermehrten Wasserausstrom aus dem IZR in das EZR. Dieser Zustand kann
aber durch die Zufuhr von Wasser wieder kompensiert werden.
c)
Hypertone Dehydration
Sie wird durch Salzmangel hervorgerufen. Ein z. B. Na+-Mangel führt zu einer Steigerung der
Osmolarität des EZF, wobei das Volumen aber konstant bleibt. Dies führt dann wiederum zu
einem Wasserausstrom aus dem EZR in das IZR. Korrigiert wird dieser Zustand über eine Na +Zufuhr durch Salzappetit.
Hyperhydration
82
Regelung der Aufnahme durch Durstmechanismus und Regelung der (renalen) Abgabe durch das ADH-System
Primäre Störungen der Wasserbilanz (Volumenänderungen) oder des Elektrolythaushaltes
(Osmolaritätsänderungen) können sekundär korrigiert werden. Verschiebung von Soluten und Wasser zwischen
EZR und IZR oder durch eine unausgeglichene Wasserbilanz.
83
179
a)
Isotone Hyperhydration
b)
Bei einer vermehrten Zufuhr von isotonen Elektrolytlösungen bleibt die Osmolarität konstant,
aber das Volumen des Extrazellulärraumes steigt an. Es führt zu Wassereinlagerungen und zu
Ödemen.
Hypotone Hyperhydration
Bei einer gesteigerten Wasserzufuhr fällt die Osmolarität des EZF ab, das Volumen steigt dafür
an. Es kommt zu einem Wasserausstrom aus EZF in das IZF. Die Korrektur erfolgt durch eine
H2O-Ausscheidung (Diurese)
c)
Hypertone Hyperhydration
Entsteht durch Salzüberschuß, z. B. bei Schiffsbrüchigen kann dies vorrübergehend der Fall sein,
wenn die das Salzhaltige Wasser getrunken haben. Die Osmolarität des EZF steigt an, das
Volumen bleibt konstant. Es folgt ein Wasserausstrom aus dem IZF in das EZF. Eine Korrektur
erfolgt über die Na+-Ausscheidung durch Atriopeptin.
Andere Einteilung der Störungen
a)
Isoosmolare Veränderungen
ohne Osmolaritätsänderung
mit  Volumenänderung
b)
isoosmolale Dehydration
isoosmolale Hyperhydration
Primäre Veränderungen der Wasserbilanz
mit Osmolaritätsänderung
mit  Volumenänderung
c)




hyperosmolale Dehydration
hypoosmolale Hyperhydration
Primäre Veränderungen des Elektrolythaushaltes
mit Osmolaritätsänderung
ohne  Volumenänderung


hypoosmolare Dehydration
hyperosmolale Hyperhydration
3. Energiehaushalt
3.1 Energieumsatz
Energieumsatz
Es ist die Energiemenge, die in einer bestimmten Zeiteinheit unter bestimmten Bedingungen im Organismus eines Tieres umgesetzt wird. Der Energieumsatz bei Haustieren ist von Körpermasse, Umgebungstemperatur und Leistung abhängig. Es besteht aus Umsatzgrößen der Zellen und des Gesamtorganismus.
Gesamtumsatz
180
Summe aus äußerer Arbeit, abgegebener Wärme und gespeicherter Energie bzw. Wärme einer Zelle
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad oder Nutzeffekt () entspricht dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik.
geleistete Arbeit
Wirkungsgrad [%] = ----------------------------  100
umgesetzte Energie
Energie
Die Energie entsteht aus Kohlenhydraten und Fette, die für den Betriebsstoffwechsel benötigt werden,
sowie aus Eiweißen für den Baustoffwechsel (+ anabol bzw. - katabol).
Begriffserklärungen




Anabolismus: Aufbau spezifischer, körpereigenen Substanzen
Katabolismus: Abbau von körpereigenen Substanzen oder von aufgenommenen Substraten
biologischer Brennwert: Energiemenge, die beim Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und
Proteinen entsteht und frei wird. Es entspricht im Prinzip dem physikalischen Brennwert.
physikalische Brennwert: Energie, die in Form von Wärme bei der Verbrennung entsteht, z. B.
Glucose hat einen Brennwert von 3,75 kcal.
3.2 Umsatzgrößen
Umsatzgrößen der Zelle



Erhaltungsbedarf (Erhaltung der Zellstrukturen, ca. 15 %)
Bereitschaftsbedarf (sofortige, uneingeschränkte Funktionsbereitschaft, ca. 50 %)
Tätigkeitsbedarf (zellspezifische Leistungen, ca. 100 %)
Umsatzgrößen des Gesamtorganismus
a)
Ruheumsatz
Er ist nicht identisch mit der Summer der Bereitschaftsumsätze, da einige Organe immer Arbeit
verrichten, z. B. Herz. Deshalb wurde ein Energiegrundumsatzes formuliert.)
b)
Energiegrundumsatz, Minimalbedarf
Geringmöglicher Substratumsatz, der zur Aufrechterhaltung lebensnotwendiger Stoffwechselvorgänge dient. Es entspricht dem Energiebedarf unter Standardruhebedingungen, d. h.
181




Morgens
Körperliche Ruhe
Nüchternheit
Neutral-/ Indifferenztemperatur
Der Grundumsatz hat allerdings für die praktische Fütterung wenig Bedeutung, da z. B. Wiederkäuer durch ihre mikrobielle Verdauung nie nüchtern sind und völlige Muskelruhe bei den Tieren
kaum vorkommt.
c)
Arbeitsumsatz
Energieumsatz unter körperlicher Arbeit
3.3 Einflüsse auf den Energieumsatz









Masse – Oberfläche: Je größer und schwerer ein Tier ist, desto kleiner ist sein Energieumsatz.
Für kleine Tiere gilt genau das Gegenteil!
Alter: Mit zunehmendem Alter geht der Energieumsatz (pro kg Körpergewicht) zurück.
Umgebungstemperatur: Bei sinkender Umgebungstemperatur nimmt die Wärmeerzeugung und
damit auch der EU im Körper zu, um die Ankühlungstemperatur auszugleichen
Arbeit: Je höher die motorische Aktivität (sprich die Arbeit) ist, desto höher ist der Energieumsatz.
Mitochondrienanzahl
Temperatur: nach der RGT-Regel. Für den Organismus bedeutet das, daß sich der Energieumsatz
verdoppelt, wenn die Kerntemperatur um 10 K ansteigt. Die in Hyperthermie beobachtete
Energieumsatzsteigerung
ist
aber
überwiegend
auf
die
Aktivierung
der
Wärmeabgabemechanismen und auf die Ausschüttung von stoffwechselaktiven Hormonen
zurückzuführen.
Wachstum: Der Energieumsatz eines wachsenden Organismus ist höher als der eines gleichschweren ausgewachsenen Tieres
Verdauung: Fleischfresser und Allesfresser brauchen für die Verdauung nur 1 - 2 % der Energie
(enzymatische Verdauung), Pflanzenfresser hingegen 15 - 20 % (mikrobielle Verdauung)
Ernährungszustand: Im Hungerzustand fällt der Energieumsatz in den ersten Tagen sehr stark ab.
Da der Körper aber eine bestimmte Energiemenge braucht, um die Lebensnotwendigen Vorgänge
aufrecht zu erhalten, kann der Energieumsatz nur bis zu einem Minimalwert angesetzt werden
EU
Zeit (t)

Endokriner Zustand:
 Mangel oder Fehlen an Schilddrüsenhormonen T3 und T4 führt zu einer Verminderung des
Energieumsatzes.
182


Bei Proteinmangel wird weniger T3 und T4 ausgeschüttet, was zu einer Verminderung des
Energieumsatzes führt. Bei wachsenden Organismen führt dies zur Unterentwicklung des
Gehirns und zu Wachstumsverminderung.
Ein Mangel an Hormonen aus der Nebennierenrinde (Glucocorticoide) führt ebenfalls zur
Verminderung des Energieumsatzes.
3.4 Tierkaloriemetrie
Kaloriemeter, Bombenkaloriemeter
Verbrennung eines Futtermittels (vollständig) in einem mit isolierten Doppelwandgefäß, das in einem
Wasserbecken steht. Die Erwärmung des Wassers durch die bei der Verbrennung freiwerdende
Energie wird zur Bestimmung der Gesamtenergie und des Energieumsatzes verwendet. Gemessen
wird die Temperaturdifferenz des Wassers. Dabei bedeutet 1 cal = 1 g H2O von 14,5° C auf 15,5° C.
a)
Direkte Kaloriemetrie
Die vom Tier in Form von Wärme abgegebene Energie wird in einem geschlossenen System mit
physikalischen Methoden bestimmt und ins Verhältnis zur Energie der aufgenommenen Nahrung
gesetzt. Es ist Messung der Wärmeabgabe eines Tieres im Tierkaloriemeter. In Ruhe wir die dem
Körper in Form von Nahrung zugeführte Energie zum größten Teil in Wärmeenergie
umgewandelt, da kaum äußere mechanische Arbeit geleistet wird. (bei konstanter Temperatur).
Die Wärmeabgabe entspricht demnach dem Energieumsatz innerhalb des Organismus. Nachteile
sind:


b)
Der Versuch kann nur bei einer Umgebungstemperatur von O° C durchgeführt werden.
Das vom Tier abgegebene CO2 muß abgeführt werden (ungenaues Ergebnis)
Indirekte Kaloriemetrie
Die Wärmeproduktion wird aufgrund von Stoffwechselgrößen berechnet. Die 3 Hauptnähstoffe
(Fette, Eiweiße, KH) brauchen zur vollständigen Oxidation im Intermediärstoffwechsel eine bestimmte Menge O2 und CO2 wird daraufhin frei. Bei der Umsetzung von Proteinen wird noch zusätzlich Stickstoff (N) freigesetzt, der ins Blut und damit zur Niere gelangt und dort als
harnpflichtige Stoffe ausfiltert wird (d. h. nur der Harn-N und nicht der Kot-N ist hier wichtig!).
Man geht davon aus, daß die Oxidation der Nährstoffe mit dem Verbrauch an O2 und der
Produktion von CO2 und Stickstoff in Zusammenhang steht, d. h. man kann Durch die Messung
der O2-Aufnahme bzw. dessen verbrauch in [l] und der CO2-Abgabe bzw. dessen Produktion in
[l] und der Harn-N-Produkte in [g] den Umsatz berechnen (pO2 und pCO2 in Umgebungs- und
Expirationsluft).
c)
Tierkaloriemetrie bei Herbivoren
Berechnung des Energieumsatzes direkt aus den Werten für O2-Aufnahme und CO2- und Harn-NAbgabe, wobei die Pflanzenfresser die Abgabe von CH4, H2 (Wiederkäuer durch
Mikroorganismen) und Hippursäure (durch Ligninspaltung, Pferd bis zu 130 g/Tag, Wiederkäuer
30 g/Tag) berücksichtigt werden muß. Die umgesetzte Energie beim Pflanzenfresser:
183
EU = 3,87  O2 + 1,2  CO2 - 1,43  Harn-N - 0,32  CH4 - 1,12  H2 + 0,4  Hippursäure
d)
Tierkaloriemetrie bei Carni- und Omnivoren
Der Energieumsatz errechnet sich aus den Werten für die O2-Aufnahme, der CO2-Abgabe und der
Harnstoff-Ausscheidung. Die umgesetzte Energie:
EU = 3,87  O2 + 1,2  CO2 + 1,43  Harn N (Brouwer’sche Formel)
Respiratorischer Quotient
Es ist ein ungefähres Maß dafür, wieviel Nahrungsstoffe gerade verbrannt werden und setzt sich
zusammen aus der CO2-Abgabe durch die O2-Aufnahme.
CO2-Abgabe
RQ = -----------------------O2-Aufnahme
Kalorisches Äquivalent
Kalorisches oder Energieäquivalent beschreibt die Wärmemenge pro Volumen [l] O2
3.5 Energie der Futtermittel
Gesamtnährstoffe
Summe aller verdaulichen Energie pro Gewichtseinheit Futtermittel. Es gibt große tierartliche und belastungsabhängige Unterschiede im jeweiligen Erhaltungs- und Leistungsbedarf.
Bruttoenergie
(Brennwert)
Verdauliche
Energie


Umsetzbare
Energie

Nettoenergie




Energie im
Kot
Energie im
Urin,
Methanenergie
Thermische
Energie des
Futtermittels
Energie für
die
Erhaltung

Energie für
tierische
Produkte
Bruttoenergie
Es ist die gesamte Energie, die bei vollständiger Verbrennung eines Futtermittels als Wärme frei wird.
Für die Verbrennung reiner Nährstoffe erhält man folgende Brennwerte:


Proteine: 5,7 kcal/g
Fette: 9,5 kcal/g
184

Hohlenhydrate: 4,2 kcal/g
Verdauliche Energie84
Da die Höhe der verdaulichen Energie von der Verdaulichkeit, d.h. dem Grad der Ausnutzung der aufgenommenen Roh- und Nährstoffe eines Futtermittels im Verdauungstrakt abhängt, ist sie tierartlich
unterschiedlich groß.
Umsetzbare Energie85
Die umsetzbare Energie kann umgesetzt werden, muß aber nicht. Die Fermentationsgase können im
Bombenkaloriemeter bzw. durch Respirationsanlagen für die gasförmigen Ausscheidungen der Wiederkäuer bestimmt werden.
Thermische Energie86
Sie läßt sich nicht durch Messung bestimmen. Sie wird im Intermediärstoffwechsel umgesetzt, kann
aber nicht angesetzte werden, weil sie als Wärme frei wird. man unterscheidet zwischen:


Verdauungswärme: Sie wird bei der Verbrennung frei (Fermentationswärme beim Wiederkäuer
wird durch die Energie verursacht, die von Mikroorganismen bei der Verdauung umgesetzt wird)
Ansatzwärme: Sie wird bei der ATP-Bildung frei. Denn die umsetzbare Energie kann zu 40 %
nicht angesetzt werden.
Nettoenergie87
Es stellt einen Teil der Bruttoenergie dar.
Gesamtnährstoff
Summer der verdaulichen Energie
Gesamtnährstoff = --------------------------------------------Gewichtseinheit der Futtermittel
Stärkeeinheit
Fettansatz, den 1 kg eines Futtermittels bei einem Tier hervorruft, wird verglichen mit demjenigen,
das durch 1 kg Stärke hervorgerufen wird. 1 Stärkewert = Fettansatz durch 1 kg Stärke.
3.6 Bewertungsmaßstäbe der Nahrungsproteine
84
Verdauliche Energie = verfütterte Bruttoenergie - ausgeschiedener Kot-Energie
Umsetzbare Energie = verdauliche Energie – Energie im Harn und den Fermentationsgasen
86
Thermische Energie = Umsetzbare Energie – Nettoenergie
87
Nettoenergie = Umsetzbare Energie – Thermische Energie (für die Verdauungsarbeit)
85
185
Proteinwirkungsverhältnis
Es ist die Gewichtszunahme eines Tieres je g aufgenommenes Eiweiß (bzw. je g aufgenommenes
Stickstoff).
Biologische Proteinwert
Der biologische Proteinwert wird auch als biologische Wertigkeit bezeichnet. Es ist das Verhältnis an
relativem Stickstoff und dem Stickstoff im Harn und Kot zur Menge an resorbierenden Stickstoffs
[%].
Relativer N + Harn-N + Kot-N
Biologischer Proteinwert = -------------------------------------------------Menge an resorbierenden Stickstoffs
Chemical Score
Der Chemical score hingegen stellt ein Verhältnis an essentiellen Aminosäuren im Testprotein
dividiert durch die Prozentzahl an essentiellen Aminosäuren in einem Vergleichseiweiß (z. B.
Milchprotein, Eiprotein) dar.
essentielle Aminosäuren im Testprotein
chemical score = --------------------------------------------------------essentielle Aminosäuren im Vergleichseiweiß
4. Wärmehaushalt
4.1 Normothermie
Definitionen


Gleichwarm = homiotherm mit höher Wärmebildung (Tachymetabolismus)
Wechselwarm = poikilotherm, die Körpertemperatur liegt nur wenig
Umgebungstemperatur und folgt auch dessen Schwankungen (Bradymetabolisbus)
über
der
Homiothermie
Es ist die Fähigkeit, mit den Mitteln der autonomen Thermoregulation die Temperatur des
Körperinneren auf einem konstanten Niveau zu halten. Normothermie bezeichnet wahrscheinlich die
normale Körpertemperatur.


Vorteil: temperaturabhängiger Ablauf des Stoffwechsels
Nachteil: hoher Energiebedarf
186
Beispiele88
Pferd (> 5 Jahre)
Rind (> 1 Jahr)
Kalb
Schwein
Hund
Huhn
ca. 38° C
37,5° - 40,0° C
38,5° - 40,0° C
38,0° - 40,0° C
37,5° - 39,0° C
40,5° - 42,0° C
Abhängigkeit der Temperatur




Tagesperiodische Schwankungen (je nach dem ob tag- oder nachtaktiv)
Alter
Geschlecht und Zyklus (v. a. beim Menschen)
Arbeit und Nahrungsaufnahme (Ursache: höhere Wärmebildung
Energiebedarf)
durch
gesteigerten
4.2 Temperaturtopographie
Begriffe




Körperkern: im ZNS (Gehirn und Rückenmark), sowie Brust- und Bauchhöhle gibt es eine
weitgehende konstante Temperatur. Von dort radiales Temperaturgefälle zur ...
Körperschale: mit einer hohen Variabilität der Körpertemperatur
Indifferenztemperatur: Umgebungstemperatur oder Temperaturzone, bei der der Energieumsatz
minimal ist, d. h. der Organismus muß praktisch keine Energie für die Regulation seiner
Körpertemperatur aufbringen (thermische Neutralzone)
Wärmebedarf: ist abhängig vom Alter, Größe, Fellkleid und der Dicke der isolierenden Substanzen (Fettgewebe)
Übersicht der Mechanismen
Körperschale
Körperkern
Regler
Steuersignale der Stellgröße
Sollwert
Stellglieder:
 Muskulatur
 braunes Fett
 Hautdurchblutung
 Schweißbildung
 Verhaltensthermoregulation
(Kern)
Meßfühlersignale
warm
warm
88
kalt
kalt
(Haut)
Jüngere und kleiner Tiere haben eine höhere Körpertemperatur. Sie haben wegen ihrer größeren Oberfläche im
Gegensatz zu ihrer Masse gesehen einen intensiveren Stoffwechsel.
187
4.3 Wärmebildungsmechanismen
Die Wärmebildung pro kg Körpermasse nimmt mit zunehmender Körpergröße ab. Es gibt verschiedene Mechanismen der Wärmebildung:






Wärmeproduktion durch Zellstoffwechsel stoffwechselintensiver Organe (z. B. Leber)
Willkürliche Zunahme der motorische Aktivität, Steigerung des Muskeltonus bis hin zu rhythmischen Muskelkontraktionen (Kältezittern)
Zitterfreie Thermogenese durch Stimulation der -adrenergen Rezeptoren von Lipasen in den
braunen Fettzellen. Sie zeichnen sich durch eine hohen Mitochondrienzahl aus. Dort findet eine
Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung. Bei Neugeborenen und über die gesamte
Lebenszeit bei kleineren kälteadaptierenden Tieren und bei Winterschläfern wird diese Art der
Wärmeproduktion benutzt.
Vasokonstriktion der Hautgefäße
Aufstellen der Fellhaare zur Bildung eines Luftpolsters
Protonengradient im Körperkern
4.4 Wärmeabgabemechanismen
Wärmestrom
Zur Abgabe der Stoffwechselwärme an die Umgebung passiert der innere Wärmestrom die Körperschale. Ihre isolierende Wirkung, die von der Dicke der subcutanen Fettschicht abhängt, wird konvektiv oder auch durch Leitung (direkte Abgabe von Wärme von einem Gewebe an ein angrenzendes)
überbrückt und geregelt und durch die Hautdurchblutung an die Umgebung angepaßt.


Der innere Wärmestrom ist der Transport der Wärme vom Körperkern zur Körperschale. Sie
erfolgt über Konvektion (Blutstrom) und Konduktion (Gewebe). Die Durchblutung der haut wird
der Außentemperatur angepaßt. Die Wärmeabgabe durch Wärmetransport vom Bildungsort an
die Peripherie und von dort an die Umgebung.
Der äußere Wärmestrom ist die Wärmeabgabe an die Umgebung. Sie erfolgt über Leitung,
Konvektion, Strahlung und Verdunstung.
Definitionen
Möglichkeit
Definition
Leitung,
Konduktion
Wärmefluß von Körper zu Körper, z.
B. eine Unterlage auf der man sitzt
Konvektion
Strahlung




Wärmefluß im bewegtem Medium z.

B. Luft oder Blut. Die Abgabe erfolgt

an die sich bewegende Außenluft.


Wärmeabgabe durch langwellige

Infrarotstrahlung
188
Voraussetzungen,
Abhängigkeiten
Temperaturdifferenz
Wärmeleitfähigkeit
Temperaturdifferenz
Wärmeleitfähigkeit
Dicke der Grenzschicht
Luftdruck
Windgeschwindigkeit
Körperradius
Temperaturdifferenz zwischen
Haut und angestrahlter Fläche
Verdunstung89
Atriovenöse
Anastomosen
Es ist eine sehr effektive
Wärmeabgabe. Die Verdunstung von
1 l Wasser von der Hautoberfläche
entzieht dem Körper  2400 kJ
Wärme.
Gegenstrom-Wärmeaustausch in den
Extremitäten.



Perspiratio insensiblis
Schweiß aus Schweißdrüsen
Hecheln
Möglichkeiten



Perspiratio insensiblis
Extraglanduläre oder

insensible Wasserabgabe 
Diffusion erfolgt durch
Haut und Schleimhäute
Unwillkürlich steuerbar

Schweiß
glanduläre Wasserabgabe
Zusammensetzung:
hypotone Lösung mit 90 %
Wasser, 1 % Elektrolyte,
Harnstoff und
Aminosäuren 
Elektrolytverlust
pH-Wert liegt zwischen 7,8
- 8,9





Hecheln
Je weniger Schweißdrüsen
vorhanden sind, desto mehr
hecheln
Es ist eine hochfrequente,
flache Atmung - Verhinderung
der Hyperventilation
Totraumbelüftung
Vorteil gegenüber Schwitzen:
kaum Elektrolytverlust
Nachteil gegenüber Schwitzen:
Atemfrequenz ist der
limitierende Faktor (Hund bis
zu 400 x/min.)
4.5 Thermoregulation
Elemente der Thermoregulation



Fühler: Wärme- und Kältesensoren in der Haut (Hauttemperatur) und im ZNS (Bluttemperatur)
Regler:
Hypothalamus
mit
Wärmeabgabezentrum
sowie
Wärmebildungsund
Konservierungszentrum
Stellglieder:





89
Hitze
Schweißdrüsen
Atmung (hecheln)
Speichseldrüsen
Hautgefäße
Verhalten






Kälte
Muskeln (Kältezittern)
braunes Fettgewebe
Hautgefäße
Piloaurektoren (Aufstellen des Fells)
Schilddrüse (Stoffwechsel )
Verhalten
evorative Wasserabgabe
189
Temperaturregulation
a)
Zu kalt
Das Temperaturempfinden wird über Rezeptoren der Haut wahrgenommen. Diese peripheren
Kälterezeptoren leiten ihre Information weiter an das Wärmebildungs- und
Konservierungszentrum im Gehirn, das nun die Mechanismen der Wärmebildung aktiviert. Ein
zweiter Informationsweg beginnt bei den zentralen Kälterezeptoren, die die Temperatur des
Blutes wahrnehmen. Ihre Informationen werden ebenfalls an das zentrale Regelzentrum geleitet.
periphere
Kälterezeptoren registrieren die
Hauttemperatur

Wärmebildungs- und
Konservierungszentrum

zentrale Kälterezeptoren
registrieren die
Bluttemperatur

zitterfreie Thermogenese,
Kältezittern,
Vasokonstriktion, Gänsehaut, Piloarektoren
b)
Zu warm
Bei einem Ansteig der Bluttemperatur oder der Hauttemperatur wird dies wieder durch die
zentralen bzw. peripheren Rezeptoren erkannt und an das Wärmebildungszentrum geleitet. Hier
werden die Mechanismen der Wärmeabgabe stimuliert.
periphere
Kälterezeptoren registrieren die
Hauttemperatur

Wärmebildungs- und
Konservierungszentrum

zentrale Kälterezeptoren
registrieren die
Bluttemperatur

Schweißsekretion,
Vasodilatation,
Speichelsekretion,
hecheln, Verhalten (In der
Thermoneutralzone der
Außentemtemperatur reicht
die Regelung der
Hautdurchblututung zum
Ausgleich der Wärmebilanz
aus)
Pathophysiologie der Temperaturregulation
Definition:
90
Fieber
Sollwertverstellung im
Regelzentrum durch
endogene (Leukozyten,
Stoffwechselprodukte) oder
exogene Pyrogene
(Bakterien)
Hyperthermie
Die Wärmeaufnahme oder
Wärmeproduktion
übersteigt die
Wärmeabgabemöglichkeiten
des Tieres. (60° bis 70° C)
Anwendung der Hypothermie: bei der Transplantation (künstliche Hypothermie)
190
Hypothermie90
Steigerung der
Wärmeabgabe über die
maximal mögliche
Wärmeproduktion des
Individuums

Folgen:


Fieberanfall: 
subjektive

Kälteempfindung

(Istwert < Sollwert),

Anpassung des Istwertes
Stimulierung der
Wärmebildung und
Hemmung der
Wärmeabgabe
subjektive und objektive
Wärmeempfindung
(Istwert > Sollwert)
Stimulierung der
Wärmeabgabe und
Hemmung der
Wärmebildung
Hitzeschlag
Sonnenstich
Hitzeschock



33 °C
Bewußtseinstrübung
28 °C narkoseähnlich
 25° C Tod,
Kammerflimmern,
Atemstillstand
ATMUNG
1. Allgemeines
Definition
Atmung ist der Gaswechsel zwischen den Zellen und der Umgebung, die man in eine innere und eine
äußere Atmung unterteilt.


Inspiration = Gasaufnahme
Expiration = Gasabgabe in der Lunge
Sympathicus  Bronchiodilatation (Inspiration)
Parasympathicus  Bronchokonstriktion (späte Expiration)
Zusammensetzung der Inspirationsluft
Der Anteil des O2 an der Atemluft beträgt 20,9 %. Der Rest besteht aus Stickstoff (N), Kohlendioxid
(CO2) und Edelgasen. Der jeweilige Volumenanteil eines Gases am Gesamtgasvolumen wird als Fraktion (F) bezeichnet und in der Physiologie zum Beispiel beim O2-Anteil als FIO 2 = 0,21 beschrieben.
Partialdrücke
Gase üben in einem gegebenen Volumen einen Druck aus, der proportional zur Anzahl der vorhandenen Gasmoleküle ist. Jedes Gasgemisch übt dabei einen Partialdruck aus, der für jedes Gas spezifisch
191
ist. Der Partialdruck errechnet sich aus dem Gesamtdruck (Barometerdruck, PB) und dem fraktionellen
Anteil des Gases:
PGas = PB  FGas
F gilt nur für trockene Gase, do daß die Formel etwas umgewandelt werden muß, weil ja noch Wasser
in der Inspirationsluft enthalten ist.
PGas = (PB - PH2O)  FGas
Partialdrücke im Körper
Aufgrund der Partialdruckdifferenz in den verschiedenen Abschnitten diffundiert der Sauerstoff bis
in die Zelle. Bei CO2 ist zwar die Partialdruckdifferenz nicht sehr hoch, aber sein Bunsenscher Diffusionskoeffizient ist 23  größer als der des Sauerstoffs, wodurch die CO2-Abgabe erleichtert wird.
O2 [in mm Hg]
CO2 [in mm Hg]
Luft
158
0,23
Alveolarraum arterielles Blut
100
95
39
41
venöses Blut
40
45
Zelle
40
45
2. Die äußere Atmung
Definition
Unter der äußeren Atmung versteht man die Lungenatmung, d. h. den Luftaustausch mit der Umgebung. Der Transport des Sauerstoffs erfolgt dann über:
1.
2.
3.
von der Außenluft in die Lungenalveolen: über Konvektion, d. h. O2 gelangt mit der Außenluft
durch die Atembewegungen in die Alveolen der Lunge (Ventilation, Belüftung)
von der Alveole in das Kapillarblut: über Diffusion
von den Lungenkapillaren zu den Gewebekapillaren: durch das Blut. Das Gleiche gilt auch für
das CO2, nur in umgekehrter Richtung.
Atemweg
Äußere Nase / Mund  Nasenhöhle / Mundhöhle  Atmungsrachen  Kehlkopf  Trachea 
Bronchialsystem (Haupt-, Lappen-, Segment-, Terminalbronchen)  Bronchuli und respiratorischen
Bronchuli.
Zu den respiratorischen Abschnitten gehören die respiratorischen Bronchuli, die Alveolargänge, die
Alveolarsäcke und die Lungenalveolen.
Funktion des Atemweges


Erwärmung durch den langen Weg und Venengeflächten
Befeuchtung
192



Säuberung, z. B. durch Schleimhäute der Nase oder durch Zilien des Respirationsepithels
Zuleitung auf oralem oder nasalen Weg
Verteilung
3. Atemtechnik
Einatmung, Inspiration
Es ist ein aktiver Vorgang, wobei die Lunge erweitert wird. Es entsteht ein negativer Unterdruck in
den Alveolen  Luft strömt ein. Sie erfolgt durch die Erweiterung des Brustkorbraumes durch die
Atemmuskeln (Mm. intercostales externi, Diaphragma, Atemhilfsmuskulatur) und durch relativ alveolären Unterdrucks in der sich ausdehnenden Lunge entwickelt. Durch den erfolgenden Lufteinstrom kommt es zum Druckausgleich.
Ausatmung, Expiration
Es ist ein passiver Vorgang. Er erfolgt vorwiegend durch die passive Verkleinerung des Thorakalraumes und zwar durch Brustkorbsenkung und durch elastizitätsbedingte Volumenabnahme (Retraktion)
der Lunge, die zum Ausstrom der Luft in Folge relativen alveolären Überdrucks führt. Nur bei forcierter Ausatmung werden die Atemhilfsmuskeln, z. B. Mm. intercostles interni zu Hilfe genommen.
Atemruhelage
Nach einer normalen Expiration erreicht die Lunge und der Thorax einen Zustand größtmöglicher
Entspannung, die sog. Atemruhelage. Das Bestreben des Thorax sich zu erweitern und das Bestreben
der Lunge sich aufgrund ihrer Eigenelastizität zusammen zu ziehen ist hier im Gleichgewicht.
Pneumothorax
Unter dem Begriff Pneumothorax versteht man eine Luftansammlung im Brustkorb, v. a. im Pleuralraum bzw. im Pleuralspalt. Die Luftansammlung entsteht durch eine Verletzung, die zur Folge einen
intrapleuralen Druckverlust hat. Die Lunge fällt aufgrund ihrer Eigenelastizität in sich zusammen und
steht für die Atmung nicht mehr zur Verfügung.
a)
Geschlossener Pneumothorax
Entsteht ohne eine durchgängige Verbindung mit der Außenluft, z. B. bei einem Riß, der sich
zwischen Lunge und viszeraler Pleura befindet, der zu einer offenen Verbindung zwischen
Bronchialsystem und Pleuraraum führt. Luft tritt in den Pleuralspalt ein, es ist darin kein
Unterdruck mehr vorhanden, die Lunge kann sich nicht mehr ausdehnen.
b)
Offener Pneumothrorax
Entsteht durch eine Verletzung mit scharfen Gegenständen an der Brustwand, so daß eine
Verbindung direkt nach außen entsteht. Die betroffene Lunge kollabiert. Die andere
Lungenhälfte ist auch beeinträchtigt, da ein Teil der Atemluft zwischen gesunder und kollabierter
Lunge hin und her pendelt und damit nicht zum Gasaustausch beiträgt.
193
c)
Ventilpneumothorax
Hier kann die bei jeder Atembewegung eingedrungene Luft nicht mehr entweichen (ein
Hautlappen an der Wund wirkt als Ventil). Es kommt zum Überdruck im Pleuraraum der kranken
Seite. Dies führt zur Behinderung der Herzfüllung und Kompression der gesunden Lunge.
(Therapie: langsames Ablassen des Überdrucks und Verhinderung weiterer Ventilwirkung.)
4. Atmungstypen
Brustatmung, kostaler Atmungstyp
Die Erweiterung des Brustraumes erfolgt überwiegend durch Hebung der Rippen. Die Atmungsarbeit
wird also hauptsächlich von der Interkostalmuskulatur geleistet, während das Zwerchfell mehr passiv
den Druckveränderungen im Thoraxraum folgt. (Heben der Rippen durch die Intercostalmuskulatur 
Zwerchfell folgt der Druckveränderung im Thorax passiv)
Bauchatmung, abdominaler Atmungstyp
Die Erweiterung des Brustraumes mehr durch Senkung des Zwerchfells. Bei der Bauchatmung bewirkt die stärkere Kontraktion der Zwerchfellmuskulatur v. a. eine inspiratorische Erweiterung (Sinus
phrenicocostalis) des unteren Thoraxraumes, wobei wegen der Verlagerung der Baucheingeweide die
Bauchwand vorgewölbt wird. (Kontraktion der Zwerchfellmuskulatur  erweiterte Inspiration)
Die meisten Tiere sind ein gemischter (costoabdominaler) Atmungstyp. Eine Zwerchfellatmung tritt
bei den landwirtschaftlichen Nutztieren nur bei Erkrankung der Brustorgane auf
5. Atmungsarten
Arten








Normale Ruheatmung, Eupnoe
Cheyne-Stokes-Atmung: Sie ist durch eine Atempause nach wenigen immer schwächer
werdenden Atemzügen gekennzeichnet. Möglich, bei Schlaf in großer Höhe (Hypoxie), aber auch
bei Schädigung des Atemzentrums.
Ataktische bzw. Biot-Atmung: Sie ist durch gleichmäßige tiefe Atemzüge gekennzeichnet mit
plötzlich auftretenden Pausen, z. B. bei Hirnverletzungen oder bei erhöhtem Hirndruck.
Kußmaul bzw. vertiefte Atmung: ist eine vertiefte und beschleunigte Atmung, wie sie typischerweise bei der metabolischen Azidose eines entgleisten Diabetes mellitus auftritt. Durch die
vertiefte Atmung versucht der Körper vermehrt CO2 abzuatmen, um so die metabolische Azidose
respiratorisch zu kompensieren.
oberflächliche Atmung, tritt beim Lungenödem auf
Apneustische Atmung, z. B. bei Hypoxie
Schnappatmung
Atemstillstand, Apnoe
Weitere Unterscheidungen

Hyperpnoe =vertiefte Atmung
194




Tachypnoe = Zunahme der Frequenz
Bradypnoe = Abnahme der Frequenz
Dispnoe = erschwerte Atmung
Orthopnoe = starke Dyspnoe, führt zu einer Stauung des Blutes in Lungenkapillaren
6. Compliance, statische Volumendehnbarkeit
Compliance ist der Kehrwert des elastischen Widerstandes und stellt ein Maß für die Volumendehnbarkeit von Lunge und Thorax dar. Zur Messung werden, von der Atemruhelage ausgehend, jeweils
bestimmte, abgemessene Volumina in ein Spirometer eingeatmet (+ V pulm.) oder ausgeatmet (- Vpulm.).
Die Verbindung zum Spirometer wird dann geschlossen und nun der zum jeweiligen Volumen gehörende Druck in den Atemwegen gemessen. Diese sind dabei nach außen abgedichtet und alle Atemmuskeln müssen dabei entspannt sein. Je nach Lungenfüllung läßt sich durch die passiv elastischen
Kräfte von Lunge und Thorax ein gegenüber der Atmosphäre positiver oder negativer
Druckunterschied über ein seitenständiges Manometer messen und daraus eine Ruhe-Dehnungs-Kurve
festlegen. Sie verläuft im Bereich der Atemruhelage linear und hat hier die größte Steilheit. Diese
Steilheit wird als Compliance bezeichnet.
V
C = -----------P
Die größte Compliance findet man zwischen Atemruhelage und Vpulm. = + 1 l, also im normalen Arbeitsbereich. Hier muß pro Volumeneinheit am wenigsten Gegendruck überwunden werden.
 Atemruhelage (Vpul = 0)
 Nach Einatmung eines gewissen Volumens (Vpul > 0) ergibt sich ein positiver Druck
 Nach Ausatmung eines gewissen Volumens (Vpul < 0) ein negativer Druck
7. Antiatelektasefaktor, Surfactant (surface active agent)
Für die Größe der Comliance ist auch die Oberflächenspannung der Alveolen von Bedeutung. Durch
die Wirkung von Anziehungskräften auf die Oberfläche der Alveolen, immerhin insgesamt 70 m2,
müßten die Lunge sehr instabil sein. Eine kleine Alveole würde oberhalb eines gewissen Druckes
kollabieren oder sich bei einer nebenliegenden größeren Alveole zugunsten dieser weiter verkleinern.
Hintergrund ist die Annahme, daß Kugeln mit einem kleinen Radius einem größeren Druck wiederstehen müssen, weil sie eine verhältnismäßig große Oberfläche haben.
Dieses wird durch die Bildung von sog. Oberflächenfaktoren, Sufactants, einen Protein-PhospholipidKomplex (wesentliche Komponente ist das Dipalmityl-Lecithin, 90 % Phospholipide, spezifische
Surfacetant-Proteine und Kohlenhydrate) verhindert. Sie setzten die Oberflächenspannung zwischen
Lungengewebe und Luft der Alveolen herab. Bildungsort sind die kubischen Alveolarepithelzellen
(Pneumozyten Typ II). Bei manchen Neugeborenen sind sie unzureichend vorhanden, was zu einer
ernsten Störung des Gasaustausches führt.
Bei einer Sauerstoffvergiftung liegt eine Störung des Surfacetant vor, was zu einer Herabsetzung der
Compliance führt, das nun die Alveolen kollabieren läßt (Atelektasen). Es kommt zu einem Lungenödem. (Atelektase = zusammengefallene Lungenblase)
195
8. Atemwiderstand = Strömungswiderstand
Elastischer Widerstand
Sie treten nur bei der Inspiration auf und müssen hier überwunden werden. Dazu zählen:


Elastizität von Lunge und Thorax
Zugspannung der Lungenoberfläche = Oberflächenspannung der Alveolen
Visköse Widerstände
Visköse Widerstände sind sowohl bei der Inspiration als auch bei der Expiration zu überwinden. Dazu
gehört:



Strömungswiderstand der Atemwege (Resistance) = 90 %
Nichtelastische Gewebewiderstände (Gewebereibung bei Bewegung) = 10 %
Trägheitswiderstände (z. B. des Thorax, vernachlässigbar klein)
Je mehr Atemzüge pro Minute gemacht werden, desto mehr steigt die visköse Arbeit an und desto
mehr fällt die elastische Arbeit ab..
Gewebewiderstand
Dieser wird bei der Gewebereibung bei der Lungenbewegung hervorgerufen und entspricht etwa 10 %
des viskösen Widerstandes.
Strömungswiderstand
1.
Strömungswiderstand in den Atemwegen, Resistance (R): Der Strömungswiderstand ist nach dem
Ohmschen Gesetz zu definieren. Es ist das Verhältnis von treibender Kraft und der
Atemstromstärke.
P
R = -------V
R = Resistance (Strömungswiderstand in den Atemwegen
P = Druckdifferenz zwischen Mund und Alveolaren
V = Atemstromstärke
Dieser Widerstand wird hauptsächlich durch die Strömungsverhältnisse der Trachea und der großen Bronchen bestimmt. Er entsteht durch turbulente Strömung, Verengung der Bronchen und
Schleim in den Atemwegen und ist bei allen obstruktiven Atemstörungen (Asthma bronchiale,
spastische Bronchitis, ...) herabgesetzt.
2.
Lungenblutgefäße: Der Strömungswiderstand ist im Lungengefäßsystem relativ gering. Alveoläre
Hypoventilation führt jedoch zu einer Hypoxie (herabgesetzter Sauerstoffpartialdruck im
arteriellen Blut) bedingten Konstriktion der Arteriolen. Der Widerstand steigt an. Die
Durchblutung wird an die verminderte Ventilation angepaßt (Euler-Liljestran-Mechanismus).
9. Atmungsfrequenz
196
Atmungsfrequenz = Anzahl der Atemzüge in der Minute (s. auch Skript) Die Atmung wird durch O 2Mangel, motorische Aktivität und Erregungszustände gesteigert. Junge und kleine Tiere haben eine
gesteigerte Atemfrequenz als größere und ältere Tiere.
10. Künstliche Beatmung
Erweiterung des Thorax
 Lunge muß ihm folgen (Unterdruckkammer). Bei einer länger anhaltenden Atemlähmung führt
dies zu einer „eisernen Lunge“. Der Körper des liegenden Patienten ist dabei mit Ausnahme des
Kopfes in einer Kammer eingeschlossen, in der während der Inspirationsphase ein Unterdruck erzeugt
wird. Inspiratorisch ist also der intrathorakale Druck größer als der Umgebungsdruck in der Kammer.
Erweiterung der Lunge
z. B. bei der Mund-zu-Mund-Beatmung oder mit der Atemmaske. Diese wird auf das Gesicht des
Patienten luftdicht ausgesetzt. Mit einem Atemventil und einem angeschlossenen Beutel, der von
Hand rhythmisch zugepreßt und entlastet wird.
Trachealtubus (Operation)
Bei Gasnarkoseverfahren wird eine Beatmungsmaschine über einen Trachealtubus angeschlossen. Bei
Druckerhöhung entfaltet sich die Lunge inspiratorisch und die anschließende Expiration erfolgt passiv
(Überdruckbeatmung).
11. Lungenvolumina
Respirationsvolumen und Lungenkapitzitäten








Atemzugvolumen: normales In- bzw. Expirationsvolumen, nimmt mit sinkender Körpergröße ab,
so hat das Pferd 6 l, die Katze 0,04 l
Inspiratorisches Reservevolumen: Volumen, das nach normaler Inspiration noch zusätzlich ausgeatmet werden kann
Expiratorisches Reservevolumen: Volumen, das nach normaler Expiration noch zusätzlich ausgeatmet werden kann.
Vitalkapazität: Volumen, das nach maximaler Inspiration maximal ausgeatnet werden kann. Es
ist die Summe aus 1, 2 und 3. und ist abhängig von Geschlecht, Größe, Alter, Körperposition,
Trainingszustand.
Residualvolumen: Volumen, das nach maximaler Expiration in der Lunge zurückbleibt (dieses
und auch alle anderen Kapazitäten können mit einem Spirometer nicht gemessen werden)
Inspirationskapazität: Volumen, das nach normaler Expiration maximal eingeatmet werden
kann. Es ist die Summe aus 1 und 2.
Funktionelle Residualkapazität: Volumen, das nach normaler Expiration noch in der Lunge vorhanden ist. Es ist die Summe aus 3 und 4. Die physiologische Bedeutung liegt im Ausgleich der
O2- und CO2-Konzentration im Alveolarraum.
Totalkapazität: Volumen, das nach maximaler Inspiration in der Lunge enthalten ist. Es ist die
Summe aus 4 und 5.
197
Atmungsarbeit
Es ist die Arbeit, die gegen Strömungs- und Reibungswiderstände von Lunge und Thorax geleistet
wird. Sie ergibt sich aus dem Produkt von Druck und Volumen. Da bei der Einatmung gegen die
elastischen Kräfte geatmet wird, während diese bei der Ausatmung ganz im Gegenteil die treibende
(passive) Kraft sind. Bei vertiefter und beschleunigter Atmung muß auch die Expirationsmuskulatur
zur Überwindung der Strömungswiderstände eingesetzt werden. In Ruhe entspricht die Atemarbeit für
Inspiration normalerweise der gesamten Atemarbeit für Inspiration und Expiration.
Totraum
Als Totraum bezeichnet man den am Gasaustausch nicht beteiligten Raum des Respirationsstrahles
(der eher als Luftleitungsraum dient). Als anatomischen Totraum werden die Nase bzw. Mund,
Pharynx, Larynx, Trachea, Bronchen und Bronchiolen bezeichnet. (Leitender Atemweg) Er stimmt in
seiner Größe normalerweise ungefähr mit dem sog. funktionellen Totraum überein. Dieser wird
jedoch dann größer, wenn auch in einem Teil der Alveolen kein Gasaustausch stattfindet, z. B. sie
durchlüftet, aber nicht durchblutet werden. Der Totraum hat einige wichtige Funktionen:





Zuleitung
Säuberung
Anfeuchtung
Erwärmung
Stimmorgan
Hecheln
Hecheln dient normalerweise v. a. der Wärmeabgabe. Es ist eine erhebliche Steigerung der Atemfrequenz bei homiothermen Tieren ohne ekkrine Schweißdrüsen (aus thermoregulatorischen Gründen).
12. Ventilation, Belüftung
Atemzeitvolumen, Atemminutenvolumen
Die Lungenbelüftung wird durch die Tiefe der einzelnen Atemzüge
(VT) und der Atemfrequenz (f) bestimmt und errechnet sich formal
aus: Atemzeitvolumen = Atemzugvolumen  Atemfrequenz
^VT = VT  f
Alveoläre Ventilation
^VA = ^VT - VD
oder
^VA = (VT - VD)  f
Es ist der Anteil, der in die Alveolen gelangt und dem Gasaustausch
zur Verfügung steht.
Totraumventilation
Von jedem einzelnen Atemzug (VT) gelangt nur ein Teil in den Alveolarraum und nimmt am Gasaustausch teil (VA). Der Rest bleibt im sog. anatomischen Totraum (VD). Es gilt:
VT = VA + VD
198
Bei der Ruheatmung beträgt der alveoläre Anteil 2/3, der Anteil des Totraumes 1/3 des Atemzeitvolumens. Bei einer flachen Atmung wird bei gleichbleibendem Atemzugvolumen V T die Atemfrequenz f
auf Kosten von VT erhöht, dadurch sinkt die für den Gasaustausch wichtige Größe V A ab. Der Grund
dafür ist der Anstieg von VD, weil es eine anatomische Größe ist und f angestiegen ist. Bei gegebenem
Atemzeitvolumen führt eine vertiefte Atmung (nicht jedoch eine f-Steigerung!) zu einer besseren Belüftung der Alveolen.
Normalverhältnisse
Bei einer normalen Ventilation wird in den Alveolen ein CO2-Partialdruck von etwa 40 mm Hg aufrecht erhalten (PCO 2 = 40 mm Hg)
Hyperventilation
Steigerung der alveolären Ventilation, die über die jeweiligen Stoffwechselbedürfnisse herausgeht =
Steigerung der alveolären Ventilation, über Stoffwechselbedürfnisse (PCO 2 < 40 mm Hg)
Sie tritt bei Tieren normalerweise nur bei schwerer Arbeit auf. Es entsteht dabei sehr viel CO 2, was
abgeatmet werden muß. Bei Erregungszuständen, wobei keine allzu große Arbeit geleitet wird, sprich
kein übermäßiges CO2 anfällt, folgt durch Hyperventilation eine Hypokaprie (PCO 2 ) und ist mit einer Alkalose verbunden.
Hypoventilation
Änderung der totalen/ gesamten Ventilation (es wird insgesamt weniger geatmet), was dazu führt, daß
auch die alveoläre Ventilation unter den Wert, der den Stoffwechselbedürfnissen entspricht = Senkung der gesamten Ventilation, unter Stoffwechselbedürfnisse (PCO 2 > 40 mm Hg)
Ventilationsstörungen





Restriktive Ventilationsstörung
Ausdehnungsfähigkeit der Lunge 
Compliance 
Vitalkapazität 
Atemgrenzwert 
z. B. bei Lungenfibrose und
Pleuraverwachsungen





Obstruktive Ventilationsstörung
Atemwege sind eingeengt
Resistance 
Sekundenkapazität 
Atemgrenzwert 
z. B. bei Asthma bronchiale, Bronchitis,
Pneumonie
13. Atemgase
Diffusion der Atemgase
Aus den Alveolen diffundiert der Sauerstoff in die Lungenkapillaren. In Ruheatmung haben die Alveolen: 100 mm Hg O2 und das venöse Blut: 40 mm Hg O2. Es kommt zu einem vollständigem Angleich der Werte! Die treibende Kraft ist die PO2-Differenz zwischen beiden Räumen (P). Über das
1. Ficksche Diffusionsgesetz kann man die duffundierende Substanzmenge (M) bestimmen:
F
M = KD  ---  P
KD = Kroghscher Diffusionskoefizient (Diffusionsleitfähigkeit),
Naturkonstante, die vom Diffusionsmedium, Temperatur,
Art und Größe der diffundierenden Teilchen abhängt
199
d
F = Fläche der Diffusionsschicht
d = Dicke der Diffusionsschicht
Die Austauschfläche muß relativ groß sein, daß eine optimale Versorgung mit Sauerstoff
gewährleistet werden kann. Die Lunge, die mit etwa 300 Millionen Alveolen ausgestattet ist, hat eine
Oberfläche von 70 m2. Zusätzlich besteht nur ein kleiner Abstand von wenigen m zwischen
Alveolarwand, Interstitium und Kapillare bis hinein in die Erythrozyten, so daß eine Berührung der
Erythrozyten mit der Kapillarwand von 0,3 s Sekunden für den Gasaustausch ausreicht.
Sauerstofftransport
a)
Transportform des Sauerstoffs (O2)



b)
Umgebung  Lunge: Konvektion mit der Luft durch die atemleitenden Wege
Lungenalveole  Kapillarblut: Diffusion durch die Zellmembran
im Blut selbst gibt es 2 Wege:
 physikalisch gelöst (ca. 1 - 2 %): Das ist abhängig vom Konzentrationsgradienten und
v. a. von Sauerstoffpartialdruck.
 chemisch gebunden an das Hämoglobin: Das Hämoglobin ist ein Protein, das aus 4
Polypeptidketten mit jeweils einer Hämgruppe, der Farbkomponente, besteht. Jedes
Häm besitzt ein zentrales zweiwertiges Fe2+, an das die Anlagerung des Sauerstoffs
erfolgt. Der Sauerstoff wird an das 1. Häm gebunden, wodurch sich die Affinität des
zweiten für Sauerstoff erhöht, usw. Bei voller Sättigung bindet 1 g Hämoglobin  1,34
ml O2 (Hüfnersche Zahl: 1,34 ml O2/ g Hämoglobin).
Maximale O2-Bindungskapazität
Sie kann man mittels der Hüfnerschen Zahl berechnen. In vivo ist eine solche Sättigung nicht
möglich, weil ...
 in das arterielle Blut noch ein geringer Anteil an venösem Blut durch die Zuführung aus den
Vv. cordis minimae und Vv. bronchiales vorhanden ist („physiologischer Shunt“).
 im menschlichen Blut noch das Methämoglobin oder Hemiglobin vorhanden ist. Durch eine
Oxidationsreaktion wird Fe2+ in Fe3+ überführt, so daß eine Anlagerung von O2 nicht mehr
möglich ist. Durch das Enzym Methämoglobin-Reduktase wird diese Reaktion wieder rückgängig gemacht.
c)
Oxygenation, Desoxygenation
Die physiologische Anlagerung des O2 an das Fe2+, das seine Zweiwertigkeit nicht verliert, wird
als Oxygenation bezeichnet, die Entkopplung als Desoxygenation. Das Ausmaß der Sauerstoffbindung ist vom PO2 abhängig. In den arteriellen Lungenkapillaren ist der Wert relativ hoch (95
mmHg), so daß das Hämoglobin fast vollständig in seine oxygenierte Form überführt werden
kann. Bei absinken des Wertes nimmt der Oxygenierungsgrad erst langsam, dann immer
schneller ab. Es entsteht eine s-förmige Kurve, die O2-Dissoziationskurve oder O2-Bindungskurve.
d)
O2-Bindungskurve
Der sigmoide Verlauf der Kurve hat eine große physiologische Bedeutung, z. B. auf hohen Bergen hat man immer noch eine fast ausreichende Sättigung gegenüber dem Meeresniveau. Des
200
weiteren ist der steiler Verlauf günstig für die Entkopplung im Gewebe. Abhängig ist die O 2Sättigung des Hämoglobins vom O2-Partialdruck. Die Affinität des Hämoglobins ist abhängig
von Temperatur, die bei Warmblütern zu vernachlässigen ist, dem pH-Wert und dem CO2-Partialdruck. Die beiden letzten Werte stehen in enger Beziehung zueinander: ein Ansteig des CO2Partialdruckes führt zu einem Absinken des pH-Wertes. Das ganze nennt man auch den BohrEffekt.
e)
Bohr-Effekt
Er unterstützt den Austausch von O2 im Gewebe und in der Lunge. Steigt der CO2-Partialdruck
an so sinkt die Affinität des Hämoglobins zu Sauerstoff ab. Die führt zu einer erleichterten O 2Aufnahme in der Lunge, sowie zu einer erleichterten O2-Abgabe ins Gewebe.
f)
Positiv kooperativer Effekt bzw. kooperative Bindungsaffinität
Trotz langsamer Sättigung immer noch Steigerung der Gerade. Es ist abhängig vom Partialdruck
O2 (bei pO2   Sauerstoff löst sich vom Hämoglobin).
g)
Transport des Sauerstoffs
Sauerstoff diffundiert aufgrund der Partialdruckdifferenz (Palveole = 100 - Pkapillare 40) von der
Alveole in das Blut und dort in den Erythrozyten an das Hämoglobin. Das Hämoglobin besteht
aus 4 Polypeptidketten (2  und 2 -Ketten), von denen je eine als „Häm“ bezeichnet Farbkette
trägt. Jedes Häm besitzt ein zweiwertiges Fe-Atom, an das die Anlagerung des O2 erfolgt. Es
können an 1 Hämoglobin 4 O2 gebunden werden (maximaler O2-Gehalt).
(Sauerstoffbindungskurve ist sigmoid aufgrund von positiv kooperativer Bindungsaktivität.)
In vivo wird eine solche vollständige Aufsättigung des Blutes bei der Lungenpassage nicht
erreicht. Dies liegt daran, daß das arterielle Blut eine geringe Beimischung von venösem Blut
(über die Vv. bronchales und die Vv. cordis minimae - physiologisch als „shunt“ bezeichnet)
erfolgt. Die O2-Bindungskurve de Blutes hängt von folgenden Faktoren ab:
 Temperatur
 pH-Wert
 CO2-Partialdruck
 2,3-Diphosphoglycerat
Der relativ niedrige pH-Wert und der relativ hohe PCO 2-Wert im peripheren Gewebe bewirkt eine
vermehrte O2-Abgabe des Hämoglobins (Bohr-Effekt). Die Zellen werden beatmet.
Kohlenstoffdioxidtransport
a)
Transportform des Kohlendioxid (CO2)


Physikalisch gelöst (6 %)
In gebundener Form an das Hämoglobin
 als Carbaminoverbindung
 als Bicarbonat, das in einer Reaktion von Wasser und Kohlendioxyd zu Kohlensäure
(H2O + CO2  H2CO3) entsteht. Kathalysiert wird die Reaktion von dem Enzym
Carbanhydrase. Aus dem Gewebe diffundiert das CO2 in den Erythrozyten. Dort wird
mit Hilfe des Enzyms Kohlensäure aufgebaut, das dann wieder in Bikarbonat- (HCO3-)
201
und Wasserstoffionen (H+) dissoziiert. Das Bikarbonat wird mit Hilfe eines HCO3- - Cl-Antiport aus der Zelle hinausgeschleust. Dieser Vorgang wird als Chlorid-Shift oder
Hamburger-Zyklus bezeichnet.
im Plasma
im Erythrozyten
63,0
%
als
HCO3(wichtigstes
26,0 % als HCO3Puffersystem)
5,0 % Carbaminobindung (H-Hb-NH-COO-)
3,2 % als CO2 physikalisch gelöst
2,6 % CO2 physikalisch gelöst
0,5 % Carbaminobindung (H-Hb-NH-COO-)
b)
Kohlendioxidtransport
Das im Gewebe produzierte CO2 diffundiert in das Plasma und dann in die Erythrozyten. Es wird
dort physikalisch und chemisch gelöst. In Erythrozyten erfolgt mit Hilfe der Carboanhydratase
(die im Erythrozyten vermehrt vorkommt) die Umwandlung des CO2 in Kohlensäure und weiter
in Bicarbonationen und H+ dissoziiert. Dieses HCO3- diffundiert aber sehr schnell ins Plasma
aufgrund Konzentrationsgradienten, der noch durch einen elektrischen Gradienten verstärkt wird.
Dabei wird Cl- in die Zelle eingeschleust, weil die elektrische Ladung im Gleichgewicht bleiben
muß (Cl--Verschiebung oder Hamburgershift).
Die bei der Bikarbonatbindung im Ery freiwerdenden H+-Ionen werden vom Hämoglobin
gepuffert. Das ist im Gewebe besonders gut möglich, weil durch das entkoppeln des CO2 das
oxygenierte Hämoglobin in die desoxygenierte Form übergeht und dabei seinen Säurecharakter
abschwächt. Es kann dadurch leichter H+ aufnehmen, was nun seine Pufferwirkung erklärt. Je
stärker daher das Hämoglobin entsättigt wird, um so mehr kann CO2 in Form von Bikarbonat
oder in Form von Carbaminobindungen gebunden werden. Der sog. Haldane Effekt beschreibt
die verstärkte CO2-Bindung durch die O2-Entsättigung des Hämoglobin
In der Lunge wird das im Plasma vorliegende HCO2- wieder vermehrt (wenn nötig) in die
Erythrozyten aufgenommen, dort wieder in CO2 umgewandelt und per Diffusion an die Alveolen
abgegeben.
c)
Kurzbeschreibung des CO2-Transport
Das im Stoffwechsel gebildete CO2 gelangt in gelöster Form ins Blut. In den Erythrozyten wird
das CO2 unter Mitwirkung von Carboanhydrase zu Kohlensäure hydratisiert, die sofort in
Protonen und Bocarbonat dissoziiert. Während die Protonen überwiegend an Hämoglobin
gebunden werden, diffundiert HCO3- im Austausch gegen Cl- ins Plasma (Hamburgershift). CO2
reagiert außerdem mit der Aminogruppe des Hämoglobin unter Bindung von Carbamat. Alle
diese Prozesse werden bei der pulmonalen CO2-Abgabe in umgekehrter Richtung durchlaufen.
Gesetzmäßigkeiten des Atemgastransportes
Der Atemgastransport hängt v. a. vom Partialdruck des jeweiligen Gases ab. Die O2- und CO2-Partialdruckwerte, die sich nach der Lungenpassage im Blut einstellen, werden primär durch die
alveoläre Ventilation, die Lungenperfusion (Durchblutung) und die Diffusionskapazität bestimmt.
Zusätzlich beeinflußt die regionale Verteilung (Distribution) dieser Größen, den
Arterialisierungsgrad. In den Lungenspitzen hat das Ventilations-Perfusions-Verhältnis und damit
auch der alveoläre PO2 einen größeren Wert als in der Lungenbasis.
202
Außerdem:



Ein reduziertes Hämoglobin kann besser H+ aufnehmen als Oxy-Hämoglobin
Die Abgabe des O2 begünstigt eine CO2-Aufnahme (Haldane-Effekt)
Erhöhter PCO 2 im Gewebe erhöht die O2-Abgabe des Hämoglobin (Bohrscher Effekt)
CO2-Gehalt:
O2-Gehalt:
Im arteriellen Blut
0,4 l CO2 / l Blut
0,2 l O2 / l Blut
Im venösen Mischblut
0,52 l CO2 / l Blut
0,15 l O2 / l Blut
Begriffe


Hyperkapnie, -karbie: erhöhter PCO 2 im arteriellen Blut meist infolge von (alveolärer)
Minderbelüftung (alveoläre Hypoventilation) und dann mit vermindertem PO 2.
Hypokapnie: verminderter PCO 2 im Blut, z. B. bei Hyperventilation, respiratorischer Alkalose
14. Atemmechanik, Spirometrie
Spirometrie und Pneumotachometrie messen direkt das Atemvolumen, das inspiratorische Reservevolumen und das expiratorische Reservevolumen.
Spirometrie
Bestimmung der Ventilationsgrößen mittels Spirometer als Ruhe- oder Ergospirometer. (s. auch Praktikumsanleitung!)




Glocke taucht ins Wasser ein  Innenraum des Spirometers ist luftdicht abgeschlossen
Ausgleich des Glockengewichtes durch ein Gegengewicht am Schieber
CO2-Absorber filtert das CO2 ab  Volumenabnahme  O2-Verbrauch
Glockenhebung und -senkung durch Volumenänderung  Schreibhebel  Spirogramm
Pneumotachographie
Fortlaufende Registrierung der Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft. Der Pneumotachograph
funktioniert wie ein Spirometer nur mit einem eingeschalteten Widerstand.
15. Atemgeräusche
Bronchiales Atemgeräusch
Hört sich an wie das Aussprechen eines „ch“ mit am Gaumen gelegter Zunge. Es entsteht durch die
Bildung von Wirbeln beim Vorbeistreifen der Luft an den Stimmbändern. Man kann es am besten an
der Trachea und über den großen Bronchen hören. Wenn sich in der Lunge
Flüssigkeitsansammlungen befinden, kann es auch über das Lungenfeld wahrgenommen werden.
Verstibuläre Atemgeräusche
203
Kann durch das inspiratorische Aussprechen eines „V“ nachgeahmt werden. Es entsteht durch die
Schwingungen der feinsten Bronchuli und der Alveolargänge. Man kann es über das gesamte Lungenfeld hören. Bei Ansammlungen von Sekret im Lungenparenchym ist es nicht mehr nachzuweisen.
Stridor
pfeifendes Atemgeräusch bei der Inspiration oder der Expiration, z. B. durch die Luftröhren- oder
Bronchenenge.
16. Lungenfunktionsprüfungen
Sie gestatten die Differenzierung zwischen restriktiven und obstruktiven Ventilationsstörungen. Diagnostisch relevante Parameter zur Beurteilung der Erkrankung sind:



Vitalkapazität: Sie ist meßbar mit dem Spirometer.
Atemgrenzwert: Es bezeichnet das Atemminutenvolumen bei maximaler forcierter willkürlicher
Hyperventilation.
Relative Sekundenkapazität (Tiffenau-Test): Unter dieser Kapazität versteht man dasjenige
Volumen, das innerhalb einer Sekunde forciert ausgeatmet werden kann. Das ausgeatmete
Volumen wird spirographisch gemessen und als Anteil der Vitalkapazität angegeben. Werte unter
70 % sprechen für das Vorliegen eines erhöhten Strömungswiderstandes in den Atemwegen.
17. Drücke im Atmungsapparat
Pleuralspalt
Das ist ein Flüssigkeitsgefüllter Raum zwischen Pleura pulmonalis und parietalis. Der Thorax hat das
Bestreben sich zu erweitern, die Lunge hingegen sich zu zusammenzuziehen aufgrund ihrer Eigenelastizität und der Oberflächenspannung der Alveolen. Die einander entgegengesetzten Zugkräfte führen
dazu, daß im Pleuraspalt, ein gegebener Unterdruck von - 8 cm H2O (- 0,8 kPa) bei der Inspiration und
- 5 cm H2O (- 0,5 kPa) bei der Expiration entsteht. In Ruhe liegt der Unterruck bei - 4 cm H2O (- 0,4
kPa). Bei einer Stichverletzung kommt es zu einem Druckabfall, die Lunge kollabiert zum Pneumothorax und der Thorax expandiert.
Intrapulmonal
Bei der Einatmung (- 1 cm H2O) der Druck in den Alveolen niedriger sein als der atmosphärische
Druck der Umweltluft. Durch visköse Widerstände kommt es zu dieser Negativierung des Pleuradrucks, nur so kann die Luft eingezogen werden. Bei der Ausatmung (+ 1 cm H2O) muß eine umgekehrte Druckdifferenz bestehen, um die Luft wieder herauszupressen. Durch positive Widerstände
kommt es zur Positivierung des Pleuradrucks. Um diese Drücke herzustellen, muß das
Lungenvolumen muß das Lungenvolumen bei der Inspiration vergrößert werden. Dies wird zum einen
direkt übe die Bewegung des Zwerchfells, zum anderen mit Hilfe der sonstigen Atemmuskeln indirekt
über die Bewegung des Thorax erreicht.
18. Retraktionskraft der Lunge
Die Retraktionskraft der Lunge wird bei der Expiration ausgenutzt. Es ist Zurückzuführen auf die
Elastizität der Lunge und die Oberflächenspannung der Alveolen. Compliance = 1/10 = 0,1 [l/cm
H2O]
204
19. Druck-Volumen-Diagramm
Analog zur Ruhedehnungskurve kann das Druck-Volumen-Diagramm auch bei maximaler Anstrengung der Atmungsmuskulatur aufgenommen werden (expiratorische und inspiratorische Maxima).
Dynamisches Druck-Volumen-Diagramm
Dehnungskurve von Lunge und Thorax
während des Atmens91
 Ppul = 0
 Ppleu = negativ
Statistisches Druck-Volumen-Diagramm
Compliance
entspricht
der
Ruhedehnungskurve. Bei sehr langsamer
Atmung  statisch.92
 Ppul = - 1 bis + 1
 Ppleu = negativer bis weniger negativ
20. Pulmonale Regulation des Blut-pH-Wertes
An der Konstanthaltung des Blut-pH sind mehrere Faktoren beteiligt:
Puffereigenschaften des Blutes93
Es sind die ionisierbaren Seitengruppen besonders wichtig, unter denen der Imidazolring (Proteine)
des Histidins besonders wirksam ist (v. a. im Hämoglobin, weil hier der Histidinanteil besonders groß
ist). Das Hämoglobin hat im physiologischen pH-Wert als Oxy-Hämoglobin (starke Säure) eine
stärkere Azidität als das Deoxy-Hämoglobin (schwache Säure). Bei O2-Abgabe, kann es bei der
stattfindenden CO2-Aufnahme die dabei gleichzeitig entstehenden H+-Ionen abpuffern. (HämoglobinPuffer).



Hämoglobin-Puffer
Plasmaeiweiß-Puffer
Phosphat-Puffer
Gasaustausch in der Lunge
Die Gesamtkonzentration der Pufferbasen verändert sich bei der Variation des CO 2-Partialdruckes
nicht, z. B. PCO 2   H+  + HCO3- . P- (Proteinatanionen/ Pufferbasen) fängt die H+-Ionen ab
und neutralisiert diese zu HP + HCO3-. Die Gesamtgleichung lautet: P- + H+  HP + HCO3-. Die
negative Ladung bleibt konstant, nur daß nicht die P--Ionen mehr die negative Ladung darstellen,
sondern HCO3-. Die Konzentration der Pufferbasen, d. h. aller pufferwirksamen Anionen, beträgt 48
mmol/l Abweichungen davon werden als Basenüberschuß bzw. Basendefizit bezeichnet.
Henderson-Hasselbach-Gleichung:
[ HCO3- ]
pH = pK + log ---------------[ CO2 ]
91
Inspiration: negativer/ Expiration: weniger negativ
visköse Widerstände können vernachlässigt werden; nur elastische Widerstände
93
v. a. Plasmaproteine des Hämoglobin
92
205
Störungen des Säure-Base-Gleichgewichtes
Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes können respiratorisch und renal kompensiert werden.
Die Atmung ist an der Aufrechthaltung eines stationären Säure-Basen-Gleichgewicht maßgebend beteiligt.


Ansteig der Blutazidität z. B. durch eine Stoffwechselstörung. Es kommt zu einer Zunahme der
H+-Konzentration. Ein zusätzlicher Atmungsantrieb führt zu einer stärkeren Ventilation. CO 2Moleküle, die aus der Reaktion ( HCO3- + H+  H2CO3  H2O + CO2) stammen, werden im
erhöhten Maße eliminiert, der pH-Wert kehrt zu seiner Norm wieder zurück.
Bei einer Basenzunahme sinkt die Ventilation (Hypoventilation). Daraufhin steigt der P CO 2 und
die Konzentration der H+-Ionen an, was zu einen pH-Ansteig führt. Dieser kann zumindest
teilweise wieder rückgängig gemacht werden.
Ausscheidungsmechanismen der Niere
Siehe pH-Haushalt der Niere und Säure-Base-Haushalt
21. Regulation der Atmung
Es ist die Anpassung der Lungenbelüftung an die Stoffwechselbedürfnisse des Organismus.
Zentrale Rhythmogenese, neuronaler Atemrhythmus
In der Medulla oblongata liegen inspiratorische und expiratorische Neurone. Die respiratorischen
Neurone haben Kontakt zu spinalen Motoneuronen der Atemmuskulatur. Die Neuronen sind abwechselnd tätig, wodurch es zu alternierenden In- und Expirationen kommt. Dieser Atemrhythmus
läuft selbstständig ab und stellt einen der stabilsten Rhythmen dar. Der neuronale Atemrhythmus und
die entsprechenden Muskelkontraktionen laufen in 3 Zyklen ab:



Während der Inspirationsphase (I-Phase) erfolgt die Einatmung bis Dehnungsrezeptoren in der
Lunge erregt werden, deren Aktivierung die inspiratorischen Neurone hemmt. (langsam adaptierend: Hering-Bauer-Reflex). Schnelladaptierende Rezeptoren in der Schleimhaut des Bronchialbaumes = Irritationsendigungen, z. B. Hustenreflex.
Während der Postinspirationsphase (PI-Phase) beginnt die erste Phase der „passiven Ausatmung“ (sobald die Kontraktion des Zwerchfells und der inspiratorischen Interkostalmuskeln auch
nur geringfügig nachlassen), die überleitet zur „aktiven Ausatmung“.
Die sich anschließende Expirationsphase (E2-Phase) beinhaltet die Erregung und die Kontraktion
der expiratorischen Atemmuskeln.
Chemische Atmungsregulation


moduliert die autonomen Prozesse
chemische Atemreize durch CO2, H+ und O2
Die chemische Atmungsregulation steht im Dienste der Homöostase (weitgehende Konstanz der
Konzentration gelöster Stoffe, der Temperatur und des pH) und sichert die Anpassung der Ventilation
an die zellulären Bedürfnisse des Organismus
206
a)
CO2 - am empfindlichsten
Rezeptoren an nervösen Strukturen des Hirnstammes selbst. CO2 ist ein Gas und kann deshalb
die Blut-Hirn-Schranke passieren. Die CO2-Antwortkurve steigt bis zu einem Atemzeitvolumen
von 70 - 80 l / min. bei einem Pa CO 2 von 60 - 70 mm Hg. Die Steilheit dieser Beziehung gibt die
Empfindlichkeit der Atmungsregulation durch Pa CO 2 an.
b)
H+ - eigentlich gekoppelt an Pa CO 2
Die Rezeptoren sitzen wahrscheinlich an der Aufzweigung der A. carotis communis. Es ist ein
überraschend flacher Ansteig bei nicht respiratorischen Azidosen zu verzeichnen. Diese
scheinbare geringe Empfindlichkeit der physiologischen Atemregulation erklärt sich aus der
hyperventilationsbedingten vermehrten Abgabe von CO2. Gerade diese Abgabe von CO2 ist es,
die eine respiratorische Kompensation einer nichtrespiratorischen Azidose bewirkt.
c)
O2 - eigentlich an Pa CO 2 gekoppelt
Die scheinbar geringe O2-Empindlichkeit der Atmungsregulation kommt durch die
Verminderung des CO2 Antriebs zustande, da eine hypoxiebedingte Erhöhung der Atemfrequenz
zu einem Abfall des Pa CO 2 führt.
Einflüsse auf die zentrale Atmensteuerung










Dehnungsrezeptoren
Chemorezeptoren
Pressorezeptoren
Mechanorezeptoren
zentrale Antriebe pCO2 und pH
höhere Zentren
Schmerzrezeptoren
Körpertemperatur
Hormone
Thermorezeptoren der Haut
22. Atmung des Vogels
Vögel besitzen neben der Lunge unterschiedlich große Luftsäcke, die sich durch den ganzen Körper
ziehen. Die für die Ventilation wichtigen Volumenänderungen finden nicht in der Lunge, sondern in
den Luftsäcken statt. Die Atemgase streichen bei der In- und Expiration durch die Parabronchen. Dort
findet der Gasaustausch zwischen der Außenwelt und dem blut nach dem Kreuzstromprinzip statt.
In der Lunge (Paleopulmo) kann die Luft nur in eine Richtung fließen. In der Neopulmo in beide
Richtungen und kann dort auch 2 x verwendet werden.
Unterschiede
Anatomie
Volumenänderung
Säuger
Lunge
innerhalb der Lunge
207
Vogel
Lunge und Luftsäcke
in den Luftsäcken
Lungenstruktur
Strömungsmodell
Ventilationsrichtung
blind endendes Alveolarsystem
ventilierter Raum
bidirektional
Durchflußsystem
Kreuzstromsystem
unidirektional (exkl. Neopulmo)
VERDAUUNG
1. Allgemeines
1.1 Vergleich von körpereigener und mikrobieller Verdauung
Mikrobielle Verdauung



Durch Mikroorganismen
Nährstoffarmes und rohfaserreiches kann gut verwendet werden
Energielieferant von Bakterien
208







Produzierte Fettsäuren aus minderwertigen pflanzlichen Proteinen und auch aus Nicht-Protein-N
wird mittelwertiges Bakterienprotein aufgebaut (Eiweißveredelung)
70 % Resorption im Vormagen, 20 % im Dünndarm, 10 % im Dickdarm
Synthese von wasserlöslichen Vitaminen und Vitamin K
Energiereiche, hochwertige Nährstoffe werden abgebaut und wie mittelwertige Nährstoffe
verwendet
Energieverlust durch Gärungswärme und CH4-Abgabe
Aus wertvollem Pflanzenfett (ungesättigte Fettsäuren) wird minderwertiges Körperfett (mit
gesättigten Fettsäuren) gemacht
Gefahr des Glucosemangels
Körpereigene Verdauung







Durch Enzyme
Abbau nach mechanischer Zerkleinerung (Zähne) Verflüssigung mit Speichel, Ansäuerung und
Proteindenaturierung durch den Magensaft, Fettemulgierung durch Gallenflüssigkeit
Resorption durch Dünndarmschleimhaut (aktiver Transport, passive Diffusion)
Unverdaute Reste werden im Dickdarm durch Bakterienflora weiterverdaut
Energielieferant Glucose
Darmflora spielt keine Rolle für die Verwertbarkeit der Nahrung, aber für die Versorgung mit
Vitamin K und andern Vitaminen
Regulation durch nervöse Steuerung (Plexus myentericus und submucosus) und gastrointestinale
Hormone
1.2 Unter Verdauung versteht man ...



Freisetzung der absorbierbaren Nährstoffe aus dem aufgenommenen Futter im Verdauungstrakt
Absorption dieser Niedermolekularen Nährstoffe, d. h. ihr Übergang aus dem Lumen des Verdauungstraktes in den Intermediärstoffwechsel
Ausscheiden nicht absorbierbarer Nährstoffe und endogener Stoffwechselprodukte mit dem Kot
1.3 Aufgaben der Verdauung
Durch die Verdauungsvorgänge wird die Nahrung bzw. die darin enthaltenen Nährstoffe:




Resorbierbar/ absorbierbar, d. h. die hochmolekularen Nährstoffe werden in kleinere
Bestandteile zerlegt
Transportierbar, damit die Versorgung aller Zellen gewährleistet ist
Assimilierbar zum Aufbau neuer körpereigener Substanzen
Die antigene Wirkung der Nahrung wird aufgehoben. Würden die hochmolekularen Nährstoffe
unzerkleinert und unverdaut in den Organismus gelangen, käme es zu einer Antigen-AntikörperReaktion, denn die Nährstoffe würden vom Immunsystem als fremd angesehen werden.
1.4 Intestinale Durchgangszeiten
Definition
209
Darunter versteht man die unterschiedlichen Durchgangzeiten des Magen-Darm-Inhaltes durch den
Verdauungskanal. Die Geschwindigkeit ist abhängig vom Nahrungszustand (fest, breiig), vom Bau,
Länge und Fassungsvermögen der einzelnen Abschnitte des Verdauungskanals.
Mensch



Magen: ca. 3 Stunden
Dünndarm: ca. 7 - 8 Stunden
Dickdarm: ca. 24 - 120 Stunden
Carnivore




Kurzer, wenig kompartimentierter Magen-Darm-Trakt
Keine Gärkammer
Großer Magen
Rasche Passage
Herbivore
Sie kennzeichnen sich aus durch einen langen Magen-Darm-Trakt, der z. T. stark kompartimentiert ist
(Magen beim Rind oder Dickdarm beim Pferd). Die Verweildauer der Nahrung ist deshalb sehr lang.


Rind: besitzt eine große Gärkammer vor dem Darm. Die Mikroorganismen gelangen mit in den
Darm und werden mitverdaut. Die große Darmlänge mit großer Oberfläche gewährleistet eine
gute Resorption.
Pferd: Die Gärkammer ist der Dickdarm. Die Mikroorganismen sorgen dort für die
Nachverdauung und werden mit dem Kot ausgeschieden.
Omnivore

Große Variabilität
1.5 Nahrungsaufnahme
Fleischfresser
 Herausbeißen von Stücken
 Wasseraufnahme mit der Zunge
Wiederkäuer




Umschlingen des Grases mit der Zunge
Abkneifen mit den Kiefern
Bewegliche Zunge und gespaltene Oberlippe (kl. Wdk.) erlaubt tiefes abweiden
Wasseraufnahme durch Ansaugen, fester Schluss von Ober- und Unterlippe und vorschieben des
Kiefers
210
Pferd


Greifen der Nahrung mit beweglichen Lippen,
Abreißen von Gras zwischen den Schneidezähnen
Schwein

Wühlen mit dem Rüssel
1.6 Kauen





Willkürlich und reflektorisch gesteuert (Herbivoren zermahlen, Carnivoren quetschen)
Zerkleinert feste Nahrung
Durchmischung mit Speichels, erleichtert das Schlucken und gleichzeitig schon Vorverdauung
durch Amylasen und prägastrische Lipasen
Oberflächenvergrößerung des Bissens erleichtert den enzymatischen Abbau
Geschmack wird wahrgenommen (giftig?)
1.7 Speicheln
Funktion










Schutz der Mundschleimhaut und Zähne (Austrocknen, Säure)
Bakterizide Wirkung (Lecken von Wunden, Neugeborene)
Gleitfähigkeit des Bissens
Einleitung der Kohlenhydrat- und Fettverdauung durch Amylase und prägastrische Lipase
Regulation des Pansen-pH-Wertes und der Pansenflora (Wiederkäuer)
Phosphatausscheidung (Wiederkäuer)
Sekretion von Harnstoff für die ruminale Proteinsynthese (Wiederkäuer)
Trennung von fein geriebenen Futter von größeren Bestandteilen beim Fluß durch die Vormägen
Temperaturregulation (Hund 10 x Volumenzunahme bei Hitze)
Abwehrfunktion (Lama)
Regulation und Innervation der Speicheldrüsen
Die Speichelsekretion wird über unbedingte (angeborene) und bedingte (erworbene) Reflexe
ausgelöst, wobei sich das Speichelzentrum in der Medulla oblongata befindet.


Sympathicus
Fördert die Abgabe von mukösem Sekret 
Über das Thorakalmark zum Ganglion
cervicale craniale und innerviert alle 3 
großen Drüsen
211
Parasympathicus
Fördert
die
Abgabe
von
vom
proteinarmen, serösen Sekret
Über die Ncll. salivatorii in der Medulla
oblongata
 Ganglion oticum  die Gl. parotis
  Ganglion submandibularis 
Gl.
mandibularis
und
Gl.
sublingualis
Speichelbildung
a)
Aufbau der Speicheldrüsen




traubenartige Struktur
sekretorische Einheit ist ein kleines Säckchen (Acinus)
Ableitung erfolgt über Schalt- und Streifenstücke
Myoepithel zur mechanischen Unterstützung
In der in der Schleimhaut der Backen befinden sich viele kleine Drüsen, die musöses Sekret
sezernieren. Des weiteren haben die Tiere große paarige Speicheldrüsen, zu denen die
Ohrspeicheldrüse, Gl. parotis (serös), die Gl. mandibularis (Unterkieferspeicheldrüse) und die
Gl. sublingualis (Zungenspeicheldrüse, sero-mukös) gehören.
b)
Sekretion von Elektrolyten
Blut und Speichel fließen wie in der Niere nach dem Gegenstromprinzip. Der Primärspeichel ist
isoton, der Sekundärspeichel hypoton (außer Wiederkäuer: isoton).
Bildung des Primärspeichels
In Acini erfolgt die Bildung von
plasmaänlichem Primärspeichel. Dazu wird
Cl- und HCO3- durch transzelluläre
Sekretion in die Acini befördert. Na+ und
K+ folgen parazellulär und passiv. Wasser
folgt aus osmotischen Gründen nach. Beim
Wiederkäuer gibt es eine aktive Sekretion
von Phosphat und Harnstoff später in den
Schaltstücken.
c)
Bildung des Sekundärspeichels
In den Schaltstücken wird der Sekundärspeichel
gebildet. Dazu kommt es zur aktiven Na+- und
passiven Cl- -Resorption und zur weiteren
Sekretion von K+ und HCO3-. So verhält sich die
Konzentration im Sekundärspeichel: K+ und
HCO3-  und Na+ und Cl- . Die
Ausführungsgänge
sind
sehr
wasserundurchlässig, so daß der Sekundärspeichel
hypoton werden kann. Die Zusammensetzung ist
anhängig von der Flußrate. Ist der Speichelfluß
langsam, so bleibt viel Zeit für Resorptions- und
Sekretionsvorgänge. Bei einer schnell Flußrate,
ist der Sekundärspeichel dem Primärspeichel
sehr ähnlich.
Sekretion von Proteinen
Die Speicheldrüsen produzieren Makromoleküle, die durch Exozytose in den Speichel gelangen
und mit diesem zusammen abgegeben werden. Dazu gehören Amylase, Glycoprotreine,
Mucopolysaccharide (Schleim) prägastrischer Lipase aus den Acinuszellen.
1.8 Abschlucken
Beim Abschlucken (Deglutition) der Nahrung, wobei der Nahrungstransportweg vom Mund zum Magen den Atemweg kreuzt, handelt es sich um einen reflektorischen Vorgang, der über das ZNS koordiniert wird. das Schluckzentrum liegt in der Medulla oblongata.
212
Phasen des Abschluckens



orale Phase
Teilweise willkürlich
Bissen wird durch die
Zunge nach dorso-caudal
Richtung
Schlundenge
(Isthmus
faucium)
verschoben





pharyngeale Phase
Rein reflektorisch

Bissen tritt in den Pharynx 
ein
Nasenraum und Kehlkopf
sind verschlossen
Kontraktion der Pharynxund Larynxmuskulatur

ösophageale Phase
Rein reflektorisch
Perestaltische Welle
Ösophagus
des
Aufbau des Ösophagus
Der Ösophagus besitzt proximal quergestreifte Muskulatur und distal glatte Muskulatur. Die Verhältnisse von glatter zu quergestreifter Muskulatur sind tierartlich unterschiedlich. Es existiert ein proximaler und ein distaler Ösophagussphincter.



Vogel: nur glatte Muskulatur
Ratte und Maus: nur quergestreifte Muskulatur
Rest: mehr quergestreift als glatt (Hd, Schw, Ktz, Rind: wenig glatte Muskulatur; Primaten,
Equiden: etwas mehr über die Hälfte ist quergestreift)
Innervation des Ösophagus



Plexus myentericus (glatte Muskulatur) befindet sich zwischen der Ring- und der
Längsmuskulatur
N. vagus (glatt und quergestreift)
reflektorische Kontrolle des Schluckens erfolgt über das Schluckzentrum der Medulla oblongata
Ösophagusperistaltik94
a)
Primäre Peristaltik
Sie wird über das Schluckzentrum kontrolliert. Die Druckwelle ist die Fortsetzung des
willkürlichen Schluckens.
b)
Sekundäre Peristaltik
Sie wird über kurze Äste des Plexus myentericus kontrolliert. Es sind Druckwellen infolge einer
Wanddehnung (Fremdkörper, steckengebliebene Nahrungsreste, Ballonsonden)
1.9 Steuerung
Nervensystem
a)
Vegetatives Nervensystem
94
Nach dem Schluckreflex erschlafft der obere Sphincter, der nach dem Durchgang des Bolus wieder
verschlossen wird. Der Nahungsbrei wird aboral transportiert, passiert den bereits erschlafften unteren Sphincter
und gelang somit in den Magen. Der Verschluss der beiden Spincter wird mit einem erhöhten Ruhetonus bewirkt.
213
Die Steuerung erfolgt über den Sympathicus und den Parasympathicus. Dabei wirkt der Sympathicus hemmend auf die Verdauungsvorgänge, in dem sich die Sphincter kontrahieren und der
Speisebrei länger im Magen verweilt. Zum Schutz vor Selbstverdauung werden zusätzlich
mukösen Drüsen innerviert.


b)
Sphincter: Pylorus und Ileo-Caecal-Muskel
Speicher: Magen und Kolon
Intramurales Nervensystem
In der Wand der Verdauungsorgane liegen mehrere relativ selbständige Reflexapparate, die autonome Bewegungen auslösen können., aber bei verändertren Bedürfnissen der Organismus vom
vegetativen Nervensystem gesteuert werden können. Dazu gehören der Plexus subserosus, Plexus
myentericus (Auerbach’sche Plexus) und der Plexus submucosus (Meißner’scher Plexus).
Gastrointestinale Hormone
Diese Polypeptide werden im Magen-Darm-Trakt gebildet (enteroendokrines System), die auf Magen,
Dünndarm, Leber und Pankreas hemmend oder fördert wirken. Sie wirken ebenso noch bei der Aufspaltung und der Resorption der Nahrung mit.











Hormon
Gastrin
Sekretin
Cholezystokinin
Vasoaktives Intestinales Peptid (VIP)
Gastro-intestinales Peptid (GIP)
Bulbogastrone
Enteroglucagon
Enteropeptidase
Motilin
Villikinin
Serotonin






Wirkort und Funktion
Magensekretion
Pankreassekretion
Pankreassekretion
Gallenblasenkontraktion
Stimulation der Pankreassekretion
Relaxation der glatten Muskulatur
2. Mehrhöhlige Mägen
2.1 Anatomie
Er besteht aus dem dreiteiligen, von einer drüsenlosen, kutaten Schleimhaut augekleideten Vormagen
= Proventriculus, mit Pansen, Rumen, Haube oder Netzmagen, Reticulum, die funktionell als
Ruminoreticulum zusammengefaßt werden, und Psalter, Buch, Blättermagen, Omasum, sowie einer
vierten Abteilung, dem mit drüsenhaltiger Schleimhaut versehenen Drüsen- oder Labmagen,
Abomasum.


Vormagen, Proventriculus (drüsenlose, kutane Schleimhaut) mit Pansen, Rumen und Haube oder
Netzmagen, Reticulum, zusammen als Ruminoreticulum bezeichnet und dem Psalter, Buch,
Blättermagen, Omasum.
Drüsen- oder Labmagen, Abomasum (drüsenhaltige Schleimhaut)
214
Pansen, Rumen
Der Pansen ist ein gewaltiger, seitlich abgeflachter Sack, der den Bauchraum zu einem erheblichen
Teil in Anspruch nimmt. Er füllt, vom Zwerchfell bis zum Beckeneingang reichend, die linke
Bauchhälfte vollständig aus und nimmt mit seinem kaudoventralen Blindsack noch einen
beträchtlichen Teil der rechten Bauchhöhlenhälfte mit ein.
Haube, Netzmagen, Reticulum
Die Haube schiebt sich als kugeliges, in kranio-kaudaler Richtung leicht abgeflachtes Organ zwischen
das Zwerchfell und das Kranialende des ventralen Pansensackes ein und liegt im thorakalen Raum der
Bauchhöhle vorwiegend links. Dorsal geht die Haube ohne sichtbare Grenze in den Pansenvorhof
über, während sie ventral und seitlich durch einen tiefen Einschnitt, die Pansen-Hauben-Furche vom
Pansen getrennt ist. Grenzt nach kranial an das Zwechfell an, nach rechts an den linken Leberlappen,
den Blätter- und Labmagen, nach links an die Pars costalis des Zwerchfells und nach ventral liegt sie
dem Brustbeinende, sowie dem Schaufelkorpel auf.
Er dient als Misch- und Separationsmagen, in dem grobes Futter zurück in den Pansen und feines
Futter vorwärts in das Omasum transportiert wird. Die Funktion erfordert eine starke Muskulatur, die
mit der Magenstraße kommuniziert und diese mit Hilfe der Lippen (Labia) schließen können
Blättermagen, Buch, Psalter, Omasum


Rind: etwa kugelige Gestalt und liegt im ventralen intrathorakalen Abschnitt der Bauchhöhle und
schiebt sich rechts von der Medianeben zwischen den Pansensack und der Leber (links), sowie
der rechten Bauchwand
kleiner Wiederkäuer: etwa oval und liegt im mittleren thorakalen Bereich der Bauchhöhle und
berührt die Bauchwand nicht. (Unterschied zum Rind)
Labmagen, Drüsenmagen, Abomasum
Der Labmagen schließt sich als vierte Abteilung den drei Vormägen an. Er hat eine birnenförmige
oder retortenförmigen Form mit Fundus (größter Durchmesser) und einem Corpus abomasi, der zur
Pars pyloria hin ausgezogen ist. Er liegt ventral vom Recessus ruminis, caudal vom Netzmagen, der
ventralen Bauchwand anliegend zwischen den Rippenbögen. (von links cranio-ventral nach rechts
caudo-dorsal über die Medianebene schwingend)
2.2 Mikroorganismen der Vormägen
Art und Funktion
In den Vormägen befinden sich Bakterien und Infusorien (Ciliaten, Flagellaten), Pilze und nicht verspornende Anaerobier. Die Mikroorganismen gelangen über das Futter in die Vormägen. Deshalb ist
ihre Zusammensetzung von der Zusammensetzung des Futters abhängig. Raufutterreiche Rationen liefern vielfältige Populationen und kraftfutterreiche Rationen haben eine geringere Artenvielfalt, dafür
eine höhere Keimzahl. In einem Liter Pansensaft kommen i. d. R. 109 bis 1011 Bakterien vor. Es gibt
im Pansen ca. 60 verschiedene Bakterienarten, die sich in Aussehen und in ihren Eigenschaften unterscheiden.
215
a)
Bakterien
Der weitaus größte Anteil wird von Kokken, Stäbchen und spiraligen Zellen gebildet. Ihre Eigenschaften sind sehr vielfältig. Man unterschiedet hier:








b)
cellulolytische Bakterien (cellulosespaltende Bakterien)
amylolytische Bakterien (stärkeverwertende Bakterien)
glucoseverwertende Bakterien
laktatverwertende Bakterien
proteolytische Bakterien
lipolytische Bakterien
NH3-bildende Bakterien
Methanbakterien
Protozoen
Das sind begeißelte Mikroorganismen (Ciliaten, Flagellaten und Infusorien), die über
„protozoenbefallene“ Tiere übertragen werden. Sie sind nicht lebenswichtig, aber für das
Wirtstier überwiegend günstig. Sie tragen bei zur:







c)
Abbau von Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen
Verbesserung der N-Retension
NH3-Konzentration im Pansensaft (ist dort 3 x so hoch)
Ciliaten bilden mehr Propion- und Buttersäure
bilden Reservekohlenhydrate für die Futterpausen zur Energiegewinnung
Protozoenprotein ist wertvoller als das Bakterienprotein
Ciliatenarten sind untereinander antagonistisch und fressen auch Bakterien
Hefen
Sie kommen zwar regelmäßig im Pansen vor, sind aber für die Verdauung nicht so wichtig.
Symbiose
a)
Leistungen des Wiederkäuers



b)
Bereitstellung einer Fermentationskammer
kontinuierliche Zufuhr von zerkleinerter Nahrung als Energiequelle für die Fermentation
Aufrechterhaltung eines konstanten Milieus
 Flüssigkeitszufuhr (Speichel)
 Temperatur zwischen 39 - 41° C
 anaerobe Bedingungen
 Pufferung (Speichel)
 Entfernung mikrobieller Stoffwechselprodukte
Leistungen der Mikroorganismen
216



Synthese aller essentiellen Aminosäuren unter Verwendung einfachster N-Quellen. Es fließt
ständig ein Teil der Bakterien in den Labmagen, so daß die Versorgung des Wiederkäuers
sichergestellt ist. Es ist also unabhängig von der Futterqualität.
Synthese wasserlöslicher Vitamine und damit Unabhängigkeit von deren Vorkommen im
Futter
Aufschluß von für den Wirt unverdaulichen Kohlenhydrate, z. B. Cellulose
2.3 Abbau der Proteine
Abbau der Proteine
Futterproteine
NPN im Futter
Speichel-Harnstoff
NPN
Plasma-Harnstoff
HarnstoffExkretion
im Harn
NH4+
Plasma-NH3
HarnstoffSynthese
in der Leber
Proteine
Peptide
Vormagen
Aminosäuren
Mikrobielles Zellprotein
Proteine
Labmagen und
Darm
Sekret-Proteine
Peptide
Aminosäuren
Kot
Plasma-AS
Körperprotein
unverdaute N-Verbindungen aus Futter,
Mikroorganismen und Sekreten
Das aufgenommene Futterprotein wird von proteolytischen Bakterien im Pansen zu Peptiden und
Aminosäuren abgebaut (70 % des Futterproteins). Die Aminosäuren werden in den Bakterien zu
Bakterienprotein aufgebaut oder zu NH3 und Ketonen abgebaut. Pansenbakterien und nicht
abgebautes Futterprotein (30 %) gelangen in den Labmagen (Durchflußfutterprotein, lipophile
Proteine) und in den Dünndarm zur Verdauung. Die hierbei freiwerdenden Aminosäuren und das NH 3
werden resorbiert und gelangen über das Blut in die Leber. Die Aminosäuren werden dort zu
Gewebeprotein und das NH3 zu Harnstoff umgewandelt, wobei 50 % wieder ausgeschieden wird.
Inwieweit das Rohprotein im Pansen durch Mikroorganismen abgebaut wird, hängt von der
Löslichkeit der N-Verbindungen im Pansensaft ab, von der Verweildauer im Vormagen und der
Zusammensetzung der Mikroorganismen.
Zusätzlich zum Futterprotein wird noch Nicht-Protein-N (NPN), z. B. Harnstoff aufgenommen und
abgebaut. Es entsteht NH3 (Ammoniak), das dann hauptsächlich zum Aufbau von Bakterienprotein
dient. Sollte die NH3-Konzentration im Pansen zu hoch werden, kann das Ammoniak von den Pansenzotten ins Blut resorbiert werden (Rumino-hepatischer-Kreislauf)
Ruminohepatischer Kreislauf
217
Darunter versteht man den Kreislauf des Stickstoffs in Form von NH3 und Harnstoff zwischen Pansen
und Leber über Blut und Speichel zur Bereitstellung von NH3 für die Proteinsynthese der Mikroorganismen.
Wenn die NH3-Konzentration im Pansen ist zu hoch ist, diffundiert dieses anhand des Konzentrationsgefälles ins Blut und gelangt so über die Pfortader in die Leber. Dort kommt es zur Produktion von
Harnstoff, der in das Blut abgegeben wird. Ist die Konzentration des Harnstoffs im Blut höher als im
Pansen, so erfolgt wiederum eine Diffusion durch die Pansenwand. Außerdem gelangt über den Speichel Harnstoff in den Magen, wo es zu einer erneuten Spaltung zu NH3 und CO2 kommt. Harnstoff
dient somit als N-Quelle für die Zeit nach der Futteraufnahme.
Der Umbau des NH3 zu Harnstoff erfolgt unter Energieaufwand. Dabei werden 50 % über die Nieren
ausgeschieden, 10 % gelangen über den Speichel und 40 % direkt über die Blutbahn in den Pansen.
2.4 Abbau der Kohlehydrate
Beim Wiederkäuer werden 2/3 der Kohlehydrate von den Mikroorganismen im Pansen gleich zu niederen Fettsäuren zerlegt. Entlang des Konzentrationsgefälles erfolgt die Resorption über die Pansenwand ins Blut. Glucose gelangt nur in ganz geringen Mengen in den Dünndarm, wo es dann ebenfalls
wie bei den Monogastrischen Tieren resorbiert werden kann. Neben Stärke und Zucker werden auch
Cellulose, Pektine, Fructosane und Hemicellulosen abgebaut. Das Pyruvat wird in der Glycolyse verwertet, so daß man als Endprodukt Essigsäure (C2), Buttersäure (C4), Propionsäure (C3), Milchsäure
(C3) und Ameisensäure (C1) erhält.
Ameisensäure
wird zu CO2 und H2 abgebaut, woraus die Methanbakterien H2O und CH3 bilden
und dadurch ihren Energiebedarf decken. Das Methan und geringe Mengen an
Wasserstoff werden über den Ructus abgegeben.
Milchsäure
wird so Propion- und Essigsäure umgewandelt.
Essig-, ButterPropionsäure
sind Energielieferanten für die Oxidation über den Zitronensäurezyklus (ATP)
und dienen als Substrate für die Synthese von Körperfetten. Fett besteht aus
Glycerin, das ausschließlich aus Propionsäure gebildet wird, und Fettsäuren, die
aus aus Acetat und Butyrat aufgebaut werden.
Propionsäure





Aufbau von nicht-essentiellen Aminosäuren
Gluconeogenese aus Kohlenhydraten (Laktose und Glucose), das zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels dient
kann in Butter- und Essigsäure umgewandelt werden
kann im Gegensatz zu Acetat und Buytrat auch Pyruvat bilden
bei Gärung wird es weniger als Acetat und Butyrat produziert
Methanogenese
Das Methan wird aus Ameisensäure von methanbildenden Bakterien erzeugt, die dadurch ihre Energie
erhalten. Die Ameisensäure wird zu CO2 + H2 abgebaut, woraus die Bakterien CH4 + H2O + Wärme
produzieren. Das CH4 wird zusammen mit geringen Mengen an H2 über den Ructus abgegeben. Da
das Methan noch einen geringen Heizwert hat, führt der ausgeatmete Teil zu Verlusten von
Futterenergie für den Wiederkäuer. Ein Teil wird nach dem Ructus sofort wieder eingeatmet, so daß
wenigstens nicht alles verloren geht.
218
Zellulose
Stärke
Cellobiose
Maltose
Saccharose
Fructosane
Pektine
Pentosane
Galakturonsäur
e
Glucose
Fructose
Glucose-P
Fructose-P
Pentosen
Fructose-1,6-Diphosphat
GLYCOLYSE
Pyruvat
Formiat
CO2 + [2 H]
Acetyl CoA
Butyryl CoA
CO2
Oxalacetat
Lactat
Succinyl CoA
Acylyl CoA
Propionyl CoA
Methan
Butyrat
Acetat
Propionat
2.5 Bedeutung der kurzkettigen Fettsäuren für den Vormagen
Essig-, Butter- und Propionsäure



wichtiges Nährsubstrat für Pansenschleimhaut
wichtigster Energieträger für das Gesamttier (Oxidation im Citratzyklus, ATP-Bildung)
 Herstellung von Fetten
 Bildung von Glucose
Substrate für Synthese von Körpergeweben
Einfluß der Ernährung auf die Produktion von Fettsäuren
Es ist abhängig von der Art des Futtermittels bzw. von dessen Zusammensetzung, sowie von der
Struktur des Futters. Die im Futter enthaltene Stärke und der Zucker führen zu einem Anstieg des Propion- und Buttersäureanteils, während Zellulose die Fettsäure-Verteilung zugunsten der Essigsäure
verschiebt. Des weiteren muß grobes Futter wiedergekaut werden. Es hat dadurch eine längere Verweildauer im Pansen, so daß Mikroorganismen mehr Zeit zur Fettsäureproduktion haben.
Acetat
Propionat
Butyrat
Cellulosereich
(Heu)
60 - 70 %
15 - 20%
10 - 15 %
219
Stärkereich
(Kraftfutter)
45 %
30 %
10 - 15 %
Pansenacidose, Lactatacidose
Bei der Verfütterung stärkereicher Rationen, d. h. eine überhöhte Aufnahme an leicht verdaulichen
Kohlenhydraten an nichtadaptierte Tiere kommt es zu einem raschen Abbau und zu einem schnellen
Anstieg kurzkettiger Fettsäuren. Bei z. B. fein zerkleinerten Hochleistungsfutter geht die Speichelproduktion zurück, so daß durch den Bicarbonatmangel die Abpufferung der Pansensäuren vermindert
ist. Zusätzlich kommt es zu einer Zunahme der laktatbildenden und gleichzeitig zu einer Abnahme der
laktatabbauenden Bakterien. Die Konzentration von Laktat steigt, der pH-Wert fällt ab. Wenn der
Wert unter 5,5 fällt, wird die Pansenmotorik und die Resorption der Fettsäuren gehemmt. Zusätzlich
kommt es zu einem Rückgang der Methanbildung. Der Pansen wir immer saurer, so daß
letztendlichen die Mikroorganismen an ihren eigenen Fettsäuren zugrunde gehen. Deshalb sollte der
mindest. Rohfaseranteil bei Milchkühen 18 % und bei Mastkühen 10% betragen.
Ketose, Acetonämie (Laktationsketose)
Eine Ketose tritt bei Störungen im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel in den ersten Wochen nach
dem Abkalben auf, wenn die Tiere die erhöhte Stoffwechselbelastung durch die Milchbildung nicht
verkraften und minderwertiges Futter erhalten. Diese Tiere leiden oft unter Glucosemangel. Um
genügend Milch produzieren zu können, wird Glucose über die Gluconeogenese durch Lipolyse
geonnen. Es kommt zu einer vermehrten Produktion von Acetyl-CoA, dessen Abbau über den
Citratcyclus durch Oxalacetatmangel (Verbrauch für Gluconeogenese) blockiert wird. Das AcetylCoA wird in Acetoacetat umgewandelt, das die Ausgangssubstanz für Ketonkörper, Aceton und Hydroxybuttersäure bildet. Die Ketonkörper gelangen ins Blut und werden teilweise mit dem Harn
ausgeschieden.
2.6 Abbau der Fette im Vormagen
Mono- und Digalactosylglyceride
Triacylglyceride
Phospholipide
Galaktose
Glycerin
Fettsäuren
kurzkettige Fettsäuren
Palmitat
Stearat
Oleat
mikrobielle Lipide
Resorption im Pansen
Resorption im Labmagen und im Dünndarm
Der Abbau der Fette erfolgt zum größten Teil im Pansen. Hier findet eine vollständige Lipolyse von
Fetten zu Glycerin und freie Fettsäuren statt. Dabei werden die kurzkettigen Fettsäuren bereits im
Pansen absorbiert, die langkettigen zum Dünndarm weitertransportiert und dort resorbiert. Das
Glycerin wird in für den Wiederkäuer wertvolles Propionat umgewandelt. Durch umfangreiche
Hydrierung (H2-Anlagerung) werden ungesättigte Fettsäuren in gesättigte Fettsäuren umgewandelt
(Fetthärtung). Ein teil des Nahrungsfettes wird von Mikroorganismen aufgenommen, das dort in
Bakterienfett überführt wird. Die Bakterien werden in im Darm verdaut, wodurch der Wiederkäuer
seinen Bedarf an essentiellen Fettsäuren decken kann.
220
2.7 Motorik der Mägen
Hauben-Pansen-Motorik
a)
Schichtung des Mageninhaltes
Gasblase besteht aus CH4 und CO2 und nimmt ca. ¼ des Panseninhaltes ein. Die Pansengase
werden über den Ructus abgegeben. Da der Pansen nur zu 2/3 gefüllt ist, kann der Inhalt gut
durchmischt werden.
Rauhfutter, das nach der Futteraufnahme auf der Pansenflüssigkeit schwimmt bis es vollgesogen
ist und dann absinkt.
Futtersee aus Pansenflüssigkeit und Nahrungsbestandteilen
Bodensatz mit Steinchen und Sand
b)
Funktion und Steuerung der Motorik







Inhalt des dorsalen Pansensackes darf nicht zu sehr austrocknen
Versorgung der bereits am Futter anhaftenden Mikroorganismen mit Nährstoffen
Abpufferung der von den Miroorganismen produzierten Säuren.
Abtransport der Gärungsprodukte
Verhinderung der Sedimentation der Futterbestandteile
Transport der Nährstoffe zu den Mikroorganismen
Durch die Durchmischung des Panseninhaltes gelangen immer wieder neue Fettsäuren zur
Pansenwand, wo sie resorbiert werden können
Die Steuerung erfolgt über das Zentrum für Vormagenmotorik in der Medulla oblongata. Die Informationen werden parasympathisch über den N. vagus weitergeleitet. Über mechanische Reize,
die durch Raufutteraufnahme über Mechanorezeptoren der Vormagenschleimhaut aufgenommen
werden, wird die Vormagenmotorik induziert.
c)
Kontraktionsformen



Unvollständige primäre Kontraktionswelle (Haube - Haube - Vorhof - dorsaler Pansensack)
Vollständige primäre Kontraktionswelle (Haube - Haube - Vorhof - dorsaler Pansensack ventraler Pansensack)
Sekundäre Kontraktionswelle (dorsaler Pansen - ventraler Pansen)
Die primäre Kontraktionswelle entspricht der A-Welle und die sekundäre Welle entspricht der BWelle. Die Häufigkeit und die Kombination der einzelnen Kontraktionsformen richten sich nach
dem Zeitpunkt der Futteraufnahme. Ebenso kann man anhand der Länge und der Pausen der
einzelnen Kontraktionswellen, die als zusammenhängendes Pansengeräusch zu hören sind, die
Form der Bewegungen erkennen.
A-Welle
Sie dient zur Durchmischung des Panseninhaltes. Dazu gehören eine 2-phasige
Haubenkontraktion, die Kontraktion des Pansenvorhofs, des dorsaler Pansens und des ventralen
Pansen. Die A-Welle läuft vollständige nach Fütterung (Haube - Haube - Vorhof - dorsaler
Pansen - ventraler Pansen - ventraler Blindsack) und unvollständig beim Wiederkauen (Haube 221
Haube - Vorhof - dorsaler Pansen) ab. Die Bewegung ist immer von kranial nach kaudal und
dorsal nach ventral.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Die erste Kontraktion dient zum Durchmischen. Der stark flüssiger Inhalt wird von der
Haube in den Pansen transportiert. Danach erfolgt eine vollständige (Rind) bzw.
unvollständige (Ziege, Schaf) Erschlaffung der Haube.
Bei der zweiten Kontraktion verschwindet das Haubenvolumen fast vollständig (Faustgröße)
Noch während der zweiten Haubenkontraktion beginnt der Hauben-Pansen-Pfeilers sich zu
kontrahieren. Er bildet eine Barriere um den Inhalt im Pansen zu halten.
Die Haube erschlafft, dabei bleiben die Hauben-Pansen-Pfeiler geschlossen.
Die Kontraktionswelle läuft über die Kardia nach kaudal. Die beiden Längs-, kaudaler
Haupt-, dorsaler Kranzpfeiler und dazwischenliegende Abschnitte der Pansenwand
kontraheren sich. Dabei wird der Inhalt vom dorsalen in den ventralen Pansensack befördert.
Die Kontraktion des ventralen Pansensacks (vorderer Haupt-, ventraler Kranzpfeiler), der
dorsale Blindsack ist noch kontrahiert, befördert den Inhalt zurück in den dorsalen
Pansensack. Der ventrale Pansen kontrahiert sich nie zusammen mit der Haube!
Nach erschlaffen des ventralen Pansenpfeilers kontrahiert sich der ventrale Blindsack.
B-Welle
Sie dient zur Gasentfernung im Pansen und stellt sich als eine von kaudal nach kranial fortschreitende Kontraktion des dorsalen und ventralen Pansensacks dar. Beim Schaf kontrahiert sich nur
der kaudoventrale Blindsack, beim Rind findet eine Kontraktion des kaudoventralen und des
kaudodorsalen Blindsacks statt.
% der Häufigkeit
der Kontraktionsformen
bei bzw. nach der
Futteraufnahme
beim Wiederkauen
(Reurgination)
im Ruhezustand
unvollständig vollständige Ae A-Welle
Welle
unvollständige AWelle und BWelle
vollständiger AWelle und BWelle
1%
27 %
5%
56 %
22 %
28 %
37 %
6%
10 %
35 %
25 %
22 %
Psalter Motorik
Die Psaltermotorik ist in den Hauben-Pansen-Zyklus mit integriert. Der Psalterkanal kontrahiert sich
immer zusammen mit dem dorsalen Pansensack, nie zusammen mit dem Psalterkörper und der Haube.
Der Psalterkörper kontrahiert sich unregelmäßig und anhaltend. Die Kontraktionen sind isometrisch.
Die Funktion der Psaltermotorik ist die Differenzierung des Futters in feste und flüssige Bestandteile.
Die Schlundrinnenlippen wirken wie in Filter, in dem noch großen und festen Bestandteile wieder zurück in die Haube und dann in den Pansen transportiert werden und die bereits zerkleinerte Nahrung
weiter in Richtung Labmagen transportiert wird.
Labmagen und Haube funktionieren wie eine Saug-Druck-Pumpe. Nach zwei Haubenkontraktionen
wird das fein zermahlene Futter in 100 g-Portionen in den Psalterkanal gepreßt, der wiederum das
Futter durch Unterdruck ansaugt. Die Schlundrinnenlippen sortieren dabei das grobe Futter aus.
Nachdem das Futter in den Psalter gelangt ist, kontrahieren sich Psalterkanal und Psalterkörper, um
den Nahrungsbrei portionsweise in den Labmagen zu pressen. Die Psalterblätter verzögern den
Durchtritt der Ingesta und dienen zur Resorption von H2O und Nährstoffen. Hier werden die
Gärungsvorgänge fortgesetzt.
222
Saugphase
1. Druckphase
2. Druckphase
kontrahierte Haube schafft den
kontrahierter
Psalterkanal kontrahierter
Körper schiebt
Inhalt
in
erschlafften
transportiert den Inhalt in den den
Inhalt
in
Richtung
Psalterkanal, der Körper ist
erschlafften Körper
Labmagen
dabei kontrahiert
2.8 Ruktus, Eruptation
Eine Kuh produziert ca. 500 l Gas am Tag, das 10 - 60 mal in der Stunde mit jeweils 0,5 - 6 l je
Ructus abgelassen wird.
Phasen des Ructus
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Die Cardia liegt normalerweise unter dem Flüssigkeitsspiegel, nur nach der 2.
Haubenkontraktion liegt sie kurz frei. Bei der 1. Haubenkontraktion gelangt das Futter in den
Pansen und den Labmagen. Bei der 2. Haubenkontraktion kontrahieren sich auch die kranialen
Pansenpfeiler und die Hauben-Pansen-Falte. Es bildet somit eine Barriere , so daß das Futter
nicht mehr zurückströmen kann. Nach erschlaffen der Haube sinkt der Flüssigkeitsspiegel kurz
ab. Die Cardia liegt frei.
Durch die Kontraktion des dorsalen Pansens und der Unterstützung der Bauchpresse wird Druck
auf die Gasblase ausgeübt, wobei die Haube immer noch erschlafft ist.
Der Ructus erfolgt zu 1/3 nach der Kontraktion des dorsalen Pansensackes bei der A-Welle und
zu 2/3 bei der B-Welle, weil hierbei die Kontraktionswelle von kaudal nach kranial verläuft und
so das Gas leichter zur Cardia transportiert werden kann.
Der Oesophagus füllt sich mit Gas, wobei die kranialen Sphincter geschlossen sind (kaudale
Schlundkopfschnürer).
Antiperistaltik des Oesophagus bei geschlossen kaudaler Sphincter.
Reflektorischer Atemstillstand bei geöffneter Glottis.
Die Pansengase gelangen in den Rachenraum und in den oberen Bereich der Trachea. Der
Atemstillstand wird jetzt aufgehoben und ein Teil der Gase wieder eingeatmet (Resorption in der
Lunge). Über den Blutkreislauf gelangen sie zu den Organen und in die Milch (Geruchs- und
Geschmacksqualität wird dadurch beeinflußt). Der andere Teil wird ausgeatmet.
Steuerung des Ructus
Dehnungsrezeptoren im Pansen nehmen den intramuralen Gasdruck wahr. Über den Bauchvagus wird
der Reiz zum Eruptationszentren weitergeleitet und der Ructus ausgelöst.
2.9 Pansengase
Es entsteht hauptsächlich CO2 und CH4. Neben O2 und N2 sind außerdem Spuren von H2, H2S und
CO enthalten. Die Zusammensetzung ist von Futter abhängig.
O2
N2
CH4
gleich nach der
Futteraufnahm
e
3%
15 %
25 %
CO2
55 %
4 Stunden
später
0%
0%
30 %
70 %
Wieso?
wenig mitgeschluckt, wird schnell reduziert
Resorption über die Pansenwand ins Blut
CH4-Entstehung durch Bakterien, CO2 als H2-Akzeptor
CO2-Entstehung durch Decarboxylierung von Säuren,
Hydrolyse von Harnstoff und durch Hydrogencarbonat des
223
Speichels
nur bei Fütterung nach Hungerperiode
H2
2.10 Wiederkauen
Phasen des Wiederkauens
Der eigentliche Vorgang des Wiederkauens besteht aus 3 Teilen: Rejektion, Wiederkauen und Abschlucken. Die Rejektion ist der Transport der Ingesta zurück in die Mundhöhle.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
3 bis 7 Sekunden vor der eigentlichen Haubenkontraktion wird eine Extrakontraktion eingeleitet.
Ansaugphase: tiefe Inspiration bei geschlossener Glottis erzeugt einen Unterdruck im Brustraum,
wobei das Futter angesogen wird.
Auspreßphase: Durch Expiration bei geschlossener Glottis unterstützt durch die Antiperistaltik
des Oesophagus gelangt das Futter in die Mundhöhle.
Erschlaffung der Kardiasphincter
sofortiges Abschlucken der Transportflüssigkeit
Wiederkauen mit Einspeichelung
Abschlucken des Bissens vor der nächsten Kontraktion, Vermischung mit Hauben-Pansen-See
Vorteile, Aufgabe




Zerkleinerung der groben Futterbestandteile
Anregung der Speichelsekretion (Pufferung der Säuren)
Zunahme der Angriffsfläche für Mikroorganismen (leichtere Fermentation)
Erleichterter Passage durch die Vormägen (durch die Schlundrinnenlippen)
Intensität ist abhängig von ...



Der Futtermenge
Dem Raufuttergehalt der Rationsbestandteilen (pelletiert kurz; Heu lang)
Der Struktur des Futters
Innervation
Mechanorezeptoren in der Vormagenwand werden gereizt. Die Reizweiterleitung erfolgt über den N.
vagus zur Medulla oblongata, in der das Rejektionszentrum liegt. Es ist ein reflektorischer Vorgang,
der bewußt unterdrückt werden kann.
Was ist sonst noch so von Bedeutung?
Wiederkauzeit pro Bissen:
Gewicht eines Bissens ohne Wasser:
224
40 - 60 Sekunden
100 g
Kieferschläge pro Bissen
Wiederkauperioden
Periodendauer:
1. Periode nach Futteraufnahme:
gesamt Wiederkauzeit am Tag
Gesamtfuttermasse:
40 - 60
10 - 20
15 - 60 Minuten
30 - 30 Minuten später
4 - 10 Stunden (1/3 Tag)
50 kg
2.11 Regulation des pH-Wertes
Der normale Pansen-pH-Wert liegt zwischen 5,5 und 7,4. Die Abpufferung erfolgt normalerweise
durch Bicarbonat und Phosphat im Speichel. Physiologischerweise nimmt die Aciditä nach der Futterzunahme zu, ist aber nach 10 Stunden wieder zum Ausgangswert zurückgekehrt. Einen Ansteig des
pH-Wertes hat man bei Hunger zu verzeichnen.
Puffersysteme
NH4  NH3 + H
H2PO4-  HPO42- + H+
CO2 + H2O  HCO3- + H+
Buttersäure  Butyrat + H+
Propionsäure  Propionat + H+
Essigsäure  Acetat + H+
Milchsäure  Lactat + H+
+
+
pKS
9,6
6,8
6,1
4,9
4,9
4,8
3,9
Konzentration [mmol/l]
10 - 100
10 - 24
4 - 80
> 40 (Abfall bei akuter Acidose)
30 (nüchtern), 75 - 160 (nach dem Fressen)
0,3 - 20 (normal), 40 - 140 (bei Pansenacidose)
Puffer bei einem hohen pH-Wert
Puffer bei einem niedrigem pH-Wert
Bei einem regulären pH-Abfall, z. B. nach der Nahrungsaufnahme, wirkt der im Speichel enthaltene
Hydrogencarbonat als Puffer. Reagieren die freiwerdenden Kationen mit den flüchtigen Fettsäuren, so
puffert meistens der Acetat-Puffer. Fällt der pH-Wert unter 6, so puffern im wesentlichen nur noch
die Salze der flüchtigen Fettsäuren.
Puffermöglichkeiten sind abhängig von:




Futterzusammensetzung (viel Stärke Abnahme des pH)
Phosphat-, Hydrogencarbonatgehalt
Menge des aufgenommenen Wassers
Konzentration der freien Fettsäuren
2.12 Regulation der Vormagenmotorik
Nervensystem
Nerval werden die Vormägen durch den N. vagus und den N. splanchnicus versorgt. Dabei spielt der
Vagus eine erheblich größere Rolle, denn er ist für alle motorischen Vorgänge lebensnotwendig. Der
dorsale Ast zieht mediale und kaudale an die Haube, innerviert den Pansen, Psalter und den
Labmagen. Der ventrale Ast innerviert medial und kranial die Haube, den Psalter und den Labmagen,
225
der nicht den Pansen. Bei Vagusdurchtrennung funktioniert weder die Motorik noch der Ructus. Es
können eine mechanischen Impulse zum motorischen Zentrum der Medulla oblongata geleitet werden.
Magenreflexe
Die Magenreflexe werden über verschiedene Rezeptoren der Vormägen ausgelöst:




Spannungsrezeptoren in der Pansenwand
epitheliale Rezeptoren in Pansen und Haube
Spannungsrezeptoren in Labmagen
Schleimhautrezeptoren in Labmagen und Duodenum
Dabei werden hemmende und erregende Impulse an die Medulla oblongata eitergeleitet:



Erregend
mäßige Haubendehnung
Reizung der Backen
Labmagen
erhöhter
Säuregrad




hemmend
Starke Hautdehnung
Dehnung der Labmagenwand
Schmerz
pH-Abweichungen
3. Einhöhliger Magen
3.1 Anatomie
Unterscheidungsmöglichkeiten


einhöhlige Mägen (Fleischfresser, Schwein, Pferd)
mehrhöhlige Mägen (Wiederkäuer)
 einfache Mägen (Auskleidung von einer mit drüsenhaltigem, einschichtigem Zylinderepithel
bedeckten Schleimhaut)
 zusammengesetzte Mägen (besteht aus einem Teil drüsenloser, kutaner Schleimhaut - Pars
nonglandularis und einer Drüsenschleimhaut - Pars glandularis)
Fleischfresser
Pferd
Schwein
Wiederkäuer
einhöhlig-einfacher Magen
einhöhlig-zusammengesetzter Magen
einfachen-zusammengesetzter Magen
mehrhöhlig-zusammengesetzter Magen
Bau der Magenwand
Die Magenwand ist von innen nach außen mit Schleimhaut, Tunica mucosa, Muskelhaut, Tunica muscularis und dem Bauchfellüberzug, Tunica serosa geschichtet. Am Magen selbst unterscheidet man
verschiedene Zonen:



Pars nonglandularis (kutane Schleimhaut, weißlich, derb; beim Pferd bildet eine wulstige,
gezackte Falte, Margo plicatus, den Übergang zur drüsenhaltigen Schleimhaut: hier sind oft
Parasitenlarven zu finden)
Kardiadrüsenzone, Pars cardiaca
Fundus- oder Eigendrüsenzone, Pars glandularis gastr. propr. (braunrot)
226

Pylorusdrüsenzone, Pars pylorica (graugelb, weißlich)
Muskeln
a)
Schließmuskel das Mageneingangs, M. spincter cardiae



b)
Fleischfresser:
relativ schwach,  häufiges Erbrechen
Schwein:
mittelmäßig entwickelt
Pferd:
stark  kaum Erbrechen
Schließmuskel des Pförtners, M. sphincter pylori



Fleischfresser:
relativ stark  vollfressen
Schwein:
unterbrochen durch Torus pyloricus ( mit Fettpolster), der als Ventil wirkt
Pferd:
zusätzlich M. sphincter antipylori
3.2 Aufgaben





Aufnahme der zerkleinerten und eingespeichelten Nahrung
Speicherung der Nahrung (proximaler Magen)
Durchmischung von Verdauungssekreten und Weiterverdauung
langsamer Vorschub des Nahrungsbreis
Zerkleinerung und Weitertransport in den Zwölffingerdarm (distaler Magen)
3.3 Motorik
Motorische Eigenschaften
a)
Speicherfunktion
Die Speicherfunktion bezieht sich hauptsächlich auf den proximalen Magen. Dieser Teil besitzt
eine relativ dünne Muskulatur mit einem aktiven Tonus, der sich dem Magenbinnendruck
anpassen kann, aber keine peristaltischen Wellen aufweist. Der Magenbinnendruck sinkt bereits,
bevor ein Bissen aus dem Oesophygus in den Magen übertritt (rezeptive Relaxation) und stellt
sich dann auch auf ein größeres Volumen ein (adaptive Relaxation). Die Regulation erfolgt über
nervale (N. vagus, Plexus myentericus), humorale (Noradrenalin, Adrenalin, Vip, NO) Reize und
über gastrointestinale Hormone (Gastrin, CCK, Sekretin, GIP)
Die abgeschluckten Nahrungsstücke lagern sich übereinander an, während die flüssige Nahrung
an der Außenseite abfließen kann. Es bildet sich ein zwiebelartiger Nahrungskloß (außen Pepsin
und HCL, innen Amylasen und Lipasen), der über langsame tonische Kontraktionen (1 - 3
Minuten), Richtung Pylorus bewegt wird. Die Auslösung der Kontraktion ist nicht myogen.
b)
Zerkleinerung und Weitertransport des festen Mageninhaltes
Im mittleren Bereich liegen an der großen Kurvatur myogene Schrittmacherzellen mit langsamen
Potentialwellen (slow wavers) deren Amplitude von dem Dehnungszustand der Magenwand abhängt. Erreicht bei Füllung des Magens das Membranpotential die Schwelle, treten SpikeAktivitäten auf, die im mittleren Abschnitt peristaltische Wellen auslösen. Beginnend an der
227
großen Curvatur und dem Antrum wandern sie in Richtung Pylorus. Nicht jede slow wave wird
von einer Muskelkontraktion verfolgt, jedoch stehen sie mit ihnen im Zusammenhang. Die
Regulation erfolgt weiterhin über nervale und humorale Reize. Die Muskelkontraktionen sind für
die Vermischung, Zerkleinerung den Weitertransport der Nahrung, sowie für die Entleerung des
Magens in das Duodenum verantwortlich.
Gastrointestinale Hormone und Peptide
Hormone
Gastrin
Sekretin
Cholezystokinin
Somatostatin
Pankreatisches Polypeptid
Urogastrone
Enteroglucagon

















GIP (gastric inhibiting peptide)



VIP (vasoaktive intestinale peptid) 
Substanz P
Enkephaline, Endorphine





Hauptfunktion
Magensekretion (HCL, Pepsinogen, Schleimhaut)
Steigerung der Magenmotalität
Pankreassekretion (Bicarbonat)
Hemmung der HCl-Sekretion
Steigerung der Pepsinogensekretion
Pankreassekretion (Enzyme)
Gallenblasenkontraktion
Hemmung der HCl-Sekretion
Steigerung der Pepsinogensekretion
Sekretionshemmung (Magen, Pankreas)
Hemmung der intesinalen Motalität
Generalhemmung für Gastrin, VIP, Motilin, CCK, Sekretin
Sekretionshemmung (Pankreas)
Sekretionshemmung (Magen)
Sekretionshemmung (Magen, Pankreas)
Förderung des Schleimhautwachstums im Duodenum
Insulinfreisetzung, deshalb auch der Name glucosedependent insulinotropic peptide
Hemmung der HCl-Sekretion, Magenmotalität
Hemmung der Magensekretion
Relaxation der glatten Muskulatur
Stimulation der Pankreassekretion (Bicarbonat) und des
gallensäurenunabhängigen Gallenflusses
Hemmung der HCl-Sekretion
Stimulation der Speicheldrüsen
Kontraktion der glatten Muskulatur
Steigerung der gastrointestinalen Motalität
Hemmung der Kontraktion der glatten Muskulatur
biologisch aktive Peptide
Neuropeptide
Ablauf der peristaltischen Welle
Der Beginn der peristaltischen Welle liegt in Magenmitte, wobei die Ausbreitung nach distal erfolgt.
Der Inhalt des Magens wird in Richtung Pylorus bewegt. Bei der Zunahme der Fortleitungsgeschwindigkeit bei geschlossenem Pylorus wird ein Teil des Mageninhaltes überholt und in den Magen zurückgepreßt bzw. zurückgeworfen. Die Kontraktionskraft ist stark genug um gesamtes distales Antrum
zu verschließen, so wird nur ein kleiner Teil der Nahrung ins Duodenum befördert (der Durchmesser
der Nahrung muß klein genug sein) und der weitaus größerer Teil wird in den Magen
zurückgeworfen. Dabei reiben die einzelnen Partikel gegeneinander und können dabei noch weiter
228
zerdrückt und zerkleinert werden. Zwischen den einzelnen peristaltischen Wellen liegt eine
Ruhepause.
Substanzen, wie z. B. Cholezystokinin, Gastrin und Motilin verstärken die Kontraktion, während Sekretin, Glucagon, GIP, VIP und Somatostatin die Kontraktion hemmen.
Magenentleerung
Die Magenmotorik, v. a. die Entleerung zum einen über autonome Nerven, die über den Plexus coeliacus (Parasympathicus (N.vagus) und Sympathicus), Plexus gastricus, Plexus mesentericus cranialis,
Plexua myentericus und Plexus submucosus.
Die Magenentleerung ist abhängig vom Füllungszustand, der Partikelgröße und deren Viskosität. Zusätzlich steuert noch der Dünndarm über Chemorezeptoren die Entleerung, so daß saurer Inhalt viel
langsamer entleert wird als neutraler Inhalt, hyperosmolarer langsamer als hypoosmolarer, Fette langsamer als Eiweiße, Eiweiße langsamer als Kohlenhydrate, usw.
Die Rate der Magenentleerung ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen Magen und Duodenum
und dem Wiederstand im Pylorus. Der Tonus des Pylorus wird gesteigert durch CCH, Sekretin, GIP
und Enteroglucagon, abgeschwächt durch Gastrin und Motilin.
Kontraktion des leeren Magens
Alle 90 - 120 Minuten erfolgen sog. Hungerkontraktionen. Der nüchterne Magen weist 3 verschiedene
Phasen auf:
1.
2.
3.
keine mechanische Aktivität
schwache Kontraktionen
starke Kontraktionen (Magenknurren)
Auch während der Ruhepausen ist ein basaler elektrischer Rhythmus (BER) an Schrittmacherzellen zu
erfassen, der zu unterschwelligen Depolarisationen führt. Ebenso rufen humorale Faktoren (Motilin)
und vagale Efferenzen verstärkte Kontraktionswellen (N. vagus) hervor. Die ganzen Kontraktionen im
nüchternen Zustand dienen dem Putzeffekt. Unverdauliche Teilchen werden hinausbefördert.
3.4 Schichtung des Magens
Die Nahrung wird entsprechend der Aufnahme geschichtet. So liegt die zuletzt aufgenommene
Nahrung an der kleinen Curvatur und die bereits am längsten aufgenommenen Teile nahe an Pylorus.
Durch den Muskeltonus wird der Inhalt des proximalen Magens langsam in den unteren Abschnitt
geschoben. Die Flüssigkeiten fließen an der Innenwand in den distalen Abschnitt.
Die eigentliche Verdauung beginnt außen mit Pepsin und HCL. Da der Magensaft so nicht mit der
gesamten Nahrung durchmischt wird, bleibt er konzentrierter und damit wirkungsvoller. Von innen
wird der Bolus durch Amylase und Lipase weiterverdaut. Neue Nahrungsteile lagern sich
zwiebelförmig an.
3.5 Motalität des Drüsen- und des Muskelmagens bei Vögeln
229
Die Vögel nehmen die Nahrung auf, können sie aber wegen der fehlenden Zähne nur bedingt zerkleinern. Zahlreiche Speicheldrüsen sezernieren einen schleimigen Speichel, der die Gleitfähigkeit der
Nahrung steigert. Nach dem Abschlucken gelangt die Nahrung nicht direkt in den Magen, sondern
wird im Kropf gespeichert. Das Futter wird durch Trinkwasser und Speichel eingeweicht und
aufgenommene Körner können so quellen. Portionsweise wird der Kropfinhalt in den Drüsenmagen
abgegeben. Ohne längerem Aufenthalt dort, wird es weiter in den Muskelmagen transportiert. Der
Muskelmagen übernimmt die Kaufunktion und wird deshalb auch als Kaumagen bezeichnet. Die
Nahrung pendelt zwischen Muskel- (Zerkleinerung) und Drüsenmagen (Eiweißverdauung durch
Salzsäure und Enzyme) hin und her:
1.
2.
3.
4.
Kontraktion des dünnen Muskels schiebt die Digesta in den Dünndarm
2 - 3 peristaltische Wellen im Duodenum
Kontraktion des dicken Muskels , so daß die Digesta in den Drüsenmagen geschoben werden
Drüsenmagenperistaltik befördert die Digesta wieder in den Muskelmagen
3.6 Magensekretion
Bestandteile und deren Funktion
Bestandteile
Funktion
Es ist eine Vorstufe des eiweißspaltenden Enzyms Pepsin. Es hat sein WirkungPepsinogen
soptimum bei einem stark sauen pH-Wert (1,8 - 3,5). Es ist eine Endopeptidase,
Prorennin (Kalb) d. h. spaltet Proteine und Peptide in der Mitte und Casein durch Säurehydolyse.
Das Rennin dient zur Ausfällung des Caseins beim Kalb.
Es ist ein Labferment und hauptsächlich im Magen von noch saugenden Kälbern
vorhanden. Es wird durch HCl aktiviert und hat sein Wirkungsoptimum bei
Chymosin
einem pH-Wert von 4 - 5. Es ist eine Endopeptidase und spaltet casein ohne
Säurebildung. Im Laufe des Lebens wird es allmählich durch Pepsin ersetzt.
es wird von der Pylorusschleimhaut produziert und spaltet Fett in Diglyceride
Magenlipase
(wichtig für Schwein und Jungtiere)
Der gesamte Magen wird mit einer dicken Schleimschicht überzogen, die permanent reproduziert wird (hohe Regenerationsfähigkeit - alle 3 Tage neu). Sie dient
Mucine
zur Gleitfähigkeit des Chymus und schützt somit auch vor mechanischer Bean(Schleim)
spruchung. Sie schütz auch vor Säureschäden und vor Selbstverdauung. Die
Schleimzellen nehmen Wasser auf gegen Austrocknung auf.
Beide Bestandteile sind die Vorraussetzung der Vitamin B12-Absorption im
Ileum. Das R-Protein, ein Vitamin B12-bindendes Protein, nimmt es im sauren pH
Intrinsic-Faktor
des Magens auf. Im Verlauf wird es an den Intrinsic Faktor gebunden, wodurch
R-Protein
es vor Proteasen geschützt wird. Bei einem Mangel an Vitamin B 12 hat man ein
Krankheitsbild der perniciösen Anämie.
HCl dient zur Fäulnisvermeidung (bakterizide Wirkung) und zur Denaturierung
Salzsäure
von Eiweiß (Eiweißverdauung). Des weiteren ist ein tiefer pH-Wert die Vorraussetzung der Pepsinaktivierung und dessen Wirkung.
Belegzellen sezernieren H+, K+ und Cl-, Schleimzellen Na+, K+, Cl- und HCO3-.
Sie nehmen in gleichen Anteilen zu, die Konzentration von Na+ hingegen ab.
Elektrolyte
HCO3- reagiert im Magen zu H2CO3  H2O + CO2
Gastrin
endokrine Funktion
Magendrüsen95
95
Kardiadrüsen: Haupt- und Nebenzellen, Fundusdrüsen: Beleg-, Haupt- und Nebenzellen und Pylorusdrüsen:
Haupt- Neben- und G-Zellen
230
Zellen
Hauptzellen
Belegzellen
Nebenzellen
G-Zellen
Lage
in tieferen Regionen
vereinzelt zwischen Hauptzellen und
Mittelteil
an Magenoberfläche und im Drüsenhals
in der Epithelschicht des Antrum
Substanz
Pepsinogen
im
Salzsäure und Intrinsic-Faktor
Schleim und HCO3Gastrin
Magensaftsekretion
Die Sekretion wird über Gastrin gesteigert, das ins Blut abgegeben wird. Man kann eine basale
(interdigestive) und eine stimulierte (digestive) Phase unterteilen. In der Nüchternperiode sezernieren
die Zellen ca. 15 % des Sekretes. Bei der Nahrungsaufnahme und damit Auslösung durch einen adäquaten Reiz hin, unterscheidet man 3 weitere Phasen:
a)
Kephale Phase
Auslöser sind Geruch, Geschmack, Vorstellung und Anblick. Die Sekretion ist dabei
zentralnervös induziert. Der Reiz wird vom ZNS übe den N. Vagus zum Magen geleitet und löst
dort eine Vagusinguzierte Gastrinfreisetzung aus. Die Sekretion beträgt daraufhin ca. 45 % der
gesamten Sekretion
b)
Gastrale Phase
Auslöser ist eine Magendehnung und chemische Einflüsse bestimmter Nahrungspartikel. Es folgt
eine reflektorische Vermittlung über den N. vagus und intramurale Reflexwege. Chemische
Reize (Eiweißprodukte, davon bestimmte Aminosäuren, Ca2+, Alkohol (Aperitiv-Effekt) und
Coffein) fördern die Sekretion von Gastrin, Somatostatin hemmt diese und wird bei einem pHWert < 3 im Antrum ausgeschüttet.
c)
Intestinale Phase
Auslöser sind Dehnung des Dünndarm, Eiweißprodukte, pH-Wert, Fette und hyperosmolarer
Chymus. Die Regulation der Magensaftsekretion: tritt saurer, stark fetthaltiger oder
hyperosmolarer Chymus in das Duodenum erfolgt die Freisetzung von Sekretion zur Hemmung
der HCl-Produktion im Magen. Die Pepsinogenproduktion wird stimuliert.
3.7 Mechanismus der Salzsäuresekretion
Belegzellen sind gekennzeichnet durch Mikrovili, die in ihrer Membran die Protonenpumpe, K +-H+ATPase, enthält und durch intrazelluläre Canaliculi die auf der apikalen Seite der Membran münden.
Nach der Stimulation fusionieren die Tubulovesikel mit den Canaliculi (Oberflächenvergrößerung), in
die ebenfalls ATPasen eingebaut werden. Dadurch wird H+ gegen K+ ausgetauscht. Das H+ stammt
aus der Dissoziationsreaktion der Kohlensäure, wobei Cl- in die Zelle rein und HCO3- aus der Zelle
raus in das Blut transportiert wird. Am Höhepunkt kommt es zur Alkaliflut, d. h. mit den H +-Ionen
werden auch K+ und Cl- angegeben. Dem Transport der Ionen folgt noch ein osmotisch bedingter
Wassereinstrom.
3.8 Bildung und Freisetzung von Pepsin
231
Die Pepsinogene werden durch die HCl-Wirkung, Abspaltung eines blockierenden Peptids, zu den
wirksamen eiweißspaltenden Enzymen, Pepsine. Sie werden aus den Hauptzellen in einem Gemisch
aus Proteasevorstufen und Pepsinogen sezerniert.


beim Kalb: Prorennin  Rennin
sonste Tiere: Pepsinogen  Pepsin
3.9 Sekretion des Intrinsic Factors
Der Intrinsic-Faktor ist ein Glycoprotein und entscheidend für die Resorption des Vitamin B12. Im
Magen ist das Vitamin B12 hauptsächlich an das R-Protein aus dem Mundspeichel gebunden und
bildet damit einen magensaftresistenten Komplex. Nach Spaltung durch die Pankreasenzyme erfolgt
die Bindung an den Intrinsic Faktor, der wiederum resistent gegen die Proteolyse und Resorption im
oberen Dünndarm ist. Durch rezeptorvermittelte Exozytose gelangt der Komplex in das Pfortaderblut,
mit es zur Leber transportiert wird. Dort wird das Vitamin B12 entweder gelagert oder zum
Weitertransport an Transcobalamin gebunden.
3.10 Hormonelle und neurale Regulation der Motorik
Neuronale Regulation
a)
BER (basaler elektrischer Rhythmus)
Slow waves führen zu unterschwelligen Depolatisationen und zu Kontraktionen in variablen Abständen. Die Ausbreitung erfolgt elektrotonisch über Cajal-Zellen im Interstitium zwischen
Längs- und Ringmuskulatur.
b)
Enerales NS (ENS)
Es beinhaltet verschiedenartige Neurone mit vielen Neurotransmittern- und Peptiden,
submucöses zu einem myenterischen Geflecht verknüpft sind. Es ist unabhängig von
extrinsischer Innervation. Dehnungsafferenzen führen zu zwei intramuralen Reflexen, die in
aboraler Richtung verlaufen:


c)
Kurze Erschlaffung der Ringmuskulatur über serotonerge Interneurone (durch VIP
übertragen)
Cholinerge Kontraktion der Ring- und Längsmuskulatur, so lange wie der Dehnungsreflex
da ist, so daß dies zur Peristaltik führt.
Neurovegetative Innervation
Der Parasympathicus fördert die Sekretion und Motorik über cholinerge-muskarinerge
Neurotransmitter, der Sympathicus hemmt die Sekretion und Motorik über noradrenerge
Nervenendigungen. Dabei beschränkt sich die Sympathicuswirkung auf die Hemmung der
cholinergen Neurotransmission. Sie ist beeinflußbar durch Agonisten und Antagonisten (Atropin)
d)
ZNS
232
Das ZNS ist mit dem ENS über neurovegetative Innervation verknüpft. Permanente Afferenzen
von Dehnungs-, Chemo-, Glucorezeptoren regulieren die Darmmotorik mit. Vielleicht wird es
auch über das Eßverhalten gesteuert. Reflektorische Beeinflussung durch viscerosensible
Afferenzen.
Humorale Regulation
Hier erfolgt die Wirkung nach einer bestimmten Latenzzeit, da die Distanz der Diffusionsstrecke
(Freisetzung - Zielzelle) mitberücksichtigt werden muß. Die Einteilung erfolgt über die Übertragungsart (auto-, para-, endokrin), wobei ein Spezialfall die neurokrine Freisetzung aus Nervenendigungen
ist.
Die Darmwand enthält viele endokrine Zellen, wobei eine Zelle ein bestimmtes Hormon oder Peptid
produziert. Hormonpeptide (Hormone sind nur Gastrin, Sekretin, Cholezystokinin (CCK) und GIP)
werden als Vorläuferproteine im Golgi-Apparat produziert und als Sekret in Vesikel verpackt. Die
Freisetzung erfolgt nach einem adäquaten Reiz.
Für die Motorik




fördernd: Gastrin, Cholezystokinin, Motilin, Serotonin
hemmend: Sekretin, Somatostatin, Adrenalin
Sympathicus: Erschlaffung der Muskulatur, Kontraktion der Sphinkteren
Parasympathicus: Erschlaffung der Sphincteren, Kontraktion der Darmmuskulatur
3.11 Erbrechen, Vomitus
Ablauf




Salivatio (Speichelsekretion)
Aniperistaltik im Duodenum und im Magen
Inspiration bei geschlossener Glottis (Würgen) -> Steigerung des thorakalen Unterdrucks
Erschlaffung des kaudalen Ösophagussphincters und Ansaugen des Mageninhaltes in den
Ösophagus
 Expiration bei geschlossener Glottis Druckanstieg im Thorax führt zum Übertritt des
Ösophagusinhaltes in die Mundhöhle
Es kann sich auch die Gallenblase kontrahieren, so daß die Galle durch die Antiperistaltik im Duodenum und Erschlaffung des Pylorus ebenfalls mit austreten.
Aktivierung
Dehnungs- und Chemorezeptoren in der Magen-Darm-Mucosa geben über vagale und splanchische
Afferenzen Informationen an das Brechzentrum (von Area postrema innerviert) weiter. Auch bei Reizung des Gleichgewichtsorgans (Reisekrankheit, Schwerelosigkeit) oder olfaktorischen Reizen
(Medizinstudenten im Sezerniersaal) kann dies ausgelöst werden.
Funktion
Motorisches Programm zum Entfernen von Schadstoffen
233
4. Dünndarm
4.1 Motorik des Dünndarms
Funktion


Durchmischung des Chymus mit Verdauungssekreten mit Weitertransport
bringt die Nahrung mit der Bürstensaummembran der Epithelzellen
Anatomie und Funktion der Darmmuskulatur




Muskularis propria mit Ring- und Längsmuskulatur für Einschnürungen und Pendelbewegungen
Muskularis mucosae zum Durchmischen
Myofribillen dienen als Zottenpumpe zur Sekretion
Aktin- und Myosinfilamente in Mikrovilli sind wichtig für die lokale Durchmischung
Formen der Dünn- und Dickdarmmotorik
a)
Mischbewegungen



b)
Pendelbewegungen (rhythmische Kontraktion der Längsmuskulatur)
rhythmische Segmentationen (stationäre, circuläre Ringkontraktionen benachbarter
Bereiche)
nichtpropulsive Peristaltik (lokale, ringförmige Kontraktionen über eine kurze Strecke ohne
nennenswerte Vorwärtsbewegung)
Propulsive Peristaltik
Die Schnürwellen verlaufen in Richtung anal. Die Peristaltik an sich ist ein Komplex aus
aszendierender Kontraktion und deszendierender Relaxation, die sich nach distal ausbreitet.
Transmitter der Kontraktion sind Acetylcholin und Substanz P, die Transmitter für die
Relaxation sind VIP, ATP und NO. Im Kolon werden sie als „Massenbewegung“ bezeichnet. Sie
werden durch Dehnung der Darmwand ausgelöst und Überlagern die Durchmischungsvorgänge.
Sie dienen dem Weitertransport des Chymus
c)
Antiperistaltik
Die Schnürwellen verlaufen Richtung oral. Im Dünndarm treten sie nur kurz vor dem Erbrechen
auf. Im Dickdarm sind sie physiologischerweise vorhanden, weil sie hier der Verlängerung der
Verweildauer in der „Fermentationskammer“ dienen. Bei einigen Spezies dienen sie auch zur
Füllung des Blinddarms.
4.2 Pankreas
Zusammensetzung des Pankreassekret
234
Die Enzyme und Proenzyme stammen aus zymogenen Granula, eine Speicherform der Zellen, die den
Schaltstücken der Acini aufsitzen. 90 % der Enzyme sind proteolytisch (Endo- und Exopeptidasen).
Die Proenzyme werden im Duodenum erst durch eine in der Dünndarmschleimhaut gelegene
Enteropeptidase (Endokinase) aktiviert.
Enterokinase
Trypsinogen  Trypsin

Trypsin
Proenzym  Enzym
Im Pankreassaft enthaltener Thrysininhibitor hemmt die Wirkung des Trypsin zum Schutz vor Selbstverdauung. Lipase, Amylase und Ribunukleasen werden aktiv sezerniert. Im Pankreassekret sind weiterhin noch Elektrolyte, wie Na+, HCO3-, Cl- und K+ enthalten.
Proenzyme
Endopeptidasen:
Trypsinogen
Chymotrypsinogen
Proelastase
Exopeptidasen:
Procarboxylase A
Procarboxylase B
Proaminopeptidase
Nukleasen:
aktive Enzyme
Spaltstoffe
Produkte
Trypsin
Chymotrypsin
Elastase
Proteine, Polypeptide
Proteine, Polypeptide
Proteine, Elastin
Poly- und Oligopeptide
Poly- und Oligopeptide
Poly- und Oligopeptide
Carboxylase A
Carboxylase B
Aminopeptidase
Poly- und Oligopeptide
Poly- und Oligopeptide
Poly- und Oligopeptide
Aminosäuren
Aminosäuren
Aminosäuren
Ribonuklease
Desoxyribonuklease
RNA
DNA
Nukleotide
Nukleotide
Lipase
Triacylglycerine
Phospholipase A
Phospholipide
Fettsäuren,
Monoacylglycerine
Fettsäuren, Lysolezithin
-Amylase
Maltase
Stärke, Glycogen
Maltose
lipidspaltende Enzyme:
Prophospholipase A
kohlenhydrat-spaltende
Enzyme:
Oligosaccharide,
Maltose
Glucose
Auscheidung
Die basale Rate beträgt 2-3 % Elektrolyte und 10 %Enzyme. Bei Nahrungsaufnahme wird die Sekretion durch den N. vagus und CCK stimuliert. Die in der Membran sitzenden Rezeptoren für Acetylcholin und CCK aktivieren über DAG und IP3 Proteinphosphorylierungsvorgänge, die zur Exozytose von Proenzymen und Enzymen führen. Es existieren wiederum 3 Phasen:



Kephale Phase: Sekretionssteigerung in Acinuszellen durch Acetylcholin, Bicarbonatsekretion
durch VIP
Gastrale Phase: Sekretionssteigerung
Intestinale Phase: Sekretionssteigerung durch gastrointestinale Hormone
Funktion
235
Enzyme und Proenzyme dienen der Eiweiß-, Fett-, KH- und Nukleinsäureverdauung, wobei die Proenzyme erst im Dünndarm aktiviert werden durch Trypsin (Schutz vor Selbstverdauung).
Das Pankreassekret an sich ist alkalisch, die Enzyme wirken aber am besten beim neutralen pH. Im
Duodenum vermischen sich Magensaft und Pankreassaft und werden so neutralisiert, v. a durch
Elektrolyte wie Bicarbonat.
Regulation der Pankreassekretion
Botenstoff
Wirkung
extrazellulär
intrazellulär
Acetylcholin,
IP3 und DAG,
Cholezystokinin (CCK) Aktivierung über Ca2+
Sekretin, VIP
cAMP
Somatostatin
cAMP 
Acinuszellen
Enzymsekretion und
Elektrolytausscheidung
Sekretion 
Gangzellen
Elektrolytsekretion aus
den Epithelzellen
Sekretion 
4.3 Galle und Gallensekretion
Anatomie der Gallenblase, Vesica fellea
In den Hepatozyten entstehende Filtrat wird in die Gallenkapillare (Canaliculi) ausgeschieden, diese
anastomosieren und münden in die intralobulären Gallengänge ein. Diese vereinigen sich zum Ductus
hepaticus. Der Ductus cysticus bildet die Verbindung zwischen der Gallenblase und dem Ductus
hepaticus. Nach der Vereinigung dieser beiden Gänge, wird der Rest als Ductus choledochus
bezeichnet, der im Dünndarm mündet.
Zusammensetzung







Gallensäuren (Cholsäure, Chenodesoxycholsäure (primären Gallesäuren, Desoxycholsäure und
Lithecholsäure: sekundären Gallensäuren, konjugiert mit Taurin und Glycin)
Cholesterin
Gallenfarbstoffe (Abbauprodukte des Hämoglobin, z. B. Bilirubin, Biliverdin, konjugiert mit
Glucuronsäure)
Phospholipide (Lecithin)
fettlösliche Substanzen, z. B. Xenobiothika, Steroidhormone
Fettsäuren
Ionen (Na+, K+, Cl-, HCO3-) Elektrolyte
Primärsekret (Lebergalle) und in den Dünndarm abgegebene Blasnegalle Flüssigkeit unterscheiden
sich in Konzentration und Verteilung der Bestandteile.
Mechanismus
a)
96
Gallensäurenabhängige Sekretion96
Korrelation zwischen Menge der Gallensäureausscheidung und den Gallenvolumina/ - Fluß
236
Gallensäuren werden in den Hepatozyten (primäre Gallensäuren: Chenodesoxycholsäure, Cholsäure) aus Cholesterin gebildet. Aus dem enterohepatischen Kreislauf (Rezirkulation) kommen
über die Pfortader sekundäre Gallensäuren (Desoxycholsäure, Lithocholsäure) hinzu. In den
Hepatozyten gelangen sie über Na+- abhängige Transportsysteme und werden in der Leber mit
Glycin oder Taurin konjugiert und passiv über Carrier in die Gallenkapillaren abgegeben.
Zusammen mit der Galle wird auch Bilirubin (Gallenfarbstoff aus dem Abbau des Häms),
Cholesterol, Phospholipide, Steroidhormone und Xenobiothika ausgeschieden. Sie wurden
vorher aus dem Blut aufgenommen und in der Leber metabolisiert, z. T. auch mit Gallensäuren
konjugiert.
b)
Gallensäurenunabhängige Sekretion
Treibende Kraft ist die aktive Sekretion von HCO3- (wie bei der Pankreassekretion). Von der
Blutseite gelangt H2CO3 in die Zelle, wird dort zu HCO3- und H+; HCO3- wird sekretiert, das H+
über Na+-H+-Austauscher wieder ins Blut zurückgebracht. Es kann dort wieder mit HCO 2- zu
H2CO3 werden, das wieder in die Epithelzellen aufgenommen werden kann. In der Gallenglase
wird das Gallensekret konzentriert.
Enterohepatischer Kreislauf
a)
Gallensäuren
Die Gallensäure werden wieder komplett resorbiert. Nach ihrer Passage durch den Dünndarm,
kommt es zur terminalen Rückresorption im Ileum (passive Resorption im Dünndarm, aktive Resorption im Ileum). Der Resorptionsmechanismus besteht aus einem Na +-Cotransport, so daß die
Gallensäuren in den Pfortaderkreislauf eintreten können. Ein Teil tritt in den Dickdarm über
(entspricht in etwa der täglichen Neusynthese). Der Gallensäurepool zirkuliert ca. 6 - 10 x am
Tag.
b)
Bilirubin
Das Bilirubin ist ein Abbauprodukt des Häm aus dem Hämoglobin. Die Zwischenstufe Biliverdin
wird zu Bilirubin und dann an Glucuronsäure angelagert. Hepatozyten extrahieren an Albumin
gebundenes Bilirubin und sezernieren es als Digluconid in die Canaliculi. Im Darm wird das
Urobilinogen (Resorption 15 %), Urobilin wird zu Stercobilinogen, Sternobilin Abbauprodukte
werden resorbiert und über die Pfortader wieder in die Leber transportiert. Ausscheidung nach
teilweiser Rezirkulation über die Leber im Stuhl und durch die Nieren.
Ikterus, Gelbsucht
Beim Ikterus liegt eine gestörte Ausscheidung der Hämabbauprodukte vor. Er kann verschiedene Ursachen haben:
a)
Hämolytischer Ikterus (prähepatisch)
237




b)
Hepatozellulärer Ikterus (intrahepatisch)





c)
vermehrter Eryabbau
Billirubinbildung ist stark erhöht
Leber kann angefallenes Bilirubin nicht vollständig verarbeiten
Ansteig des primären - nicht konjugierten - Bilirubins im Blut
Schädigung der Leberzellen (toxisch, infektiös)
Störung der Konjugation
Störung des Transportes in die Leberzelle
Übertritt von Glucuronisierten Gallenfarbstoffen ins Blut bzw. ungenügende Aufnahme der
primären Gallenfarbstoffe
Ansteig des primären und sekundären Gallenfarbstoffs im Blut
Verschlußikterus (posthepatisch)




Abflußstörung normal produzierter Galle
Durch Anstau bedingtes Übertreten von konjugierten Galenfarbstoffen ins Blut
Ansteig des konjugierten Bilirubins im Blut
häufig durch erhöhten Druck im Lebergewebe sekundäre Schdigung der Leberzellen
Fettemulgierung durch Galle
Gallensäuren haben einen amphiteren Charakter (hydro- und lipophil) und bilden somit filmartige
Grenzschichten zwischen Öl und Wasser oder Micellen. Sie dienen der Fettemulgierung im
Dünndarm als wichtige Vorraussetzung für die Fettverdauung durch Pankreaslipasen. Fetttröpfchen
werden durch Mizellenbildung eingeschlossen, wobei alle fettlöslichen Stoffe aufgenommen werden
können (Bildung von gemischten Micellen). So werden z. B. Cholesterin, Fettsäuren, Phospholipide
und fettlösliche Vitamine) aufgenommen.
Eine prozentuale Abnahme der Gallensäuren unter > pH 4 führt zur Lipidentmischung und Kristallbildung (Cholesteringallensteine)
Regulation der Lebersekretion






aktive Cl- - Sekretion
Bicarbonataustauscher
wasser und Ionen fließen mit
Sekretion fördert HCO3- - Ausscheidung
in Gallenblase: Verdichtung der Galle, Anstieg der Konzentration
Kopplung der Motorik des Dünndarms (Putzmechanismus), starke Kontraktion löst
Gallenglasenkontraktion aus, Nahrungsresteentfernung.
Gallenblasenmotorik


VNS
Rückresorption von Gallensäuren stimuliert Gallensekretion
238




pH im Duodenum sinkt, Sekretion steigt an, Sekretion von HCO3Lipide  CCK steigt an Gallenblasenkontraktion
CCK im Blut hoch, Erschlaffung des Sphincter oddii (zwischen Ductus choledochus und Dünndarm)
Relaxation der Galleblase durch Pankreatisches Polipeptid, VIP und Somatostatin
4.4 Sekretion der Darmschleimhaut und dessen Regulation
Brunnersche Drüsen
Sekret gleicht den Pankreassekret. Wenn der pH-Wert ansinkt, fördert das die Sekretion von Somatostation und VIP, so daß -Amylasen, Peptidasen, wenig Mucine und viel Bicarbonationen ausgeschüttet werden. Dafür verantwortlich sind submucöse, tubuloalveoläre Drüsen im Duodenum. Die
Sekrete dienen dem Schutz der Schleimhaut, v. a. die Bicarbonatsekretion aus den Brunnerschen
Drüsen des Darmepithels und dienen zum Schutz der Schleimhaut durch Bildung von pH-neutralen
Zonen.
Becherzellen
Die Becherzellen befinden sich im Dünn- und Dickdarm. Sie dienen der Schleimsekretion und
Glucoproteinenen, um eine Schutzschicht auf der Darmmucosa zu Bilden.
Kryoten, Lieberkühnsche Drüsen
Sie befinden sich im Dünn- und Dickdarm. Sie sezernieren sekundär aktiv Cl- über basolaterale Na+K+-2 Cl- -Cotransporter. Sie haben eine physiologische Spülfunktion und haben eine wichtige
pathophysiologische Bedeutung bei der Entstehung sekretorischer Diarrhoe.
4.5 Regulation des pH-Wertes
Wenn der pH-Wert sinkt kommt es zur Ausscheidung von Sekretin, das die Sekretion von Bicarbonat
aus der Gallenblase, dem Pankreas, den Becherzellen und Brunnersche Drüsen ansteigen läßt. Die Bicarbonatschicht dient zur Bildung von pH neutralen Zonen und zur Abpufferung der Säureäquivalente
aus dem Magen. Über eine gastroduodenale Rückkopplung wird die Magenmotorik gehemmt.
4.6 Körpereigene Verdauung der Proteine
Allgemein besteht die Verdauung aus Sekretion (Abgabe von Verdauungsenzymen und Flüssigkeiten
zur Verdauung (Spaltung) hochmolekularer Nahrungsbestandteile) und der Resorption (Aufnahme der
niedermolekularen Bruchstücke aus dem Darm ins Darmepithel).
Die Proteine an sich werden durch Expopetidasen (spalten vom jeweiligen terminalen Ende) und
Endopeptidasen (spalten von innen). Dazu gehören Enzyme aus dem Pankreassekret, Pepsin aus dem
Magen und Bürstensaumpeptidasen. Die Di- und Tripeptide werden in das Cytosol der
Darmepithelzellen aufgenommen und hier durch Aminopeptidasen, Tripeptidasen und Dipeptidasen in
die Aminosäuren zerlegt.
239
Beteilgte Enzyme



Die Enzyme werden in ihrer inaktiven Form in den Hauptzellen der Magendrüse produziert und
durch HCl im Magensaft aktiviert, z. B. Pepsinogen.
Die
Acinuszellen
des
Pankreas
produzieren
Trypsinogen,
Chymptrypsinogen,
Procarboxypeptidase, Proelastase, die durch Trypsin bzw. der Enterokinasen aktiviert werden.
Peptidasen der Bürstensaummembran
Orte der Proteinverdauung
a)
Magen
Hier erfolgt das Andauen der Proteine durch Pepsin und die Denaturierung der Proteine
(Ausfällen) durch das HCl.
b)
Darm
Hier erfolgt die Weiterverdauung durch pankreatische Proteasen. Durch koordinierte Hydrolyse
entstehen aus den Proteinen Oligo- und Aminosäuren. Auch in der Bürstensaummembran liegen
Peptidasen zum Weiterabbau. Absorbierbare L-Aminosäuren, Di- und Tripeptide werden zuerst
in einer intrazellulären Hydrolyse zu freien AS und dann ins Pfortaderblut abgegeben. Die
Abbauprodukte können bis zu 40 % absorbiert werden.
Aktivierung der Peptidasen im Darmlumen
Startenzym ist die Enterokinase, die in der Bürstensaummembran lokalisiert ist. Sie spaltet
Trypsinogen zu Trypsin, das dann wiederum verschiedene Enzyme katalysiert:



Chymotrypsinogen  Chymptrypsin
Proelastase  Elastase
Procarboxypeptidase  Carboxypeptidase
Resorption von Aminosäuren und Oligopeptiden



Transportsysteme in der Bürstensaummembran
Natriumabhängige Aminosäureresorption
Sekundär aktiver Transport von Di- und Tripeptiden
4.7 Körpereigene Kohlenhydraverdauung
Polysacharide


Stärke
Glycogen (Cellulose)
Abbau von Stärke
240


Die -Amylase spaltet Stärke und Amylose in Maltose und Maltotriose.
Amylopektin durch das Enzym -Dextrin zu Maltose und Malotriose.
In der Membran liegen weitere Enzyme für den weiteren Abbau der Disaccharide.
Enzym
Maltase
-Dextrinase
Saccharase
Lactase
Trehalase
Substrate
-Dextrin, Maltotriose, Maltose
-Dextrin, Maltotriose, Maltose
Maltotriose, Maltose, Saccharose
Laktose
Trehalose
Endprodukt
Glucose
Glucose
Glucose, Fructose
Glucose , Galaktose
Glucose
Resorption der Kohlenhydrate
Die Glucose wird über einen 2 Na+-Glucose-Cotransport (erleichterte Diffusion) und parazelluläre
Sättigung transportiert. Beim sekundär aktiven Transport sind noch folgende Systeme daran beteiligt:




Beteiligung eines speziellen Carriers
Transport zeigt Sättigung
Energetisierung durch Na+-Gradienten
Transport gegen den Konzentrationsgradienten möglich
Die Fructose wird über erleichterte Diffusion in die Zelle aufgenommen. Daran beteiligt sind:



Beteiligung eines speziellen Carriers
Transport zeigt Sättigung
Transport nicht entgegen des Konzentrationsgradienten möglich
4.8 Körpereigene Verdauung der Fette
Luminale Fettverdauung
Beim Nichtwiederkäuer erfolgt im Speichel und im Magen die Verdauung der Fette durch
Säurelipasen mit zusätzlicher grober Emulgierung. Hier findet noch keine Resorption statt. Beim
Wiederkäuer ist das etwas anders:




Abbau von Triglyceriden durch bakterielle Lipasen im Pansen
Vollständige Lipolyse zu Glycerin und freien Fettsäuren
Keine Resorption mittel- und langkettiger Fettsäuren
Hydrierung ungesättigter Fettsäuren.
Die Lumenphase im Dünndarm besteht aus:



Emulgierung durch Gallensäuren der Nahrungsfette
Enzymatische Spaltung in Fettsäuren -Monoglyceride, Cholesterin und Lysophospholipasen
Solubilsierung durch gemischte Micellen
241
Enzyme
Lipolytische Enzyme des Pankreas sind:




Pankreaslipase (Aktiv)
Procalipase (inaktiv)
Prophospholipase(inaktiv)
Cholesterinesterase (Aktiv)
Vorgänge bei der Verdauung im Darmlumen
Das Fetttröpfchen trifft auf eine Micelle und wird so mit einem Überzug aus Gallensäuren versehen.
So können Calipasen und Lipasen mit dem Abbau der eingeschlossenen Triglyceride beginnen. Es
kommt zur Bildung gemischter Micellen aus den Spaltprodukten der Lipolyse und Gallensäuren. Die
Spaltprodukte sind: Fettsäuren, -Monoglyceride, Cholesterin und Lysophospholipasen.
Funktion der Gallensäuren bei der Verdauung
1.
2.
3.
4.
5.
Emulgierung der Fette durch Bildung einer monomolekuläaren Schicht um Fetttröpfchen und
gleichzeitiger Verringerung der Oberflächenspannung
Erhöhung der Effizienz der Pankeaslipase durch Erniedrigung des pH-Oprtimums von pH 8 - 9
auf pH 6 - 7
Solubilisierung der Spaltprodukte aus der Lipolyse durch Bildung gemischter Micellen
Micellen als Träger der Lipidmoleküle, da sie alleine nicht wasserlöslich sind und so zur Bürstensaummembran für Absorption transportiert werden können
Aktivator für einige Lipasen
Spaltung von
Phospholipid
Phospholipase A2
Cholesterinester
Cholesterinesterase
freie Fettsäuren + Lysophospholipid
freie Fettsäuren + Cholesterin
Resorption
Die Penetrationsphase ist die Aufnahme der Spaltprodukte aus dem Epithel durch erleichterte Diffusion. Im Darmepithel werden wieder Triglyceride (Wiederaufbau der Triglyceride über
Monoglyceridweg oder den Glycerinphosphatweg) aufgebaut, die dann zur Bildung von
Chylomikronen mit intrazellulären Apolipoproteinen dienen.
Triglycerid (Wideraufbau) + Apolipoproteien Bildung von Chylomikronen
Die Chylomikronen gelangen über Exozytose in die Lymphbahn und dann in die Blutbahn und
werden so zu den einzelnen Organen transportiert,
242
6. Dickdarm
6.1 Motorik
s. Dünndarmmotorik
Besonderheiten:
a)
Passage durch das Ostium ileocaecale


b)
Caecumkontraktionen beim Pferd



c)
Gefördert durch den Druck im Ileum
Gehemmt durch den Druck im Caecum
Segmentierungsbewegungen
 Hin und Herschieben des Darminhaltes zwischen den Haustiern
 Durchmischung des Caecuminhaltes
Antiperistaltik
 vom Caecumkopf bis zur -spitze
 Verlängerung der Verweildauer
Peristaltik: Koordinierte Kontraktion der Längs- und Ringmuskulatur in Form von
 Kontraktion von der Spitze zum Körper -Y Inhalt gelangt in den Caecumkopf
 Kontraktion Caecumkopf -Y Entleerung in das Colon ascendens durch das Ostium
caecocolium
Gastrointestinale Reflexe


Magendehnung löst Ileumkontraktion aus (gastrointestinaler Reflex)
Kolondehnung löst Defäkation aus (gastrokolischer Reflex)
Steuerung der Defäkation
Tritt Stuhl in das Rektum ein, werden Dehnungsrezeptoren in der anorektalen Darmwand erregt, welche über einen lokalen Reflex NANC-Neurone des enterischen Nervensystems innervieren. Sie bewirken eine Relaxation des M. ani internus dessen Ruhetonus durch sympathische 1-adrenerge Einflüsse
aufrecht erhalten wird, gleichzeitig erhöht sich der reflektorische Tonus des M. ani externus. Man hat
das Gefühl des Stuhlgangs.
6.2 Funktion des Kolons
Reservefunktion
Der Ionentransport unterliegt einer neuronalen Kontrolle durch das ENS und durch enge hormonelle
Kontrolle durch Hormone, z. B. Aldosteron


Resorption von Na+, K+ und ClResorption von H2O
243


mikrobieller Abbau von Strukturkohlenhydraten zu kurzkettigen Fettsäuren
Resorption der kurzkettigen Fettsäuren
Fermentation




Mikrobieller Abbau von Strukturkohlenhydraten zu kurzkettigen Fettsäuren
Abbau von Proteinen, v. a. endogenes Protein
Synthese von bakteriellen Proteinen
Synthese von wasserlöslichen Vitaminen
6.3 Resorption kurzkettiger Fettsäuren
Cellulose/ Hemicellulose
Fettsäuren97


bakterielle Fermemtation
kurzkettigen
Diffusion als Säuren durch die Membran (Propionsäure, Buttersäure, Essigsäure)
Fettsäure-Bicarbonat-Austauscher
6.4 Transport von Elektrolyten im Magen-Darm-Trakt
Generell gilt für die Wasser- und Elektrolytresorption, daß der größte Teil der Resorption im Dünndarm stattfindet (80 %), im Dickdarm erfolgt die Eindickung, die an den Elektrolythaushalt angepaßt
ist (10%).
a) Na+-Transport



b)
97
Dickdarm
Na+-K+-Austauscher
Natrium-Kanäle, die über Aldosteron
gesteuert werden
Transport von Cl-

c)
Dünndarm
Cotransport mit Zuckern oder Aminosäuren

+
+
Na -K -Austauscher

passiver Ionentransport durch lecke Epithelien
(Schlußleisten = solvent drag) durch
transepitheliale Druckdifferenz
Dünndarm
überwiegend passiv, parazellulär über
Schlußleisten
Dickdarm
trans- und parazellulär über:
 Cl- -HCO3- - Austauscher im
Bürstensaum
 Sekretion über Cl- -Kanäle in der
Bürstensaummembran (Krypten)
 Na+-K+-2 Cl- -Symport
Transport von K+
Kurzkettige Fettsäuren sind: Acetat (60 mmol/l), Propionat (25 mmol/l) und Butyrat (20 mmol/l).
244

Dünndarm
passiv durch solvent drag



d)
Dickdarm
parazelluläre Sekretion und Resorption
über Schlußleisten
transzelluläre aktive Resorption durch
K+-H+-Pumpe
transzelluläre Resorption durch
basolaterale und transzelluläre
Sekretion durch apikale K+-Kanäle
Transport von HCO3Resorption
Sekretion
findet im Jejunum statt. Die Zellen transportieren findet im Duodenum, Ileum und Colon
über Na+-HK+-Austauscher
Protonen in das statt. Über Cl- - HCO3- -Austauscher wird
Lumen, wo H+ und HCO3- Kohlensäure (H2CO3) das Bicarbonat in das Lumen sezerniert.
bilden, das durch die Carbanhydratase zu
membrangängigem H2O und CO2 wird. Diese tritt
durch Diffusion durch die Membran.
FORTPFLANZUNG
1. Sexualzyklus
In periodischen Abständen finden beim weiblichen Tier Veränderungen an den Geschlechtsorganen
statt, die mehrere Aufgaben haben:



Bereitstellung von Eizellen (ovarieller Zyklus)
Vorbereitung der Aufnahme und der Entwicklung der Keimblase (uteriner Zyklus)
Gewährleistung der Paarungswilligkeit
Die Veränderungen kann man dabei beobachten an: Ovar, Eileiter, Uterus, Cervix und Vagina. Man
unterscheidet bei den einzelnen Tieren noch:


Monoöstrische Tiere
Sie haben nur eine Brunst pro Jahr.
Dazu gehören: Wildtiere und Hund (Bei
manchen Tieren ist der Anöstrus so kurz,
daß sie 2 x im Jahr läufig werden;
trotzdem zählen die Hunde insgesamt zu
den monöstrischen Tieren.)


245
Polyöstrische Tiere
Sie haben mehrere Zyklen pro Jahr.
Dazu gehören: Pferd, Wiederkäuer,
Schwein, Katze, Nager und Huhn.
Dauer des Sexualzyklus
Bei den meisten Tieren beträgt die Dauer 21 Tage  1 oder 2 Tage. Die Ausnahmen sind:



Schaf: 17 Tage
Hund: sehr unterschiedlich, v. a. abhängig vom Anöstrus (16 - 56 Wochen)
Katze: Bei der Katze findet die Ovulation nicht spontan statt, sondern wird erst durch den
Deckakt provoziert. Deshalb unterscheidet man zwischen:
 Anovulatorischer Zyklus: 14 - 28 Tage (keine Kopulation  keine Ovulation)
 Pseudogravider Zyklus: 40 - 50 Tage (Kopulation erfolgt  Ovulation findet statt, aber
keine Befruchtung)
Bezeichnungen der Brust






Rind: stierig
Schaf, Ziege: bockig
Schwein: rauschig
Pferd: rossig
Hund: heiß, läufig
Katze: rollig
Allgemeine Brustsymptome







erhöhte Unruhe der Tiere
Kontaktuafnahme zu Artgenossen
Paarungsbereitschaft (Duldung des Aufsprungs)
Ödematisierte Vulva und evtl. Abgang von Sekret aus der Rima vulvae
gerötete Vaginalschleimhaut
leichte Öffnung der Cervivalkanals, auch hier Sekretaustritt
erhöhte Uterusmotorik
2. Phasen des Sexualzyklus
Phasen
Phase
1. Proöstrus, Vorbrunst
Kennzeichen
 vom Einsetzen der Verhaltensänderung
bis zur Paarungsbereitschaft
 Reifung der Follikel zum Ei
Dauer
Pferd: 2 - 6 Tage
Wdk., Schwein: 2 - 3 Tage
Hund: 9 - 13 Tage
Pferd: 5 - 7 Tage
Rind: 1 Tag
Schaf, Ziege:1 - 2 Tage
Schwein: 1 - 3 Tage
Hund: 6 - 8 Tage
2. Östrus, Brunst
 Zeit der Paarungsbereitschaft
 Ovulation
3. Metöstrus,
Nachbrunst,
Postöstrus
4. Diöstrus,
 vom Erlöschen der Paarunswilligkeit bis
zum Abklingen der Brunstsymptome
ca. 3 - 4 Tage
 Entwicklung des Gelbkörpers
 Brunstsymptome fehlen
246
 Ruheperiode
Zwischenbrunst,
Interöstrus
5. Anöstrus
 Ausbleiben des Östrus
Der erste Tag nach dem Sexualzyklus ist definitionsgemäß der Beginn der Brunst (1. Tag, an dem
Brunstzeichen auftreten) bzw. bei der Hündin das Einsetzen der Genitalblutungen, beim Menschen ist
das der 1. Tag der Menstruation. Darum fällt der Proöstrus in den letzten Abschnitt des vorausgegangenen Zyklus.
Kennzeichen



peakartiger Ansteig von FSH und LH kurz vor der Ovulation
Östrogenanstieg vor der Ovulation mit verzögertem Abfall in der 2. Zyklushälfte
starker Anstieg der Gestagenkonzentration in der 2. Zyklushälfte
Anöstrus

Nach der Geburt müssen zuerst einmal die sog. Lochien (Schleim, Blut und Epithelien abgestoßen und die Uterusschleimhaut regeneriert werden. Erst danach kann ein neuer Zyklus beginnen.
Der Wiedereintritt in die Brunst erfolgt beim:






Pferd:
Rind:
Schaf:
Ziege
Hund:
Schwein:
7 - 12 Tage
3 - 6 Wochen
3 - 5 Wochen
nächste Saison
5 - 6 Monate
5 - 8 Tage
nach der Geburt
nach der Geburt
nach der Geburt
nach der Geburt
nach dem Absetzten der Ferkel (Laktationsanöstrie)
 Vorgetäuschte Anöstrie: Brunstsymptome sind wenig oder gar nicht ausgeprägt (stille Brunst)
 Pathologische Anöstrie: Ursachen sind:
 hyperphysär oder ovariell bedingte hormonelle Insuffizienz
 organische oder infektiöse Erkrankungen besonders des Genitaltraktes
 Mängel bei der Haltung und Fütterung der Tiere
3. Zyklusabhängige Veränderungen am Ovar
Primärfollikel  Sekundärfollikel  Tertiärfollikel  Graaf’scher Follikel  Ovulation, Ruptur,
Eisprung: Freigabe der Eizelle, die dann durch den Eileiter zum Uterus wandert. Die Reste des
Tertiärfollikels werden zum Gelbkörper, dem Corpus luteum mit Granulosa und Thecta interna. Wenn
nun keine Befruchtung stattfindet, bildet sich der Gelbkörper wieder zurück und der Zyklus beginnt
von vorne.
Proöstrus: Follikelreifungsphase
Unter Einfluß der Gonadotropine (FSH) reifen mehrere Follikel zu Graaf’schen Follikeln heran. Sie
synthetisieren Östrogen, das für das Wachstum des weibl. Geschlechtsapparates wichtig ist.
Östrus, Ovulationsphase
247
Hier erfolgt ein weiteres Heranreifen der Follikel, sowie ein starker LH-Ansteig bis ein bestimmtes
Konzentrationsverhältnis zwischen FSH und LH schließlich zur Ovulation (meist gegen Ende der
Brunst, beim Rind erst kurz danach) führt. Nach der Ovulation wird das Ei vom Fibrinrichter des Eileiters aufgenommen und durch Tonussteigerung im Eileiter in Richtung Uterus transportiert.
a)
Für die Ovulation verantwortliche Faktoren sind


b)
Vermehrung der Follikelflüssigkeit  Druckerhöhung
Proteolytische Enzyme, die die Follikelwand an der Austrittsstelle auflösen (ihre Synthese
wird durch das LH gefördert)
Unterschiede bei den Tierarten


Bei multipaaren Tieren erfolgt die Ovulation in beiden Ovarien gleichzeitig. Es ovulieren
dabei mehrere Follikel, die auch noch mehrere Eizellen besitzen können.
Bei unipaaren Tieren werden oft bestimmte Ovarien bevorzugt: Pferd links, Rind und Schaf
rechts. Hier gelangt nur 1 Follikel zur Ovulation, die anderen werden atretisch oder pathologischerweise zu Follikelzysten.
Metöstrus: Gelbkörperphase


Proliferationsphase: Ausbildung des Gelbkörpers (Corpus luteum) in der Follikelhöhle; er
entsteht aus der Wand des Follikels
Vaskularisations- und Sekretionsphase: starke Vaskularisation des Gelbkörpers und
Progesteronbildung des Gelbkörpers
Diöstrus: Blütezeit des Gelbkörpers (Maximale Progesteronsynthese)

Wenn keine Befruchtung stattfindet: Inovulationsphase: PGF 2 sorgt für die Rückbildung des
Gelbkörpers (Lutheolyse).
Corpus luteum rubrum (rot) beim Rind
Corpus luteum
Corpus luteum cyclicum
Corpus luteum albicans oder nigrans (je nach
Farbe) bei den anderen Tieren

Wenn eine Befruchtung stattfindet: Prolaktin und LH aus der Hypophyse sorgen dafür, daß der
Gelbkörper während der Gravidität als Corpus luteum graviditatis bestehen bleibt. Die
Progesteronproduktion wird (außer beim Schwein und der Ziege) nach einer gewissen Zeit von
der Plazenta übernommen. Bei der Stute gibt es noch eine Besonderheit. Zwischen dem 40. Und
dem 70. Trächtigkeitstag degeneriert der Gelbkörper. Unter PMSG-Einfluß kommt es zur
Follikelreifung und die sich dabei bildenden Gelbkörper (Corpora lutea auxillaria) sind bis zum
150. Trächtigkeitstag funktionsfähig. Erst danach übernimmt die Plazenta die
Progesteronbildung. Pathologisch Corpus luteum persistens: Der Gelbkörper bildet sich nicht
mehr zurück, obwohl keine Befruchtung stattgefunden hat.
248
4. Zyklusabhängige Veränderungen am Eileiter
Funktion des Eileiters




Aufnahme des ovulierten Eis und dessen Transport in die Ampulla tubae
Spermientransport zur Eileiterampulle
Ernährung der Zygote während des mehrtägigen Tubenaufenthaltes
Transport der Zygote in den Uterus
hormonelle Steuerung
Östrogen und Progesteron sorgen für die Tätigkeit der sekretorischen Zellen und der Flimmerepithelien, sowie für die Kontraktionen. Nach der Befruchtung verweilen die Zygote einige Tage in der
Ampulla und dann nur wenige Stunden im Isthmus tubae. Für den zeitgerechten Übertritt sorgt
Sympathicus.
5. Zyklusabhängige Veränderungen am Uterus
Proöstrus: Proliferationsphase



Unter Einfluß der ovariellen Östrogene, kommt es zum Wachstum der Uterindrüsen, Höhenwachstum der Oberflächenepithelien, Ödematisierung der Schleimhaut
Cervix- und Uterindrüsen sezernieren dünnflüssigen Brunstschleim
Besonderheit bei der Hündin: blutiger Ausfluß wegen der starken Hyperämie
Östrus: Proliferationsphase hält an





noch stärkeres Längenwachstum der Uterindrüsen und Schleimhautproduktion
starke Hyperämie und Durchsaftung der Schleimhaut
Zunahme der Uteruskontraktilität:
 zu Beginn der Tube  in Richtung Cervix
 später von Cervix  in Richtung Tube (wichtig für den Spermientransport)
Bestimmung der Richtungsänderung der Uteruskontraktionen durch das Verhältnis Östrogen :
Progesteron
Dauer:





Pferd:
Rind:
Hund:
Schaf, Ziege:
Schwein:
5 – 7 Tage
1 Tag
6 – 8 Tage
1 – 2 Tage
1 - 3 Tage
Metöstrus: Sekretionsphase
Unter Einfluß des vom Gelbkörper produzierten Progesterons

stärkste Ausbildung und auch stärkste Sekretion der Uterindrüsen das wichtig ist für:
 die Ernährung der Blastozyste, während sie frei im Uteruslumen schwimmt (die ersten Tage)
 die anschließende Implatation der Blastozyste in der Uterusschleimhaut
249


Einstellung der Uteruskontraktionen
Uterusschleimhaut produziert PGF 2
Diöstrus98


Wenn eine Einnistung der Blastozyste erfolgt: hält die Sekretionsphase an mit starker
Drüsenausbildung und –sekretion
Wenn keine Einnistung erfolgt: Inovolutionsphase: durch eine Abnahme der Progesteronwirkung:
 Abbauprozesse am Endometrium
 Sekretion und Länge der Uterusdrüsen nehmen ab
 abgestoßene Gewebsbestandteile und in das Uteruslumen austretende Blut werden bei den
Haussäugetieren resorbiert
6. Zyklusabhängige Veränderungen am Cervix
Funktion der Cervix
Die Cervix bildet eine Barriere zwischen Uterus und Vagina um ein Eindringen von Bakterien zu verhindern. Während des Anöstrus und v. a. während der Trächtigkeit verschließt ein fester
Schleimpfropf den Cervixkanal.
Zyklusphasen



Proöstrus: Cervixschleimhaut wird dünnflüssig
Östrus: Schleim wird wieder dickflüssig und mukös, Herabsetzung des Tonus der
Cervixmuskulatur der Cervixkanal passierbar
Di- und Anöstrus: Cervixkanal ist wegen des Tonus der glatten Muskulatur geschlossen und
enthält ein dickflüssiges, muköses Sekret
7. Zyklusabhängige Veränderungen am Vagina
Die zyklischen Veränderungen des Vaginaepithels werden zur Feststellung des Zyklusstandes
herangezogen.
Proöstrus
Das Vaginaepithel
wird infolge einer
gesteigerten
Mitosetätigkeit
mehrschichtig, einige
oberflächlichen,
kernhaltigen Zellen
werden im Schleim
zusammen mit
Leukozyten abgestoßen.





98
Östrus
oberflächliche Zellen 
verkernen und treten
als „Schollen“ im

Vaginalschleim auf
stärkere
Durchblutung der
Vagina
stärkere Sekretion der
Vestibulardrüsen
Ödematisierung und
Rötung der Vulva
Öffnung des
Schamspaltes
Metöstrus
Vaginalepithel

verkleinert sich
im

Vaginalschleim
noch wenige
Hornschollen,
kernhaltige Zellen
und Leukozyten
Diöstrus
Vaginalepithel
niedrig
in wenig
Vaginalschleim
viele Leukozyten
Im Unterschied zu den Primaten: Es werden ganze Schleimhautschichten abgestoßen (Menstuationsblutungen).
250
8. Regulation des weiblichen Zyklus
Die FSH-Produktion bewirkt die Anreifung von Follikeln im Ovar, die sich aus Primär- und
Tertiärfollikeln entwickeln. Die heranreifenden Follikel produzieren Östrogene, v. a. Östradiol. Bei
niederen Östrädiolkonzentrationen werden die LH- und FSH-produzierenden Zellen auf einem
niedrigen Sensibilitätsniveau gehalten. Deshalb bleibt der FSH-Spiegel im Blut relativ niedrig. 
negativ rückkoppelnde Wirkung der Östrogene
Mit zunehmender Reifung des Follikels wird immer mehr Östradiol produziert, so daß der Östrogenspiegel im Blut ansteigt. Unmittelbar vor dem Eisprung, stellt man einen peakartigen Anstieg der LHund FSH-Konzentration fest, daß die Sensibilität der Hypophyse von einer niedrigen auf eine hohe
Antwortbereitschaft umschaltet. Es wird noch mehr FSH und LH gebildet.  positive Rückkopplung
auf die GnRH-produzierenden Neurone durch Östrogene
 GnRH-Pulsgenerator
im
Hypothalamus
 phasenartige GnRH-Abgabe (stärker
ausgeprägt beim männlichen Tier)
 Abgabe ist zyklusabhängig (vor der
Ovulation deutlich stärker als danach)
Hypothalamus
GnRH
Hypophysenvorderlappen
FSH
LH
Granulosa-Zellen des
Ovars
Granulosa- und ThecaZellen des Ovars
Östrogene, v. a. Östradiol
Östrogene + Gestagene
Hormone
a)
b)
Östrogene
Bildung:
FSH aktiviert die Aromatasen in den Follikelzellen. Dort erfolgt die Bildung von
Östrogenen, v. a. Östradiol. Die Abgabe der Östrogene erfolgt in der Pupertät. Es
dient zur Stimulation der Entwicklung der weiblichen Geschlechtsorgane.
Wirkung:




Ausbildung der weiblichen Geschlechtsorgane
brunstauslösend
Proliferation des Endometriums (Bildung)
Unterdrückung der LH- und FSH-Produktion während der Schwangerschaft
Gestagene
Bildung:
LH bewirkt den Prozess des Eisprungs (Ovulation). Danach erfolgt die Umwand251
lung von Zellen des ruptierten Tertiärfollikels zu Gelbkörperzellen. Diese produzieren Gestagene, v. a. das Progesteron. Dieser Prozeß der Umwandlung wird als
Luteinisierung der Granulosazellen bezeichnet. Der Follikel wird zum Gelbkörper
Wirkung:


Nidation der befruchteten Eizelle
Unterbrechung des Sexualzyklus bei einem hohen Progesteronspiegel im Blut
Luteolyse
Unter Luteolyse versteht man die Rückbildung des Gelbkörpers bei ausbleibender Befruchtung. Dies
erfolgt nach etwa 14 Tagen nach der Ovulation. Es wird oft unterstützt durch PGF2, das in der
Uterusschleimhaut gebildet wird. Es hemmt die Progesteronbildung.
9. Geschlechtstrieb und Sexualverhalten
Das Zentrum für den Geschlechtstrieb und Sexualverhalten befindet sich im Hypothalamus.
Androgene bewirken das männliche Sexualverhalten. Fehlen Androgene, resultiert daraus das
weibliche Sexualverhalten. Die Intensität des Sexualverhaltens ist abhängig von Fütterung, Haltung
und dem Gesundheitszustand der Tiere.
Für den Geschlechtstrieb verantwortlich sind Testosteron beim männlichen Tier (fortwährend) und
Östrogene beim weiblichen Tier (Duldung der Paarung während bestimmten Phasen des
Genitalzyklus).
10. Spermiogenese, Spermatogenese
Spermiogenese
Das ist die Entwicklung der Spermien. In der Embryogenese erfolgt die Entwicklung des primären
Keimgewebes. In der Pubertät werden beim männlichen Geschlecht die Urkeimzellen durch
mitotische Teilung in Spermatogonien umgewandelt. Sie besitzen einen diploiden Chromosomensatz.
Aus ihnen entwicheln sich im Keimepithel der Tubuli seminiferi contorti der Hoden die primären
Spermatozyten. Nach der ersten Reifeteilung heißen sie sekundäre Spermatozyten oder
Präspermatiden. Aus ihnen entwickeln sich in der zweiten Reifeteilung zwei Spermatiden, die einem
einfachen Chromosomensatz haben. Dann erfolgt erst die Differenzierung zu den reifen Spermien
(Spermatozoen), die Transportform der Keimzellen. Spermien verlassen das Zytoplasma der
Sertolizellen und gelangen in das Lumen der Tubuli seminiferi. Von dort aus geht es durch die Tubuli
recti  Rete testis  Ductuli efferentes in den Ductus epididymidis, der Nebenhodengang, in dem sie
gespeichert werden und ausreifen.
Spermien
Aufbau
Sie bestehen aus einem Kopf, der bei den einzelnen Tierarten unterschiedlich
aufgebaut ist und aus dem Akrosom und dem Kern besteht. Das Halsstück geht über
in ein Mittel- und Hauptstück mit vielen Mitochondrien, die zusammen mit dem
Endstück den Schwanz bilden.
Ejakulat
Das Ejakulat besteht aus 3 - 12 % Spermien und dem Samenplasma, das aus den
Akzessorischen Geschlechtsdrüsen sezerniert wird.
252





Gl. vesikularis
Prostata
Gl. bulbourethralis
Nebenhoden
Samenleiterampullen





Hauptteil des Plasmas, Nähstoffe
saure Phosphatase, Glucuronidase
mucinreiches Sekret mir HCl
Spurenelemente, Minearlien, ...
Fructose , Citronensäure
Motalität
Spermienschwänze führen peitschende, rhythmische Bewegungen aus. Durch
positive Rheotaxis (Wanderung gegen den Flüssigkeitsstrom mit einer
Geschwindigkeit von 4 - 6 mm/min.) gelangen sie zur Eizelle.
Lebensdauer
Die Lebensdauer beträgt ca. 2 Tage, beim Pferd bis zu 6 Tagen.
Konservierung 


bei Kühlschranktemperatur im dotterhaltigen Verdünner 2 - 4 Tage haltbar
bei Zimmertemperatur durch CO-Zugabe maximal 10 Tage haltbar
Einfrieren, Verdünnung aus Glycerin und Eidotter sind sie mehrere Jahre haltbar
Bau des Hodens, Testis, Orchis
a)
Anatomie
Der Peritonealüberzug ist mit der Organkapsel, Tunica albiginea testis fest verwachsen.
Innerhalb der Organkapsel befindet sich das Hodenparenchym mit Bindegewebskörper,
Mediastinum testis, der durch Bindegewebssepten, Septula testis unterteilt ist. Beim Pferd bilden
sich richtige Läppchen, Lobuli testis.
Im Außenbereich des Hodenparenchyms befinden sich die gewundenen Samenkanälchen, Tubuli
seminiferi contorti, in denen die Spermatogenese stattfindet. Die Spermien werden in diese
Tubuli entlassen, an die sich die geraden Endabschnitte, Tubuli recti anschließen. Diese münden
in ein regelrechtes Gefäßknäul, die mediastinalen Tubuli, Rete testis, die beim Übergang vom
Hoden in den Nebenhoden in 8 - 12 Ductuli efferentes testis übergehen.
b)
Histologie
Das Epithel der Tubuli seminiferi contorti besteht aus den Stammzellen der Spermien
(Spermatoginien) und den Stützzellen (Sertoli-Zellen). Zwischen den Kanälchen liegen die
Leydig-Zwischenzellen. Die Sertoli-Zellen bilden das Maschenwerk. Sie sind notwendig für die
Ernährung der Spermazellen und produzieren Inhibine und ein Adrogen-bindendes Protein
(ABP), das Testosteron von Leydig-Zwischenzellen in die Sertoli-Zellen transportiert. Es wird
dort zu Östrogenen umgebaut, das für die reifung der Spermatocyton notwendig ist. Des weiteren
sind sie auch zur Phygozytose befähigt. Die Leydig-Zwischenzellen bilden Gruppen in der Nähe
von Kapillaren, um das produzierte Hormon (Testosteron) abzugeben.
Hormonale Regulation
Der GnRH-Pulsgenerator im Hypothalamus besteht aus einer Gruppe von Neuronen, die das GnRH
(Gonadotropin-Realising-Hormon) bilden. Über den axonalen Transport gelangt es zur Eminentia mediana, wo die pulsatile, periodische Abgabe ins Blut erfolgt. Die GnRH erreichen mit der Blutbahn
den HVL. Im Hypophysenvorderlappen wird nun FSH und LH gebildet. Die Ausschüttung der
Sexualhormone, v. a. Testosteron, führt in den Hoden (Sertoli-Zellen und Leydigsche
Zwischenzellen) zur Bildung von Androgenen (Testosteron). Über die negative Rückkopplung erfolgt
die Regulation der Androgenbildung.
253
Hypothalamus
Rückkopplungsmechanismen:
 Androgene   GnRH und FSH
 Inhibine   FSH und LH
GnRH
Hypophysenvorderlappen
Inhibin
FSH
Tubuli
seminiferi
contorti
LH
Leydigzellen
DHT
Testosteron,
Testosteron wird in den Zellen peripherer Erfolgsorgane erst nach Reduktion
des 5-Dihydrotestosteron (DHT) wirksam
Wirkungen der Androgene
FSH und LH sind Glykoproteine, die an membranständige Rezeptoren von Zellen des Hodens gebunden werden


Leydig Zwischenzellen: Hier erfolgt die Bildung von Androgenen, v. a. Testosteron. LH bindet an
Rezeptoren der Zellmembran. Das cAMP steigt an, welches die Synthese der Hormone anregt.
Die Wirkung wird durch FSH gefördert.
Sertolizellen: FSH bindet an Rezeptoren der Sertoli-Zellen, das cAMP steigt in der Zelle an. Es
kommt zur Produktion von Androgen-bindendem Protein (ABP) und von Inhibinen.
Die androgenen Steroidhormone wirken auf den Stoffwechsel anabol, d. h. die Nucleinsäuren und die
Eiweißsynthese steigt an. In ihren Zielorganen erfolgt Stimulation der speziellen Stoffwechselleistungen. An den männlichen Genitalien beeinflussen sie die Ausbildung von Penis, Samenleiter, Samenblase und Prostata und fördern bestimmte Stadien der Spermatogenese. In der Peripherie wirken sie
auf eine Erhöhung der Knochenbildung, Fettproduktion und -sekretion der Haut (Seborrhoe).
Synthese der Steroide
Cholesterin
Pregnenolon
Progesteron
Testosteron
5-Dihydro-
Östradiol
17-Hydroxyprogesteron
17-Hydroxypregnenolon
Androstendion
Dehydroepiandrosteron (DHEA)
Östron
254
testosteron (DHT)
Östriol
11. Oogenese
Ooegese ist die Entwicklung der Eizelle. Die Urkeimzellen differenzieren sich beim weiblichen Embryo in der 5. Woche zu Oogonien und vermehren sich bis zum 5. Monat mitotisch. Die Mehrzahl der
Oogonien geht bis zur Geburt zu Grunde, der Rest differenziert sich zwischen dem 3. Bis 7. Monat zu
primären Oozyten, die sich bei der Geburt in einem Ruhestadium zwischen Prophase und Metphase
der ersten Reifeteilung befinden. Sie bilden in den Ovarien Primärfollikel, die von Epithelzellen
umgeben sind. Bei Beginn der Pupertät kommt es zur Vollendung der Follikelreifung. Im Rahmen des
Ovarialzyklus erfolgt die erste Reifeteilung zu einer sekundären Oozyte und einem Polkörperchen.
Die zweite Reifeteilung beginnt unmittelbar danach und wird nur abgeschlossen, wenn die Eizelle
befruchtet wird.
12. Paarung und Befruchtung
Begriffe



Paarung, Begattung: Koitus zum Zwecke der Befruchtung
Besamung: Eindringen des Spermiums in die Ovozyte
Befruchtung: Eine weibliche und eine männliche Keimzelle vereinigen sich zu einer befruchteten
Eizelle, Zygote mit einem diploiden Chromosomensatz. Die Befruchtung erfolgt in der Eizelle
selbst, die sich i. d. R. noch im Eileiter befindet. Nach der Befruchtung beginnt sie sofort sich zu
teilen. Der heranreifende Trophoblast produziert das Choriongonadotropin (HCG), das zur
Aufrechterhaltung der Progesteronsekretion des Corpus luteum dient. Im Uterus kommt es dann
zur Nidation (Einnistung)
Ort der Befruchtung
Der Ort der Befruchtung ist die Samenleiterampulle. Das ergibt sich daraus, daß die Eizelle nur ca. 18
Stunden ferti ist, ihre Wanderung durch den Eileiter aber 4 - 6 Tage dauert (beim Hund sogar 4 - 8
Tage). Darum müssen die Spermien zur Befruchtung in die Eileiterampulle vordringen.
1. Ejakulation:
2. Transport:
Ausstoßung der Spermiums
Wiederkäuer =
intravaginal
kurzer Deckackt
Pferd =
intracervical
Schwein, Katze = intracervival und intrauterin
Hund =
intrauterin
langer Deckakt
der Spermien in die Eileiterampulle v. a. passiv durch Uterus- und
Eileiterkontraktionen
(durch
Oxytoxin
ausgelöst).
Die
Wanderungsdauer beträgt ca. 5 - 8 Stunden.
3. Kapazitation:
Während des Aufenthaltes im weiblichen Genitaltrakt wird ein
Dekapazitationsfaktor (Mukopolysaccharid) entfernt, der im
Samenplasma vorkommt. Erst dadurch werdn die Spermien
befruchtungsfähig.
4. Akrosomenreaktion:
Durch Fusion von Membranabschnitten bilden sich am Spermienkopf
Poren, durch die die akrosomalen Enzyme (Hyalonuridase und
Proteasen) freigesetzt werden. Sie können die Corona radiata auflösen.
255
Akrosin, eine Protease, sorgt für die Auflösung der Zona pellucida.
5. Zytoplasmafusion:
Sie beginnt am Spermienkopf, sobald dieser die Ovozytenoberfläche
erreicht.
6. Zonareaktion:
Unmittelbar nach dem Eindringen des ersten Spermiums verändert sich
die Zona pellucida, wodurch das Eindringen weiterer Spermien
verhindert wird (Barriere gegen Polyspermie).
7. Vorkernverschmelzung:
Die Chromosomen der Eizelle und des Spermiums bilden die beiden
Vorkerne. Sie wachsen heran, wandern aufeiandern zu und treffen sich
in der Mitte der Eizelle. Die Kernmembranen verschwinden und die
Chromosemen vermischen sich. Es ist eine Zygote mit einem diploiden
Chromosomensatz entstanden. Dieser Vorgang dauert etwa 12 Stunden.
Abnormale Befruchtung



Parthenogenese: Jungfernzeugung; Teilung des Eis ohne Befruchtung. So entstehen die
Männchen der Bienen (Drohnen)
Überschwängerung, Superfacundatio: In der 1. Ovulationsphase werden Eizellen von mehreren
Partnern befruchtet, so daß mehrere Kinder von verschiedenen Vätern her resultieren, z. B. beim
Schwein durch die lange Brunstperiode mit mehreren Ovulationen möglich
Überbefruchtung, Superfetatio: Trotz der Befruchtung erfolgt eine weitere Brunst mit Ovulation.
Es gibt so befruchtete Eier aus mehreren Brustperioden (sehr selten, meist mit Abort)
13. Gravidität
Eine hohe Östogen- und Progesteronkonzentration im Blut unterbrechen den normalen Sexualzyklus
und verhindern die Rückbildung des Corpus luteum. Das Corpus luteum wird im Ovar nach der
Ovulation aus dem gesprungenen Follikel gebildet. Follikelepithelzellen und Zellen der Theka interna
bilden eine temoräre endokrine Drüse, die Progesteron und Östrogene produziert. Bei anderen Arten
wird die Produktion von der Plazenta übernommen.


Gestagenbildung
Rind, Ziege und Schwei:n: im
Gelbkörper des Ovars
Mensch, Pferd, Schaf, Hund und
Katze: in den Zellen der Plazenta
Östrogenbildung
erfolgt v. a. in der Plazenta; kurz vor der
Geburt kommt es zu einer Steigerung des
Östrogen und zu einem Abfall der
Gestagene
14. Hormonelle Regulation der Geburt
Nach Ablauf der tierartlich unterschiedlichen Trächtigkeitsdauern kommt es zur Geburt. Die Trächtigkeitsdauer beträgt bei der Katze 58 Tage und beim Pferd bis zu 336 Tagen.
Der HVL des reifenden Fetus bildet fetales ACTH, das auf die fetale NNR wirkt. Es führt dort zur
Ausschüttung von fetalen Corticosteroiden. Drauf kommt es an der Plazenta zu einer verringerten
Progesteronsynthese und zu einer Erhöhung der Östrogensynthese. Der Östrogenanstieg führt zu
einem Einbau von Oxytocinrezeptoren in das Myometrium. Ebenfalls steigt die PGF2 Konzentration
an. Das Prostaglandin F2 ist ein Derivat der Arachnidonsäure, das in der Uterusschleimhaut
gebunden wird. Der Zielort ist das Ovar, wo es zur Luteolyse kommt (Rind, Ziege, Schwein). Das
256
Oxytocin löst Uteruskontraktionen aus. Durch die Dehnung der Cervix (Fetus drückt auf den Geburtskanal) erhöht sich die Oxytocinausschüttung. Durch positive Rückkopplung wird dadurch noch
mehr Oxytocin gebildet.
Ferguson-Reflex
Wenn nun der Fetus im Geburtskanal auf die Cervix drückt, nehmen Mechanorezeptoren die Reize
wahr und leiten die Information über das Rückenmark weiter zum Hypothalamus. Dort wird durch die
Dehnung vermehrt Oxytocin produziert und ausgeschüttet. Dieses bindet an die Rezeporen der glatten
Muskelzellen und führt somit zu Uteruskontraktionen und zum Einsetzen der Wehen. (Die Regulation
erfolgt über eine positive Rückkopplung!) Die Ausschüttung wird erst beendet, wenn die Austreibung
der Frucht beendet ist.
Milchejektionsreflex
Das Saugen des Säuglings bildet einen mechanischen Reiz an der Brustwarze. Über Rezeptoren wird
diese Information wieder zum Hypothalamus geleitet, wo Oxytocin ausgeschüttet wird. Dieses
bewirkt eine Kontraktion des Myoepithels, das sich um die Alveolen spannt, so daß dadurch die
Milch entleert wird.
15. Fetale Physiologie
Plazentation
Nach der Ovulation beginnt unter dem Einfluß von Östrogenen und Progesteron die Sekretionsphase
der Uterusschleimhaut. Sie entwickelt sich zur funktionsfähigen Plazenta materna, die auf die
Implantation der Keimblase vorbereitet ist.
Vor der Implantation erfolgt die Ernährung des Trophoblasten durch Histiotrophe (Uterinmilch). Sie
setzt sich aus dem Sekret der Uterindrüsen sowie aus Bestandteilen der Uterusschleimhaut zusammen
und enthält Leukozyten, Erythrozyten, Epithelzellen, Proteine, Fette, Kohlenhydrate und
Mineralstoffe.
Sobald proteolytische Enzyme sie Zona pellucida aufgelöst haben, bekommt der Trophoblast Kontakt
zum Uterusepithel und die Implantation (Einnistung, Nidation) der Blastocyste beginnt. Sie erfolgt bei
den einzelnen Tieren:




Pferd: am 38. Tag
Rind: am 35. Tag
Schwein: am 13. Tag
Hund, Schaf: am 16. Tag
Dieser Vorgang setzt sich in der Plazentation fort, bei der eine innige Verbindung zwischen den
Eihüllen der Fruchtblase und der Schleimhaut des Uterus entsteht. Dadurch wird ein besserer Stoffund Gasaustausch zwischen Fetus und Muttertiermöglich, allerdings bleiben mütterlicher und
embryonaler Kreislauf immer voneinander getrennt. Es laufen lediglich Diffusionsprozesse ab.
Plazenta
An der Plazenta lassen sich 2 Anteile unterscheiden:
257


Plazenta materna: umgebildete Teile der Uterusschleimhaut (Endometrium)
Plazenta fetalis: das aus dem Trophoblast hervorgegangene und mit Zotten besetzte Corion
Außerdem dienen folgende Stukturen der Ernährung und dem Schutz des Embryos:


Dottersack: beim Wiederkäuer und Schwein bildet er sich bald zurück beim Pferd und
Fleischfresser dient er vorrübergehend der Ernährung des Embryos (Ausbildung eines
Dottersackkreislaufs mit Dottersackplazenta)
Fruchthüllen:
 Corion: Zottenhaut, sie bildet die Plazenta fetalis. Durch Ausbildung von Primär-, Sekundärund Tertiärzotten wird eine innige Verbindung mit der Uterusschleimhaut hergestellt, die
dem Stoffaustausch dient.
 Amnion: Es entwickelt sich aus der inneren Eihaut und stülpt sich um den ganzen Embryo
herum. Die Amnionhöhle enthält Amnionflüssigkeit, die dem Schutz des Embryos dient.
Amnionhöhle = Fruchtblase
 Allantois: Der Harnsack ist eine Ausstülpung des embryonalen Darmes, die die
Stoffwechselprodukte des Embryos aufnimmt, also v. a. mit fetalem Harn gefüllt ist.
Plazenta-Typen
Bei den einzelnen Haussäugetieren gibt es Unterschiede



in der äußeren Form der Plazenta
in der Innigkeit der feto-maternalen Verbindung
im Grad der Gewebszerstörung
a)
Die äußere Form der Plazenta
Sie bezieht sich auf die Verteilung der Zotten über das Chorion. Bei einigen Tieren sind die
Zotten gleichmäßig über das ganze Chorion verteilt, bei anderen befinden sie sich in bestimmten
Bereichen:





b)
Plazenta difusa completa: Zotten gleichmäßig über das gesamte Chorion verteilt (Pferd)
Plazenta diffusa incompleta: fast das gesamte Chorion ist mit Zotten besetzt (Schwein)
Plazenta zonaria: nur ein gürterförmiger Bezirk ist mit Zotten besetzt (Fleischfresser)
Plazenta discoidalis: nur ein scheibenförmiger Bezirk ist mit Zotten besetzt (Primaten,
Nager)
Plazenta cotyledonaria: auf dem Chorion bilden sich verstreute Zottenfelder (Kotyledonen)
aus, die sich mit den Karunkeln der Uterusschleimhaut zu Plazentomen zusammenlagern
(Wiederkäuer)
Innigkeit der feto-maternalen Verbindung
In Bezug auf die Innigkeit der foto-maternalen Verbindung unterscheidet man die Halb- und die
Vollplazenta. Bei der Vollplazenta ist die Verbindung so innig, daß bei der Geburt größere
Wundflächen entstehen, bei der Halbplazenta treten hingegen keine nennenswerten Blut- oder
Gewebeverluste auf.
c)
Gewebszerstörung
258
Ursprünglich befinden sich zwischen dem mütterlichen und dem fetalen Blut 6 Grenzschichten.
Sie bilden die sog. Plazentarschranke:
1. Gefäßendothel
2. Bindegewebe
3. Epithel
Endometrium der Mutter
III. Epithel
II. Bindegewebe
I. Gefäßendothel
Chorium des Fetus
Beide Trennwände wurden nun, beginnend beim Muttertier, im unterschiedlichen Maße
angebaut:
Plazenta-Typ
Plazenta
epitheliochorialis
Plazenta
syndesmochorialis
Plazenta
epitheliochorialis
Plazenta
haemochorialis
Plazentaform
Plazentaschranke
Mutter
Fetus
1. 2. 3. III. II. I.
Tierart
Pazenta diffusa
+
+
+
+
+
+
Pferd, Schwein
Placenta cotyledonaria
+
+
-
+
+
+
Wiederkäuer
Placenta zonaria
+
-
-
+
+
+
Hund, Katze
Placenta discoidalis
-
-
-
+
+
+
Primaten, Nager
+ vorhanden; - abgebaut
Beim Pferd, Schwein und Wiederkäuer ist die Plazenta am stärksten und bei Primaten am
kleinsten. Das hat Einfluß auf die Art der Ernährung des Embryos und auf die Übertragung von
Antikörpern.
Aufgaben der Plazenta








Gasaustausch (O2 und CO2) zwischen mütterlichem und fetalen Blut
Versorgung mit Nähr- und Abbaustoffen
Ausscheidung fetaler Stoffwechselschlacken
Barriere gegen die Übertragung von Bakterien und Viren
Übertragung von Antikörpern (tierartlich unterschiedlich)
Hormonbildung (Progesteron und Östrogene) für die Regulation von Trächtigkeit und Laktation
Speicherung von Lipiden, Vitaminen und Hormonen
Schutz gegen äußere Schädlichkeiten
Ernährung des Embryos
Embryothrophe: Gesamtheit der von der Plazenta zum Keim übergeleiteten Nährstoffe.
Zusammensetzung:

Histiotrophe: Sekret der Uterindrüsen und Zerfallprodukte der Schleimhaut
259

Haemotrophe: Stoffe aus dem mütterlichen Blut
Vor der Implantation erfolgt die Ernährung des Keims, wie gesagt mit Hilfe der Histiotrophe. Nach
der Implantation wird die histiotrophe Ernährung bei den Tieren mit geringer Plazentarschranke durch
die haemotrophe Ernährung abgelöst. Bei den Tieren mit starker Plazenarschranke überwiegt auch
nach der Implantation die histiotrophe Ernährung.
Über die Plazenta ausgetauschte Stoffe
Der Stoffaustausch erfolgt durch Diffusion, aktiven Transport oder Pinozytose.
Wasser:



Mineralien:
Transport durch Diffusion
 Na+ und K+: auf beiden Seiten gleiche Konzentration, Passage erfolgt in
beiden Richtungen, bei starker Schranke aber schwerer
 Ca2 und PO43-: Präferenz des Fetus zum Knochenaufbau
 Fe2+: auf histiotrophen und haematrophen Weg übertragbar
Blutgase:
Transport durch Diffusion
Vitamine:


wasserlösliche Vitamine durch Diffusion
fettlösliche Vitamine über aktiven Transport
Proteine und AS:



aktiver Transport
Proteinsynthese im Fetus aus AS, die mit dem Blut zugeführt werden
bei Tieren mit schwacher plazentarer Barriere (Fleischfresser, Nager):
Übertragung von Immunglobulinen über die Plazenta, so daß der
Globulingehalt des Fetus bei der Geburt genauso groß ist, wie der des
Muttertieres
bei Tieren mit starker plazentarer Barriere (Pferd, Rind, Schwein): keine
Übertragung von Immunglobulinen, sie müssen daher in den ersten Tagen
nach der Geburt mit der Kollostralmilch aufgenommen werden.

Kohlenhadrate:


ständiger hoher Wasserumsatz über Diffusion
Basis der Villi (Übertragung ins fetale Blut)
Spitze der Villi (Diffusion in entgegengesetzter Richtung)

aktiver Transport
schwache Plazentarschranke: gleicher Glucosegehalt in fetalem und
mütterlichem Blut
starke Plazentarschranke: KH-Gehalt höher
Lipide:



aktiver Transport von Fettsäuren
teils direkte Lipidaufnahme, teils Synthese aus Kohlenhydraten
Lipidgehalt im fetalen Blut ist nicht von dem des Mutterblutes abhängig
Hormone:
mütterliche und fetale Kompartimente bilden zusammen eine endokrine Einheit,
so daß die einzelnen Hormone in beide Kreisläufe übertreten können
Fetaler Blutkreislauf
260
Die Plazenta stellt für den Fetus Lunge, Darm und Niere dar. Das fetale Blut nimmt O2 auf und gibt
CO2 ab. Da aber nur relativ wenig O2 über die Plazentarschranke tritt, müssen spezielle Einrichtungen
im fetalen Kreislauf eine ausreichende O2-Versorgung gewährleisten:



das fetale Blut enthält viel Hb
das fetale Hb hat eine höhere Affinität zu O2 als das normale
reichliche Kapillarisierung
Das in der Plazenta mit O2 und Nährstoffen angereicherte Blut fließt über die Nabelvene in Richtung
Herz (denn Venen sind Gefäße, die zum Herz hinführen); das venöse Blut des Embryos ist also O2und nährstoffreich.
Die Lunge ist beim Fetus noch nicht in Funktion, die wird darum durch Kurzschlüsse zwischen Herz
und Lunge umgangen:


Foramen ovale zwischen beiden Kammern
Ductus arteriosus zwischen Truncus pulmonalis und Aorta
Da kaum Blut durch die Lunge fließt, gelangt auch kein Blut von der Lunge in die linke Vorkammer.
Daher herrscht hier gegenüber der rechten Kammer ein Unterdruck, so daß Blut dadurch durch das
Foramen ovale in die linke Kammer angezogen wird.
Bei der Geburt reißt die Verbindung zwischen Fetus und Mutter ab. Im fetalen Blut reichert sich CO 2
an und der Atemreflex setzt ein. Dadurch vergrößert sich das Lungenvolumen erheblich. Von der
Lunge strömt es in die linke Vorkammer. Das hat eine Umkehrung der Druckverhältnisse zwischen
den Vorkammern zur Folge, so daß das Foramen ovale sich schließt und später zuwächst.
Entsprechend wird auch der Ductus arterious verschlossen.
LAKTATION
261
1. Anatomie und Entwicklung der Milchdrüse
Anatomie
Milchdrüse
   
Mammarkomplex


milchbildender Anteil milchführender Anteil
Zur Milchdrüse gehören: Strichkanal, Zisternen,
Milchgänge, Alveolen (sind mit Myoepithel
umgeben und haben die Fähigkeit sich zu
kontrahieren, deshalb auch Korbzellen, und werden
durch Oxytocin aus dem Hypophysenhinterlappen
kontrolliert)
Die Innervation der Milchdrüse erfolgt über den Sympathikus, der auf die zuführenden Blutgefäße
wirkt. Die eigentliche Milchproduktion ist hormongesteuert über das Oxytocin. Das plazentäreLactogen-Hormon, ein Peptidhormon, wird in der Plazenta gebildet.
Entwicklung
1.
Allgemeines Wachstum



2.
Spezielles Wachstum





3.
FSH (Bildung von Östrogenen)
LH (Bildung von Progesteron)
Prolaktin
Wachstumshormon (STH)
plazentäres Laktogen
Entwicklung der Alveolen





4.
Wachstumshormon (STH)
ACTH (adrenocorticotropes Hormon aus der NNR)
FSH (thyreoidea-stimulierendes Hormon, Schilddrüsenhormon)
Schilddrüsenhormone
Corticosteron
Insulin
Östrogene
plazentäres Laktogen
Entwicklung des Gangsystems



Östrogene
Wachstumshormon
plazentäres Laktogen
2. Mechanismen der Milchbildung
262
Milchdrüse
Es ist ein sekundäres Geschlechtsorgan, das sowohl bei weiblichen, als auch bei männlichen Tieren
angelegt ist. Es ist eine modifizierte Schweißdrüse (Hautorgan), die zur Ernährung der Nachkommen
dient.
Sie entwickelt sich schon im Embryo, wo sie als Milchleisten bereits vorhanden ist. In der Pubertät
kommt es zum Wachstum und zur Entwicklung des Alveolarepithels. Durch das plazentäres Laktogen
entwickelt sich das spezielle Drüsengewebe bei der 1. Trächtigkeit.
Milchbestandteile


Synthese in der Milchdrüse: Lactose, Milchfett und Kasein
Aufnahme aus dem Blut: Elektrolyte, Wasser und manche Eiweiße, z. B. Antikörper
Milchbildung
Die Bildung erfolgt in den Alveolen der Milchdrüse. Im letzten Abschnitt der Gravidität kommt es zur
Veränderungen am sekretorischen Epithel der Milchdrüse. Das endoplasmatische Retikulum und der
Golgi-Apparat nehmen an Ausprägung zu, die Epithelzellen werden hochprismatisch, haben
Mikrovilli und enthalten Granula. Im Lumen der Alveolen sind Proteingranula und Fettröpfchen zu
finden.
Es ist nur eine lokale Anpassung an die nun erforderliche Milchbildung Aber es erfordert zusätzlich
noch eine Änderung bzw. Anpassung des gesamten Stoffwechsels. Die Wirkungen hat man nur an der
Milchdrüse:



Durchblutung der Milchdrüse 
Aminosäure- und Glucoseaufnahme 
Syntheseleistung 
Am Euter befinden sich mehr Somatomedin-Rezeptoren. Empfindlicher reagieren auf IGF-1 (auch bei
kataboler Stoffwechsellage)
Kollostralmilch
Es ist die erste Milch, die gebildet wird. sie wird auch Biestmilch bzw. Kollostrum genannt. Beim
Rind wird sie 2 Tage vor und 5 - 7 Tage nach der Geburt produziert. Der Trockensubstanzgehalt ist
höher als in der darauf folgenden Milch und sie ist auch reich an Immunglobulinen.
Bildung der einzelnen Bestandteile
a)
Lactose
Die Lactose besteht aus Galactose und Glucose. Die Bildung erfolgt in den Alveolarzellen
(Golgi-Apparat) der Milchdrüse und kann dann nur über die apikale Membran abgegeben
werden. Die Glucose entsteht bei der Gluconeogenese in der Leber (aus Aminosäuren), dem
Glycogenabbau und aus Propionat beim Wiederkäuer. Es wird in das Blut abgegeben und in der
Milchdrüse aufgenommen. Dort erfolgt die Synthese der Galaktose aus Glucose (Epimere).
263



b)
Glucose-1-Phosphat + UDP UDP-Glucose-phosphorylase UDP-Glucose
UDP-Glucose UDP-Galaktose-4 –Epimerase UDP-Galactose
UDP-Galactose + Glucose
Lactose
Eiweiße, Kasein
30 - 40 % Eiweiß findet man pro Liter Milch. Dabei hast das Kasein einen Anteil von ca. 95 %.
Man unterscheidet -, - und -Casein. Es sind Phosphoproteine, die als Calicumsalze vorliegen.
Die Bildung erfolgt in den Alveolarzellen (Golgi-Apparat) der Milchdrüse. Es wird durch
Exozytose freigesetzt.
Für 20 kg Milch wird 1 kg Protein benötigt. Die Vorstufen der Proteine sind v. a. alle essentiellen
Aminosäuren. 50 % aller benötigen Aminosäuren stammen aus dem Aminosäure-Pool, der durch
die Nahrung und dem Abbau der Körpersubstanz gespeist wird. Die restlichen 50 % werden
durch die Synthese in der Milchdrüse selbst gebildet. Alle Aminosäuren wird aus dem
Blutaufgenommen.
Die weißen Eiweiße, aber auch Serumalbumine, Immunglobuline und Enzyme gelangen durch
den transzellulären Transort (Endozytose und Exozytose) in die Milchdrüse selbst.
Die Wiederkäuer-Milch ist sehr kaseinreich, während die Stutenmilch einen niedrigeren Anteil
an Kasein, dafür mehr Globuline und Albumine hat. Das Kasein ist sehr hitzeresistent - kochen
der Milch ist möglich. Wenn die Milch gerinnt, fällt das Kasein aus.
c)
Milchfett
Die Vorstufen des Milchfettes sind Glycerin und Fettsäuren. Glycerin kann z. B. aus Glucose
synthetisiert werden oder ist bereits im Blut vorhanden. Die Fettsäuren hingegen stammen
entweder aus der Nahrung, aus der Neusynthese mittels Acetat und Butyrat oder aus dem
Depotfett. Man muß hier zwischen den Wiederkäuern und den nicht-Wiederkäuern
unterschieden. Das Milchfett selbst sind v. a. Triglyceride. Sie werden aus den Vorstufen in der
Milchdrüse selbst synthetisiert. Die Tröpfchen werden von Anteilen der Drüsenepithelzellen
abgeschnürt. (Haptogenmembran = Protein-Plasmalipidmembran)



Wiederkäuer
Blutfettsäuren, das sind alle Fettsäuren mit > 
C16 und alle essentiellen Fettsäuren
Fettsäuresynthese der Milchdrüse nur bis bis 
C16 aus Acetat und -Hydroxybutyrat
Glucose ist keine Vorstufe für die Synthese
von Fettsäuren
nicht-Wiederkäuer
Blutfettsäuren sind alle essentiellen
Fettsäuren
Fettsäuresynthese
der
Milchdrüse
(andere Fettsäuren und Glucose)
50 % des Milchfettes stammt beim Rind aus der Neusynthese, 40 - 45 % sind Nahrungsfette und
5 - 10 % stammen aus Körperfettreserven. Fette sind beim Transport im Blut an Apolipoproteine
gebunden, so daß sie die sog. Lipoproteine bilden. Triglyceride bilden dabei bevorzugt
Chylomikronen.
klein
Dichte
Groß
Größe
VLDL
LDL
HDL
264
(Hälfte der Triglyceride)
(fast keine Triglyceride)
groß
d)
Klein
Elektrolyte
Bei den Elektrolyten hat man einen unterschiedlichen Bedarf (K > Ca > Cl > PO3 > Na > Mg).
Der Transport erfolgt durch basolaterale Na+-K+-Kanäle. Die Elektrolyte selbst (Calcium und
Phosphor) stammen aus der Nahrung oder aus körpereigenen Depots, z. B. dem Knochen. Bei
kataboler Stoffwechselsituation erfolgt die Freisetzung aus den Knochen durch STH.
Abgabe der Substanzen



Abgabe von Substanzen an Vesikel (Golgi-Apparat, z. B. Laktose, Kasein)
Abschnürung von Zellteilen, z. B. Fett
Aufnahme aus dem Blut und Abgabe an der apikalen Membran, z. B. Elektrolyte,
Spurenelemente, H2O und Ig G. Der wichtigste Transportmechanismus ist dabei die Na +-K+Pumpe.
3. Energie- und Nährstoffbedarf bei der Laktation
Einfluß auf die Milchleistung






Anzahl der sezernierenden Zellen (Alveolarzellen) ist genetisch bedingt (1 kg Euter  1 l Milch)
sekretorische Aktivität der Zellen (abhängig von der Enzymausstattung)
Alter (bis 15 Jahre)
Gesundheit (bei kranken Tieren fällt die Milchleistung ab)
Klima (maximale Milchleistung wird in der Indifferenzzone erbracht)
Ernährung (optimale Ernährung bringt eine hohe Milchleistung (Propionat für Glucose, Acetat
und Butyrat für Fettsäuren und Calcium). Bei Mangelerscheinungen unterscheidet man zwischen
allgemeinen Mangel und speziellem Mangel (Glucose, Energie)
Energiebedarf



Erhaltung
Wachstum (Trächtigkeit)
Milchbildung (je nach Leistung)
Ein kg Milch enthält 3150 kJ, 525 kJ werden dafür benötigt. Der Ausnutzungsgrad der umsetzbaren
Energie für die Milchgewinnung beträgt 60 %. 40 % gehen als Wärme verloren. Man benötigt 5250 kJ
umsetzbare Energie zur Bildung von 1 kg Milch.
Metabolische Anpassungen




erhöhte Aufnahme von Futter und Energie
intensivere Ausnutzung des aufgenommenen Futters
Nutzung körpereigener Soff- und Energiereserven (Fett)
Glucose und Aminosäuren werden zur Milchbildung verwendet
Am Anfang der Laktation hat man eine katabole Stoffwechsellage. Es erfolgt der Abbau von
Körpermasse. Die Versorgung der Milchdrüse hat höchste Priorität! Kurz nach der Geburt steigt die
Futteraufnahme an:
265
Magen-Darm-Trakt
Leber
a)
Förderung
Größe und Resorption
Gluconeogenese
Ketogenese
Laktationsketose)
Fettgewebe
Lipolyse
Muskulatur
Eiweißabbau
Hemmung
und
(
Glucoseaufnahme, Lipoproteinlipase,
Fettsäureveresterung und Lipogenese
Glucoseaufnahme
und
Eiweißsynthese
Glucosebedarf
1 kg Kuhmilch enthält 72 g Glucose aus dem Blut. Die Glucosekonzentration im Blut des
Wiederkäuers fällt sehr ab, denn die gesamte Vormagenglucose wird von den
Vormagenbakterien zu kurzkettigen Fettsäuren umgebaut. Die Leber muß daraufhin wieder aus
Propionat Glucose aufbauen. Die Glucose der Wiederkäuer stammt aus verschiedensten Quellen:
1.
2.
3.
4.
b)
Intestinale Resorption (< 20 %)
Gluconeogenese in der Leber aus kurzkettigen Fettsäuren (Propionat) und Aminosäuren.
Das ist eine sehr wichtige Glucosequellen für die Zeit der Laktation.
Glycogenreserven in der Leber (Glykogenreserven der Muskulatur sind sehr gering)
Depotfett (Nachteil, da hier vermehrt Ketonkörper gebildet werden  Gefahr der Ketose 
Acidose)
Fettbedarf
Das Fett besteht aus Triglyceriden, die aus Glycerin und Fettsäuren aufgebaut sind, die aus dem
Blut stammen. Dazu gehören auch noch Phospholipide, Cholesterin, freie Fettsäuren, sowie
fettlösliche Vitamine.
Ketoseprophylaxe



wenig Fett
Kraftfutter mit hohem Propionat- und Glucoseanteil
kleinere Futterrationen
4. Hormonelle Regulation der Laktation
Stimulation durch:
a)
Prolaktin
Das Prolaktin ist ein Peptidhormon aus dem HVL. Die Bildung erfolgt im
Hypophysenvorderlappen. Stimuliert wird die Ausschüttung von einem Releasing-Faktor aus
dem Hypothalamus. Dieser produziert PRF, der die Sekretion stimuliert und PIF, der die
Sekretion hemmt. Die Wirkung des Prolaktin bezieht sich auf die Synthese von Milcheiweiß,
Milchzucker und Milchfett. In den Alveolarzellen erfolgt:
266



eine Erhöhung der Na+-K+-ATPase-Aktivität
eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration
eine Aktivierung einer Phospholipase
Die Aktivierung der Phospholipase führt zu:







b)
Freisetzung von Arachnidonsäure aus Phospholipiden
Synthese von Prostaglandinen
cGMP steigt an, cAMP fällt ab
Stimulation der Synthese von spezifischer m-RNA
Enzyminduktion
Stimulation der Synthese von Milcheiweiß (Kasein) in den Alveolarzellen, Synthese von
Milchzucker (Lactose) und Milchfett
Abgabe von organischen Milchbestandteilen
Plazentares Laktogen
Die Bildung erfolgt im fetalen Anteil der Plazenta beim Wiederkäuer und beim Mensch.
Stimuliert wird das Wachstum und die Funktion der Milchdrüse während der Reifung.
c)
Somatostatin C
Es wird nach der Einwirkung von STH in der Leber produziert und vermittelt eine STH-anabole
Wirkung. Es fördert die Durchblutung der Milchdrüse Somatomedine sind Proteine, die eine 40
%ige Homologie in der Aminosäuresequenz zum Insulin aufweisen.
d)
Insulin-like-growth-factors (IGF)
Sie werden bei anaboler Stoffwechsellage produziert und fördern die Wirkung des
Wachstumshormon. Daraufhin stellt sich die Stoffwechsellage um, z. B. mit einer Steigerung der
Glucose- und Aminosäureaufnahme am Euter. Die Wirkung tritt hauptsächlich am Euter auf, da
hier die Somatomedinrezeptoren empfindlicher auf IGF-1 reagieren.
e)
Östrogene und Progesteron
s. Hormone bzw. Fortpflanzung
Allgemeine Hormonwirkung




ACTH  Corticoide  Glucogenese steigt
TSH  T3  Alveolarzellen
Wenn Insulin fällt und Glucagon steigt an  Hemmung der Lipolyse
STH  Somatomedine  anabole Stoffwechsellage: Aufnahme und Durchblutung steigen an)
5. Eigenschaften und Zusammensetzung der Milch
Zusammensetzung der Kuhmilch
267
Die Zusammensetzung der Kuhmilch ist speziesabhängig. Durchschnittswerte sind 3,6 % Fett, 4,8 %
Lactose und 3,5 % Protein (2,7 % davon sind Casein).
Bestandteile






zelluläre Bestandteile: 100 000 Zellen/ml Milch (50 % Leukozyten, 30 % Lymphozyten)
Fett99: Die Fetttröpfchen sind von einer Haptogenmembran, eine Protein-Phospholipid-Membran
aus dem Alveolarepithel umgeben. (ca. 3 - 5 m Milchfett). Der Gehalt ist abhängig von der
Fütterung:
 hohe Acetatbildung im Pansen  Milchfett steigt an
 hohe Propionatbildung durch einen hohen Kraftfutteranteil  Milchfettgehalt sinkt
Eiweiß: -, - und -Kasein (Phosphoproteine) liegen in der Milch als Calciumsalze vor
Lactose: besteht aus Glucose + Galactose. Wenn der Gehalt an Galaktose in der Nahrung gering
ist, so erfolgt die Neubildung aus Glucose.
Mineralstoffe, Elektrolyte, Spurenelemente: Kalium, Calcium, Phosphat, Chlorid, Natrium,
Magnesium
Vitamine: Es sind alle Vitamine in der Milch enthalten. Die Mengen schwanken sehr stark, d.h.
es gibt tierartliche Unterschiede und es ist abhängig von der Fütterung.
 C- und B-Komplex: ist unabhängig von der Art der Futteraufnahme (werden von
Pansenbakterien synthetisiert)
 A- und D-Komplex (fettlöslich): ist vom Futter abhängig
Eigenschaften
Milch ist plasmaisoton und hat eine Dichte ~ 1
6. Funktion der Kollostralmilch
Die 1. Milch nach der Laktationsperiode wird als Kollostrum bezeichnet. Sie beinhaltet einen höheren
Gehalt an Trockensubstanz und Immunglobulinen und einen geringeren Anteil an Wasser.
Zusammensetzung (vgl. Zu normal)







Wasser 
Trockensubstanz 
Kasein 
Plasmaproteine (Albumine und Globuline) 
Fett 
Milchzucker 
Salze 
Funktionen
Für die Neugeborenen sind leicht verfügbare Nährstoffe und Energie dabei, es ist reich an Vitaminen
und Spurenelementen (Jod, Selen). Es wirkt auf den Darm, so daß die Darmtätigkeit in Gang gesetzt
99
Je höher der Fettgehalt der Milch ist, desto niedriger ist der Gehalt der Laktose, desto schneller das Wachstum
(Verdopplung des Geburtsgewichtes schnell). Es ist allerdings auch stark Individuenabhängig.
268
wird. Zusätzlich dient es noch der passiven Immunisierung des Neugeborenen, deren Abwehrfunktion
ansteigen (IgA und IgG). Die Fähigkeit des Immunsystems eigene Antikörper zu produzieren, setzt
erst nach 1 - 10 Tage nach der Geburt ein.


IgA: Plasmazellen des Muttertieres  IgA  direkt in die Milch
IgG: Plasmazellen im Blut  Alveolarzellen  Endozytose + Exozytose: durch
rezeptorvermittelte Endozytose in die Alveolarzellen und werden apikal durch Exozytose wieder
ausgeschieden.
Die Übertragung der Immunglobuline erfolgt mit tierartliche Unterschieden. Entweder über die
Plazenta (intrauterin), über das Kollostrum oder manchmal auch über beide Mechanismen.



durch Kollostralmilch: Pferd, Rind, Schwein, Ziege, Schaf (nicht selektiv)
gemisch: Hund, Katze, Ratte, Maus (selektiv IgG)
intrauterin: Primaten, Mensch, Meerschweinchen, Kaninchen (Plazenta-IgG)
Schutz der Proteine vor Verdauung
Durch die Kollostralmich wird im Magen der Neugeborenen weniger HCL und Pepsin, aus dem
Pankreas weniger Peptidasen gebildet und ein in der Milch befindlicher Inhibitor für Trypsin und
Chympotrypsin setzt diese außer Gefecht. Zusätzlich wirkt die Kollostralmilch noch als Puffer, so daß
die Aufnahme der Immunglobuline gewährleistet ist.
Kollostralfaktoren und Hormone (Cortison) sorgen ebenfalls für eine Abdichtung der Darmwand
(nach 2 Tagen) und die Bildung neuer Enterozyten.
Um zu verhindern, daß die Milch beim Kalb durch Bakterien umgesetzt wird, verschließt der
Schlundrinnenreflex den Pansen und dient somit als Verlängerung bis zum Labmagen.
269
WACHSTUM
1. Allgemeines



Wachstum: Zunahme der Größe eines Systems
Hypertrophie: Zunahme der Größe der Einzelelemente
Hyperplasie: Zunahme der Anzahl der Einzelelemente
2. Faktoren des Wachtums100
Genetische Merkmale




Unterschiedliche Rassen, z. B. Größenunterschiede
Züchterische Selektion
Regulation der Futteraufnahme durch Leptin
Stoffwechselniveau
Ernährung
Die Ernährung bezieht sich weitgehend auf die Energie- und Eiweißzufuhr, aber auch auf
Mineralstoffe, essentielle Aminosäuren und Kohlenhydrate. Dabei muß die Nahrungsmenge
ausreichen, damit die genetischen Merkmale vollständig ausgeprägt werden können. Dazu gehören
ZNS, Knochen, Muskeln und Fett, wobei bei der Ausbildung auch verschiedene Prioritäten bei der
Versorgung herrschen: ZNS > Knochen > Muskeln > Fett. Ebenso muß der Grund- und
Leistungsbedarf mit der Ernährung gedeckt werden. Bei einer Unterversorgung tritt ein vermindertes
Wachstum auf. Das gleiche findet man auch bei einem selektiven Mangel. Unter einer kritischen
Phase versteht man eine Unterversorgung, die zu irreversiblen Schäden führt.
Energie- und Stoffwechsel für andere Leistungen



Arbeit
Laktation
Gravidität
Umgebungstemperatur und Klima
Bei Themperaturneutalität bzw. Indifferenztemperatur gibt es fast keinen Energieverbrauch für die
Wärmeerhaltung  optimal für Wachstum geeignet. Zu hohe oder zu niedrige
Umgebungstemperaturen vermindern das Wachstum. Der Indifferenzbereich ist aber abhängig von der
Isolation, der Größe des Tieres, Fütterung und der körperlichen Leistung.
100
Die Faktoren des Wachstums beschränken sich auf das Einzelwesen.
270
Hormonelle Steuerung beim einzelnen Individuum


Wachstumshormon
Schilddrüsenhormon
3. Hormone, die das Wachstum beeinflussen
Allgemeine Hormone
Hormone
STH
Somatomedine
Schilddrüsenhormon
Wirkung auf das Wachstum


Hormonwirkung am Knochen
Hormone
STH101
Wirkung auf das Knochenwachstum
Die STH-Wirkung wird über Somatomedine vermittelt.
 Stimulation der Proteinbiosynthese, v. a. Kollagen für Knorpel und
Knochen
 Stimulation des Wachstums durch eine vermehrte Anlagerung von
Chondroitinsulfat
Geschlechtshormone
(Östrogene, Androgene)
Die Ausschüttung erfolgt bei einem niederen Ca2+-Spiegel im Plasma.
Die Funktion ist sehr vielfältig:
Parathormon und
Vitamin D3102
Calcitonin103
1. auf die Zellen des Knochens:
 Osteozyten: Freisetzung von Ca2+ aus dem Osteoid
 Osteoklasten: Abbau des Knochens durch Säure und
Kollagenasen, dabei stiegt die Osteoklastenanzahl an
 Osteoblasten: Hemmung der Kollagensynthese und der
Mineralisation
2. auf die Niere: Hier wird die Vitamin D-1-Hydroxyse aktiviert, so
daß Vitamin D3 gebildet wird. Das Vitamin D3 hat seinerseits auch
Wirkungen auf das Wachstum:
 Darm: erhöht die Calciumrückresorption
 Niere: erhöhte Calciumrückresorption, sowie eine verminderte
PO3-Resorption
 Hemmung der Osteoklastentätigkeit
 Verdauungstätigkeit wird verlangsamt, so daß es zu einer
vermehrten Ca2+-Aufnahme kommen kann
Calcitriol104
101
STH sowie Geschlechshormone (Östrogene und Androgene: Wachstum
Knochenabbau (Resorption des Knochens)
103
Hemmung der Resorption
104
Knochenumbau
102
271




Thyroxin (T3)105
Glucocorticoide
Bildung von STH 
Förderung des Knochenumbaus
Einbau von Na-K-ATPasen 
Osteoklastenanzahl 
Hormonwirkung an der Muskulatur
Hormone


STH106
Geschlechtshormone107
(Östrogene, Androgene)
Glucocorticoide108
Thyroxin (T3)





Wirkung auf das Muskelwachstum
Proteinnettosynthese 
AS-Passage durch die Zellmembran , verbesserte Aufnahme von
Aminosäuren in die Muskelzellen
Ribosomenaktivierung
AS-Einbau
Hemmung des Proteinabbau
indirekte Wirkung über STH
werden durch Glucocorticoide gehemmt
 Bildung von STH 
Einbau von Na-K-ATPasen 
Hormonwirkung am Fettgewebe
Hormone
STH109
Insulin110
Adrenalin, Noradrenalin
Glucagon
Schilddrüsenhormon
Glucocorticoide
Wirkung auf das Fettgewebe
direkte anabole Wirkung auf:
 Steigerung der Lipolyse zur Energiegewinnung
 verminderte Glucoseaufnahme
 Steigerung der Lipogenese durch die Lipoproteinlipase
 Glucoseaufnahme in die Zelle 
 Hemmung der Lipolyse
 Aktivierung
der
hormonsensitiven
Triacylglycerinlipase
(Stimulation der Lipolyse)
 Aktivierung der hormonsensitiven Triacylglycerinlipase
 Aktivierung der hormonsensitiven Triacylglycerinlipase
 Hemmung der Glucoseaufnahme
 Hemmung der Lipogenese
4. Wirkungen des STH
Wachstumswirkungen (anabol)
105
Thyroxin und Glucocorticoide: Knochenumbau (Resorption des Knochens)
Förderung: Knochenwachstum und Lipolyse/ Hemmung: Glucoseaufnahme in die Zelle
107
Muskelwachstum 
108
Muskelwachstum 
109
STH, Adrenalin und Noradrenalin, Glucagon, Schilddrüsenhormon: Lipolyse 
110
Lipolyse 
106
272
Das sind indirekte Wirkungen des STH, weil sie über Somatomedine vermittelt werden. Sie werden v.
a. in der Leber, aber auch in der Muskulatur gebildet.


Knochen und Knorpel: Deposition von Chondroitinsulfat und Bildung von Kollagen
Muskulatur und andere Gewebe: Proteinnettosynthese steigt an:
 vermehrte Aminosäure-Passage über Zellmembranen
 Ribosomenaktivierung
 Aminosäureinkorporation steigt an (Aufnahme)
 Hemmung des Proteineinbaus, dafür Stimulation der Proteinbiosynthese
Stoffwechselwirkungen (katabol)
Hier handelt es sich um direkte STH-Wirkungen.


Fettstoffwechsel: Durch die Stimulation der Lipolyse, kommt es zu einem vermehrten Abbau von
Fettsäuren bei reduzierter Gluconeogenese aus Proteinen (ketogener Effekt)
Kohlenhydratstoffwechsel: verringerte Glucosepassage in die Zellen (diabetogener Effekt)
STH-Sekretion
Die STH-Sekretion wird gesteigert:



Abfall des STH-Spiegels im Plasma
Abfall von Glucose und freien Fettsäuren im Blut
Ansteig der Aminosäure-Konzentraion im Blut
5. Knochenwachstums
Knochenzellen111



Osteoklasten dienen dem Knochenabbau. Zu diesem Zweck sezernieren sie Kollagenase und
Protonen, die das Osteoid auflösen. Sie enthalten viele Mitochondrien, Lysosomen
(Sekretgranula), Enzyme (Kollagenasen, Proteasen) und Säuren (Citronensäure). Die Entkalkung
des Knochens geschieht durch die Howshipsche Lagune!
Chondroblasten werden durch den Aufbau von Knorpel zu Chondrozyten, die dann wieder beim
Knochenabbau umgewandelt werden in Chondroclasten.
Osteoblasten bilden Knochengrundsubstanz (Osteoid mit hohem Kollagengehalt). Das Osteoid
mineralisiert dann durch Einlagerung von Calcium und Phosphat. Eingemauerte Osteoblasten
werden zu Osteozyten, die durch Ausläufer miteinander verbunden sind.
Mesenchymale Stammzelle
Prächondroblast
Präosteoblast
Chondroblast
Osteoblast
Aufbau des Knorpels
Verknöcherung
111
Während des Wachstums, aber auch im adulten Zustand, muß sich das Knochengewebe laufend den
veränderten Bedingungen (Belastungsänderungen) anpassen, das durch Umbau erreicht wird. Osteoklasten bauen
ältere Strukturen ab, während Osteoblasten den Knochen in geänderter Form wieder aufbauen.
273
Chondrozyt
Osteozyt
Abbau des Knorpels
Chondroclast
Knochenbildung
Knochengewebe entsteht entweder direkt aus dem Bindegewebe durch desmale Ossifikation oder
indirekt aus Knorpel durch chondrale Ossifikation
a) Desmale Ossifikation
Osteoblasten scheiden die Grundsubstanz Osteoid und Tropokollagen ab, das zu kollagenen
Fibrillen aggregiert. An diese lagern sich die anorganischen Salze an. So entstehen
Ossifikationspunkte (Knocheninseln) mit eingemauerten Osteoblasten, die jetzt Osteozyten
heißen. Das Ergebnis ist ein Faserreicher, mineralsalzarmer Geflechtknochen, der später zu
Lamellenknochen umgebaut wird. Durch desmale Ossifikation entstehen die Knochen des
Schädeldaches und des Gesichtsschädels.
b)
Chondrale Ossifikation112
Bsp. Röhrenknochen. Osteoblasten des Perichondriums bilden nach Art der desmalen
Ossifikation um die knorpelige Diaphyse (Mittelstück) eine perichondrale Knochenröhre
(perichondrale Ossifikation). Der Knorpel der Diaphyse wird blasig, verkalkt und in die Lücken
wachsen Blutgefäße hinein, die Chondroklasten und Osteoklasten transportieren. Durch
Knorpelabbau und Knochenbildung (encholdrale Ossifikation) verknöchert die Diaphyse im
Inneren. Dabei dildet sich die primäre Markhöhle mit dem primären Mark. Peri- und enchondral
gebildetes Knochengewebe verbindet sich und die Ossifikation setzt sich in Richtung auf die
Epiphysen fort.
6. Hormonelle Regulation des Knochenwachstums
Stimulation des Knochenwachstums


Wachstumshormon STH (über Somatomedine)
Geschlechtshormone (Testosteron und Östrogene)
Knochenresorption




Förderung der Resorption
Parathormon
1,25-Dihydroxy-Vitamin D3 (Calcitriol)
Thyroxin (T3)
Glucocorticoide

Hemmung der Resorption
Calcitonin
Aufgaben der Hormone
112
Bei des chondralen Ossifikation bildet sich zuerst ein mechanisch wenig belastbarer Geflechtknochen
(entspricht verknöchertem Bindegewebe).
274







Parathormon: Das Parathormon wird abgegeben, wenn die Ca2+-Konzentration im Plasma abfällt.
Es ist eng mit dem Calciumhaushalt des Körpers verbunden und hat folgende Wirkungen am
Knochen:
 Osteozyten: Angriff des Osteoid, Freisetzung von Ca2+ aus dem Knochen in EZF
 Osteoklasten: Auflösung von Knochen durch Säure und Kollagenasen und gleichzeitig
Erhöhung der Osteoklastenanzahl
 Osteoblasten: Hemmung der Kollagensynthese und der Mineralisation
 Niere: Stimulation von Vitamin D-1-Hydroxyse, Hemmung der Phosphatresorption und
Steigerung der Ca2+-Resorption
 Darm: Ca2+-Resorption und Phosphat-Resorption steigt an (indirekt über D3-Hormon)
Calcitonin: wird in der Schilddrüse produziert und wirkt als Antagonist zum Parathormon. Es
wird bei einem Ansteig der Plasmacalciumkonzentration ausgeschüttet und hemmt die
Osteoklasten
Vitamin D3-Hormon: Es ist ein Steroidhormon mit folgender Wirkung:
 Stimulation der Calcium- und Phosphatresorption im Darm (Mehr Substrat für den
Knochenaufbau)
 wichtig für den Knochenumbau
Wachstumshormon (STH):
 Sekretion von STH: s. vorne!
 Stimulation der Proteinsynthese
 Stimulation des Wachstums von Knochen und Knorpel (vermehrte Ablagerung von
Chondroitinsulfat)  Bildung von Knochengrundsubstanz
 Vermittlung der Wirkung über Somatomedine
 Zellvolumen und Zellteilungsrate 
Thyroxin:
 Förderung des Knochenumbaus
 STH-Freisetzung
 Aktivierung von Na-K-ATPasen
Glucocorticoide: Erhöhung der Osteoklastenabzahl für den Knochenabbau
Sexualhormone: Knochenwachstum wird gefördert durch Östrogene und Testosteron
7. Regulation des Calciumhaushaltes
Im Hungerzustand kommt es zum Fettabbau, Muskelabbau und Knochenabbau. Knochen deshalb,
weil es der wichtigste Mineralstoffspeicher im Körper ist. Die Regulation wird durch das gemeinsame
Wirken von Parathormon, Vitamin D3 und Calcitonin normalerweise in engen Grenzen konstant
gehalten. (s. auch Regulation des Knochenwachstums!)
a)
Calcitonin
Es ist ein Schilddrüsenhormon bestehend aus 32 Aminosäuren. Es wird bei Ansteig des
Calciumspiegels im Blut ausgeschüttet und wirkt als Antagonist des Parathormons. Es fördert die
Ausscheidung von Ca2+, Phosphat und Natrium durch die Nieren. Wenn der Phosphatspiegel
sinkt, sind die Angriffspunkte altersabhängig:


b)
im Wachstum: am Skelett (Hemmung der Osteoklasten)
im Alter: Förderung des Ca2+-Einbaus ins Osteoid
Parathormon PTH
275
Es stammt aus der Nebenschilddrüse, hat 84 Aminosäuren und wird abgegeben, wenn der
Calciumspiegel abfällt. Angriffspunkte und Stoffwechselwirkungen sind:


c)
Skelett: Förderung des Knochenabbaus und Förderung der Ca2+-Freisetzung
Niere: Hemmung der Phosphatresorption und Stimulation der Calciumresorption durch die
Umwandlung von 25-Hydroxycholecalciferol zu Vitamin D3 (1,25-Hydrohycholecalciferol)
Vitamin D3 (Calcitriol)
Es ist eine fettlösliche Substanz und wird bei einem absinken des Plasma-Ca2+-Spiegels
ausgeschüttet. Es führt zur Steigerung der intestinalen Ca2+-Resorption und zur Ca2+Mineralisierung des Knochen.
8. Regulation des Fetthaushaltes
Funktion des Fettgewebes


Thermoregulation (Isolationsschicht)
Langzeitspeicher für Energie (in Form von Triacylglycerinen)
Arten des Fettgewebes
a)
Braunes Fettgewebe
Es findet man v. a. bei Jungtieren, kälteadaptierten Tieren und Winterschläfern. Es ist reich an
Mitochondrien zur zitterfreien Thermogenese. Stimuliert wird es über -adrenerge Rezeptoren,
die die hormonsensitive Lipase in den Fettzellen aktiviert. Stare Wärmebildung in der darauf
folgenden Oxidation der freigesetzten Fettsäuren durch Entkopplung der oxydativen
Phosphorylierung in den Mitochondrien.
b)
Wießes Fettgewebe
Es dient als Baufett, Schmierfett und als Schutzschicht für Organe.
Entwicklung
Die Bildung von Fettzellen erfolgt aus undifferenzierten Mesenchymzellen. Bei Haussäugetieren
erfolgt der Abbau des braunen Fettgewebes zugunsten des weißen Fettgewebes. Die Vermehrung des
Fettgewebes erfolgt durch Hyperplasie und Hypertrophie
Fettdepots bei Adulten
Speicherung von Lipiden erfolgt in Form von Triglyceriden. Triglyceride werden im Körper durch
Lipoproteine transportiert.





Subkutanes Fett
Intermuskuläres Fett
Perirenales Fett (Baufett)
Fett im Netz und Mesenterium (Baufett)
Intramuskuläres Fett zwischen Muskelfasern
276


Pericardiales Fett (Bafett)
Fett im Leistenkanal (Baufett)
Hormonelle Regulation
a)
Lipogenese


b)
stimuliert durch Insulin (siehe Hormone!)
gehemmt durch Glucocorticoide (Bildung erfolgt in den NNR: Cortisol, Cortison,
Corticosteron)
Lipolyse


stimuliert durch das Wachstumshormon, Adrenalin, Glucagon und Schilddrüsenhormon
gehemmt durch Insulin
9. Regulation des Muskelwachstums
Ablauf


Fetus: Hyperplasie (Mengenzunahme)
nach der Geburt: Hypertrophie (Größenzunahme)
Hormonelle Regulation
Sie erfolgt über das Wachstumshormon STH (Aufgaben von STH s. vorne), Östrogene und
Androgene durch eine Stimulation des Wachstums. Gehemmt wird das Wachstum durch
Glucocorticoide.
277