Vorlesung SS 2004 (komplett)

Physiologie Vorlesung SS04
Ruhe- und Aktionspotential
Nernstsche Gleichung zu Membranpotential
70% Energie/ATP im Gehirn gegen für Pumpen drauf
Goldman Gleichung
Ionenkanalstruktur
K+ Pufferung durch Gliazellen
Maximale „Feuerfrequenz“ der Aktionspotentiale 1000Hz, ~300Hz realistisch
APstärke maximal bis Na+ -Umkehrpotential erreicht ist
Fr, 23.4.
Der spannungsabhängige Natriumkanal
4x so gross wie Kaliumkanal -> 4 Untereinheiten
mögliche Konformationsänderung durch Depolarisation
bei Änderung Membranpotential Verschiebung integrierter Ladungen, Öffnung des Kanals
Schließung nach festgelegter Zeit, unabhängig von Membranpotential, danach
Refraktärphase
Patch-Clamp-Methode
Beobachtung eines einzigen Ionenkanals möglich, zwei Minielektroden um minimales
Membranstück
selektiv permeabel für Na+, weil das Ion genau durch Porenfilter passt
aber warum geht Na+ nicht durch Kaliumkanal?
Das Ion passt genau in die Pore – der Selektivitätsfilter ersetzt die Wasserhülle des
dehydrasierten Ions
Na+ ist zu klein, passt nicht in den Filter
Tierische Gifte
Tedrodotoxin (TTX), das Gift des Pufferfisches blockiert Na+-Kanäle
Saxitoxin (STX) Gonyaulax-Dinoflagellengift in Muscheln
Batrachotoxin (BTX) Gift des Pfeilgiftfrosches hemmt Na+-Kanalinaktivierung
Kegelschneckengifte (Conotoxine), oft verschiedenste Giftpeptide, z.B. Blockade K+
Strom, Blockade Inaktivierung des Na+ Stromes (-> Überregungsstarre)
Summation vieler Elementarströme
Einzelne, eher unkoordiniert wirkende Kanalaktionen summieren sich zu einer
charakteristischen Stromkurve
erst schneller Na+ Einwärtstrom dann langsamer K+ Ausstrom
Apotentiale wandern entlang von Axonen nur in eine Richtung
Leitung des Aktionspotentials
Strominduzierte Aktionspotentiale (z.B. mitten am Axon) können sich orthodrom (normal)
oder antidrom bewegen
Faktoren der Leitungsgeschwindigkeit
Nervenfasern werden nach Erlanger und Gasser in 6 Fasertypen eingeteilt, Unterschiede
in versch Kategorien
Lokalanästhetika
kleinere Fasern sind sensitiver gegenüber Lokalanästhetika
erstes LA: Kokain
saltatorische Erregungsleitung
Erregung springt von Knoten zu Knoten
Na Kanäle sind am Knoten konzentriert, Ort höchster Ionenkanalkonzentration im Körper
Multiple Sklerose (MS), Myelin-Oberflächenproteine lösen Immunantwort aus, die zur
Zerstörung der Myelinscheiden führt
-> Störungen der Sinneswahrnehmungen, motorische Koordination
Shiverer Maus -> sehr abgeschwächte Myelinisierung
Transfektion des normalen Gens verstärkt Myelinisierung -> therapeutischer Ansatz, noch
nicht übertragbar auf Menschen
Jedes Neuron generiert etwas andere Aktionspotentiale
Thalamus wec hselt zwischen Bursting Modus, Tonischer Modus je nach
Bewusstseinszustand
Synaptische Übertragung
Elektrische Synapsen
Gap junctions / Nexus
Zusammengesetzt aus 2 Hemikanälen (Konnexone)
Jedes Konnexon besteht aus 6 Konnexinen
Jedes Konnexin besteht aus 4 membrandurchspannenden Domänen
elektrische Übertragung findet bei unterschweliiger Reizung statt
Übertragung ist bidirektional und schnell
-> elektrische Kopplung
Chemische Synapse
– Synaptischer Spalt
– Prä- und Postsynapse
– Synaptische Vesikel
– Sekretorischhe Granula
– Membrandifferenzierung
– Aktive Zone
– Postsynaptische Verdichtung
Unterschiede in...
– Synaptisches Arrangement
– Synapsengröße, -form
– Membrandifferenzierung (z.B. Gray Typ I, exzitatorisch, Gray Typ II, inhibitorisch)
Motorische Endplatte
Synthese und Speicherung von Neurotransmitter
Peptide -> Sekretorische Granula
1. Synthese des Voläuferpeptids im ER
2. Umwandlung in das aktive Neuropeptid
3. Abspaltung sekr. Granula vom Golgi-Apaarat
4. Transport in die Axonterminale
Neurotransmitter
Aminosäuren (GABA, Glutamat, Glycin)
Amine (Acetylcholin, langsame Transporter: Katecholamine: Dopamin, Adrenalin,
Noradrenalin, Serotonin, Histamin)
Peptide (Substanz P, Somatostatin)
schnelle, langsame, beides
Mo, 27.4.
1. Stunde, von Johannes
Glutamat: ZNS
Glycin: Rückenmark: Hemmende Synapsen
GABA: Hemmend ZNS
Glutamat ---GAT---> GABA
Acetylcholin-Synapse:
im synaptischen Spalt Acetylcholinesterase, Zerlegung Ach für Resorption
– Vagus
– Muskel
– ZNS: kleine Stammhirnkerne
Wenige Kerne mit wenigen Neuronen im Stammhirn projiziert ins gesamte Gehirn
-> Lern + Gedächtnisvorgänge im Vorderhirn -> erste Ausfälle bei Alzheimer
bei einfacher starker Erregung wird Rücktransport gestört -> Lähmung
(u.a. durch organische Phosphate, Nervengase, Succinylcholin)
Membrantransporter
-> nachlesen
Dopamin (CL-Dopa -> Vorstufe, Therapie von Parkinson)
Ventrales Tegmentum, substantia nigra
Motorische Koordination, Belohnungssystem/Verstärkung -> Sucht
Amphetamine – Kokain -> Neurotransmitter – transporter
Kortex: stimulierend
Vorderlappen: Sucht
Neuromodulation
Aktionspotentiale werden verändert
normal: auf/ab
Noradrenalin: nur auf (nicht unter normales Membranpotential)
bei stärkerem Impuls schnellere Folge von Aps
B2-Rezeptoren evtl nachlesen
Serotonin
Aufmerksamkeit – Angst – Schlaf/Wach
Entstehung aus Tryptophan
Prozac: Häufigst verkaufes Antidepressivum
Transmitter bleibt länger im synaptischen Spalt
-> LSD: Agonisten Serotoninrezeptoren
Halluzinogene <-> Thoxanine
Transmitter im Blut -> unselektiv aber systemisch
Autonomes Nervensystem
Ein Ganglion auf viele andere Neurone
Diffuses modulatorisdches System
stark divergierend
axonale Projektion
Allgemeine Aktivierung
2. Stunde (selbst mitgeschrieben)
Rezeptoren für Neurotransmitter
Neurotransmitter wirken entweder direkt oder indirekt auf Ionenkanäle um das
postsynaptische Potential zu verändern
2 Rezeptortypen:
– Ionotrop: Transmitter-geschaltete Kanäle
– Metabotrop: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
für einen Transmitter können beide Typen von Rezeptoren existieren
Prototyp des ligandengeschalteten Neurotransmitterrezeptors ist der nikotinische
Acetylcholinrezeptor (AchR)
AchRs sind Pentamere (2xa , b , c ,d)
Wenn an beide a ein Ach-Molekül gebunden öffnet sich Kanal, Na+ rein, K+ raus
Exzitatorische postsynaptische Potentiale (EPSPs)
Strom-Spannungskurve: Membranspannung wird gegen Membranstrom aufgetragen, es
entsteht eine Gerade welche etwa durch Nullpunkt geht (Membranstrom Raus ->
Membranspannung + , Membranstrom Rein -> Membranspannung - , im „Normalzustand“
-80mV fließt Membranstrom nach innen)
EPSP: ausgelöst durch Ligandengesteuerte Kanäle, die sich depolarisieren,
Membranspannung wird positiver
Kobragift, a-Bungarotoxin, blockiert nikotinische AchR
bei Mungos a-BTX-Bindeaffinität am Rezeptor um Faktor 100 verringert -> Kobrafresser
Rezeptorpharmakologie
verschiedene Typen nikotinischer Acetylcholinrezeptoren, u.a. Muskel, Neuronal...
Agonisten: Nikotin
Antagonisten: Curare, u.a.
Myastenia gravis
„schwere Muskelschwäche“ (gr.)
morphologische Veränderungen an der neuromuskulären Synapse,
weniger und veränderte Ach-Rezeptoren
Autoimmunkrankheit mit Störung der neuromuskulären Reziübertragung infolge Blockade
der Ach-Rezeptoren der motorischen Endplatte durhc Autoantikörper
Symptome
belastungsabhängige Ermüdung der quergestreiften Muskulatur, Schluck- und
Atemlähung
Therapie
Cholinesterase-Hemmer, Immunsuppressiva, Thymektomie
Weitere Typen ligandengesteuerter Kanäle
Ionotrope Glutamatrezeptoren (sehr unterschiedliche Typen, u.a. AMPA, NMDA)
Ionotrope GABArezeptoren (GABA wichtigster inhibitorischer Transmitter, Bindungsstellen
für verschiedenste Moleküle, u.a. GABA, Ethanol, Neurosteroide)
Ionotrope Glyzinrezeptoren, ATP Rezeptoren, Ach Rezeptoren
inhibitorische postsynaptische Potentiale IPSPs
Strom-Spannungskurve geht nicht durch Nullpunkt, bei Membranspannung -80mV leichter
Ausstrom positiver Ladungen -> Bsp: GABAkanal eigentlich Cl- Kanal, also Cl- Einstrom
29.4.
Ernährung, Funktion des Magen-Darm-Traktes (MDT)
a) Wozu Magen-Darm-Trakt-Physiologie?
Störungen im Bereich MDT sind mit die häufigsten Ursachen, die einen Patienten zum
Arzt führen
10% der Bevölkerung: Sodbrennen (-->--> Ösophagus-Krebs!)
sehr häufig sind: akute Gastritis und/oder Erbrechen
bis zu 50% der älteren Menschen: chronische Gastritis
0,05% bzw 0,15% leiden an einem Magen-bzw. Duodenalgeschwür (Ulcus)
sehr häufig: Durchfall (Infektionen, Lebensmittelvergiftung, Tumor, Pankreasinsuffizienz,
Gallensalzmangel, Hyperthyreose, chron. Darmentzündungen,
Nahrungsmittelunverträglichkeit...)
Verstopfung bei ca 25% aller Menschen über 60 Jahre
chronische Pankreatitis durch Gallenwegserkrankungen, Alkoholmissbrauch,
Mukoviszidose
chronische Hepatitis durch Infektionen u.a. --> --> Leberzirrhose
Übergewicht --> --> Fettsucht (20% der Erwachsenen) --> --> Diabetes Mellitus,
Schlaganfall, Myokardinfarkt, Erblindung...
Unterernährung, Anorexia nervosa, Bulimie
b) Übersicht
Der Körper ist ein offenes System, d.h. Was verbraucht (energiereiche Stoffe) oder
ausgeschieden wird (z.B. Wasser oder Na+), muss ersetzt werden
--> Regelung, z.B.:
– des Energiehaushaltes (Homöostase der Energiespeicher = Fettpolster), v.a. Durch
Leptin (von Fettzellen gebildet, misst der Hypothalamus)
– des Wasserhaushaltes durch ADH (misst der Hypothalamus, Regulation der
Harnmenge)
– des Na+ - Haushaltes durch Aldosteron und Atriopeptin
Energie wird benötigt zum „Leben“, d.h. Um thermodynamisch „Ordnung“ zu schaffen,
z.B. in Form von
– Gradienten für Ionen und andere Stoffe
– Druckgradienten
– elektrischen Potenzialen
ATP ist die universelle Energie-“Währung“
--> Ionenpumpen (=ATPasen) halten Ionenkonzentrationsgradeinten aufrecht, die
sekundär
– Konzentrationsgradienten anderer Stoffe aufrecht erhalten
– zu elektrischen Zellmembran-Potentialen führen
--> Die Atmung hält 0² und CO²-Gradienten aufrecht und ermöglicht so die 0²-Aufnahme
und CO²-Abgabe (ATP speist die Atemmuskulatur)
--> Das Herz erzeugt einen Druckgradienten im Blutgefäßsystem (ATP speist
Herzmuskulatur)
--> Im Stoffwechsel synthetisieren Enzyme ATP-abhängig Stoffe, die der Körper laufend
braucht (z.B. Strukturproteine)
--> Skelettmuskulatur
c) Motilität des MDT
Aufgaben der Magen Darm-Motorik:
– Längstransport: überall, Ösophagus ausschließlich
– Speicherung: proximaler Magen, Zäkum, Colon asc, Rektum
– Aufbereitung der Nahrung, mechanisch (Mund, distaler Magen, Mischung) und
chemisch: Spaltung durch Enzyme: Magen (Speichel, Magensaft), Dünndarm
(Pankreassaft, Galle, Darmsaft, Mukosazellen)
– Absorption durch Transportproteine: Dünndarm, Dickdarm
Eigenschaften des glatten Muskels:
– „Single-Unit“-Typ in den unteren 2/3 des Ösophagus, in Magen, Darm, Gallenwegen,
u.a.
– elektrisch gekoppelt, spontane Erregung macht generelle Kontraktion
– Schrittmacherzellen in Magen und Darm
Kontraktion: Reiz
– Ca2+-Einstrom, Konzentration verhundertfacht sich
– 4 Ca2+ binden an Calmodulin
– Calmodulin aktiviert Myosin-Leichtketten-Kinase --> Myosin II – Phosphorylierung
d) Integration des MDT wozu und wodurch?
Zeitliche Koordination:
– zu schnelle Passage: Aufschließung und Absorption zu niedrig
– zu langsame Passage: Versorgung zu niedrig
Intensitätsanpassung an Kost:
– große/kleine Mahlzeiten
– Glucose <=> Fett
Anpassung an die Gesamtbedürfnisse des Körpers
– Ruhe/körperliche Arbeit
– normales HZV / vermindertes HZV (Herzzeitvolumen)
Koordinationssysteme:
– Enterisches Nervensystem
– Vegetative Innervation
– Hormone des MDT
e) Enterisches und vegetatives Nervensystem
Plexus in Darmwand eingelagert
– Plexus myentericus (Auerbach)
– Plexus submucosus (Meissner)
Reflexe in der Darmwand
– Mechano- und Chemosensoren
– Kontraktion (v.a. Cholinerg)
– aktive Erschlaffung NCNAerg (VIP u.a.), z.B. beim Akkomodationsreflex
(Platzmachungsreflex)
– peristaltischer Reflex (=Kombination von Erschlaffung und Kontraktion)
Vegetatives Nervensystem
– Modifikation d. Motorik
– Steuerung d. Durchblutung
– Reflexe
f) Hormone des MDT
– Der Magen-Darm-Trakt iser der größte Hormonproduzent
– Die wichtigsten Magen-Darm-Hormone sind (alle sind Peptidhormone):
Gastrin (aus G-Zellen in Magen und Duodenum)
CCK = Cholezystokinin (aus Dünndarmwand)
Secretin (aus Duodenalwand)
Motilin (aus Dünndarmwand)
Funktion der Speicheldrüsen
Drüsen:
Glandula ...
parotis, sublingualis, submandibularis, linguales et buccales
Feinbau:
Endstücke, Schaltstücke, Streifenstücke, Ausführungsgänge
Speichelbildung
1. Bildung des Primäspeichels in den Endstücken
basolaterale Na+ - K+ - ATPase
Na+ - 2Cl- - K+ Symporter: sekundär-aktive Cl- -Akkumulation in der Zelle
K+ aus beiden Eintrittswegen rezirkuliert über K+ -Kanäle --> Hyperpolarisierung der
basolateralen Membran
luminal (=apikal) : Cl- /HCO3- -Kanal
Cl- strömt passiv ins Lumen --> depolarisiert die apikale Membran
Lumennegatives Potential treibt Na+ parazellulär (passiv) aus dem Interstitium ins
Lumen
Wasser folgt aus osmotischen Gründen --> Primärspeichel hat eine ähnliche
Ionenzusammensetzung wie das Plasma
Exozytose von Muzin, Enzymen, IgA
2. Bildung des Sekundärspeichels in den Schaltstücken, Streifenstücken und
Ausführungsgängen
- Resorption von Na+ und Cl- --> Sekretion von K+ und HCO3- geringe Wasserpermeabilität (Speichel gewöhnlich hypoton, bis <100 mosm/kgH²O!)
Steuerung der Speichelsekretion
parasympathisch (Acetylcholin)
--> M1-Cholinozeptoren: IP3 erhöht --> [Ca2+]i steigt
--> öffnet Cl- Kanäle --> Sekretion von wässrigem Primärspeichel
--> stimuliert Proteinexozytose
--> M³-Cholinozeptoren --> Kontraktion der myoepithelialen Zellen
--> setzt VIP frei: Vasodilatation (maximaler Speichelfluss > Ruhedurchblutung!)
sympathisch (Noradrenalin)
β²-Adrenozeptoren: cAMP erhöht (Second Messenger) setzt v.a. Muzin frei
Zusammensetzung und Aufgaben des Speichels
Wasser und Elektrolyte
Lösung der Nahrung,
Spülung der Zähne (Nahrung)
--> Erregerwachstum vermindert sich,
Säugling: Mamillenabdichtung beim Stillen
HCO3- (ph-Wert 5,8 bis 7,8)
Pufferung:
- Mund (Zitrone!, Erbrechen)
- Ösophagus (Reflux: pH-Clearance
Hypotonie
Freispülung der Geschmackssensoren
(„salzig“)
α-Amylase (=Ptyalin)
Abbau von Stärke und Glykogen im Mund
(und Magen)
Muzin
Schmierfilm für Zunge (Sprache) und
Bissen
Lysozym
Immunglobulin A
Immunabwehr
30.4.
Ösophagus
a) Anatomie
- Oberer und unterer Sphinkter
– Außen Längs-, innen Ringmuskulatur
oberes 1/3 quergestreifte Musk.
Untere 2/3 glatte Musk.
– Innerviert vom N.vagus
b) Schlucken
Schlucken ist kompliziert, weil der Rachen die meiste Zeit für andere Dinge benötigt wird
(Atmen, Sprechen, Nur der Säugling kann atmen und trinken zugleich
3 Phasen:
– willkürliche Einleitung des Schluckens 1
– unwillkürlich Reflexe im Rachen 2-4
– unwillkürliche Reflexe im Ösophagus 4-5
–
–
primäre (und u.U. Sekundäre) Peristaltikwelle
oberer und unterer Ösophagussphinkter öffnen sich beim Beginn des Schluckens
reflektorisch: rezeptive Relaxation (vago-vagaler Reflex) durch NCNA-Neurone
(VIP,NO, u.a.)
–
–
–
unterer Sphinkter ansonsten meist geschlossen -> Schutz vor Reflux des aggressiven
Magensaftes (Parasympathischer Schluss)
Druckmessung für Funktionsdiagnostik
Druck im Lumen des unteren Sphinkters: 20-25 mmHg (=Sphinkter zu)
c) Gastorösophagealer Reflux
Der Druck im Lumen des unteren Sphinkters entscheidet über seine Durchlässigkeit
Druck sinkt durch VIP, NO, Secretin, CCK, GIP, Progesteron
Druck steigt durch Acetylcholin, Gastrin, Motilin, erhöhten Abdominaldruck (ein Teil des
Sphinkters im Bauchraum!), Einatmung (Crus dexter + sinister des Zwerchfells)
Sporadischer Reflux beim Schlucken (wenige Sek.), beim Aufstoßen, bei unverhofftem
Druck auf vollen Magen
Saurer und pepsinhaltiger Magensaft greift Ösophagusepithel an! -> Schutz:
– Volumen-Clearance: rasche Entleerung in den Magen in 10-15s (lokale Dehnung als
Auslöser)
– pH-Clearance bei jedem Schlucken puffert der Speichel: stufenweise pH-Anstieg
– vielschichtiges Ösophagusepithel
Refluxkrankheit -> Ulzerierte u. Entzündetes Epithel -> Metaplasie -> Karzinom
Magen
a) Anatomie, b)digestive Motorik
proximale Hälfte Speicher, distale Hälfte Verarbeitung (rezeptive Relaxation; allgemein:
Akkomodationsreflex = Platzmachungsreflex)
Magen leer: 50 ml
Magen maximal: ~1500ml
Aufgaben der distalen Magenperistaltik:
– Mischung
– Zerkleinerung
– Emulgierung
– Portionierte Weitergabe
Schrittmacherzellen an der Obergrenze des distalen Magens:
spontan erregbare Zellen, Entladungsfrequenz ca 3/min
-> peristaltische Welle distalwärts mit 0,5-4 cm/s; Gastrin (endokrines Hormon) stimuliert
Steuerung der digestiven Magenmotorik
kephale Phase:
Parasympathikus aktiviert die Magenmotorik, setzt Gastrin frei
Sympathikus: macht Magen aus
gastrische Phase:
Gastrin erreicht Schrittmacherzellen und ganze Magenwand
Futter kommt in Magen, beeinflusst Motorik
Fördernd:
– Acetylcholin (Parasympathikus)
ZNS (n.vagus)
lokaler Reflex
– Gastrin (endokrine Wirkung)
Hemmend:
– GIP (Glucose-dependent-insulino-tropic peptide)
–
Noradrenalin (Sympathikus),
Adrenalin
c) Proximaler Magen und Magenentleerung
Steuerung des Proximalen Magens
Fördernd:
– Acetylcholin (Parasympathikus.)
– Motilin
Hemmend:
– VIP (vasoactive intestinal peptide) -> Rezeptive Relaxation
– Noradrenalin (Symp.), Adrenalin
– CCK
– GIP
– Secretin
– Gastrin
d) interdigestive Motorik: Migrating Motor Complex (MMC)
...
4.5.
Magenfunktion II (Sekretion)
a) Anatomie
Faltung der Oberfläche, 0,1nm durchmessende „Krater“ = Mündung der Magendrüse
(Foveola gastrica)
Drüsenaufbau (tubuläre Magendrüse): Oberflächenepithel, Foveolaepithel, Parietalzellen,
Nebenzellen, Hauptzellen
b) Magensaft
2-3 Liter/Tag
pH-Wert (ohne Essen als Puffer) um 1
Hcl (Vorarbeit: Proteindenaturierung)
Pepsinogene –werden im sauren Milieu zu --> Pepsine („schneiden Proteine in Stücke“)
Muzin (Schutz- und Schmierfilm)
Intrinsic Factor (für Vit B12-Absorption im Ileum)
Parietal-(Beleg-)zelle
– bei Aktivierung durch Stimulation weiten sich Tubuläre Kanäle (+Zottenbildung) und
Ausführungsgänge
– Hcl kommt aus Belegzellen, die Tubulovesikel enthalten
– bei Aktivierung werden daraus sekretorische Canaliculi
--> pH im Lumen fällt auf pH 1 (Zellinneres pH 7);
H+ -Gradient 10^-1 / 10^-7 = 1:1.000.000
--> eigene ATPase erleichtert enorme pH-Veränderung
Luminal: H+/K+ -ATPase sezerniert H+ -Ionen und resorbiert K+ -Ionen
K+ rezirkuliert über luminale K+ -Kanäle
– OH- -Ionen bleiben zurück und verbinden sich mit CO² zu HCO3- (Carboanhydrase)
– HCO3- (Bicarbonat) verlässt die Zelle basolateral im Austausch gegen CL– Cl- strömt luminal über CL- -Kanäle aus
– Jetzt haben wir HCl im Lumen
--> Problem beim Essen: Pro sezerniertem H+ verlässt ein HCO3- die Zelle auf der
Blutseite (postprandiale Basenflut) Ähnlich viel HCO3- wird dann vom Pankreas
sezerniert, um im Duodenum die H+ -Ionen aus dem Magen zu neutralisieren
–
–
Omeprazol und ähnliche Medikamente hemmen die H+/K+ -ATPase
Pepsinogene / Pepsine
– Pepsinogene sind in den Hauptzellen gespeichert
– Hauptzellen werden zusammen mit Belegzellen aktiviert
– Pepsinogene werden durch H+ Einwirkung zu Pepsinen aktiviert
– Es gibt verschiedene Pepsin-Typen
Gruppe 1, pH-Optimum um 2, werden bei pH 7,2 zerstört
Gruppe 2, pH-Optimum bei 3,5, sind bei pH 7,2 stabil (Duodenum)
c) Steuerung der Magensaftfunktion
1. Kephale Phase:
Auslöser: Geruch, Geschmack, bedingte Reflexe (konditionierte Reflexe)
Efferenz: N.Vagus; Acetylcholin aktiviert
- Belegzellen direkt (M³-Cholinozeptoren)
- GRP (Gastrin-releasing peptide)-Neurone -> G-Zell-Aktivierung -> Gastrin aktiviert
Belegzellen -> Belegzellen aktivieren Pepsinogene zu Pepsin -> pH sinkt auf unter 3 ->
pH <3 hemmt GRP
2. Gastrische Phase:
Auslöser: chemische Reize (anverd. Proteine, Röstprodukte, Alkohol); mechanische
Reize
Efferenz: Gastrin, vago-vagale Reflexe
Hemmung: luminaler pH << 2
Vagus setzt via CGRP hemmendes SIH (Somatostatin, Hormon, welches Freisetzung
von Wachstumshormonen reguliert) frei (SIH greift über Histamin an Belegzellen H2Rezeptor an)
3. Intestinale Phase:
v.a. endokrin: Sekretin, GIP, chemische und mechanische Reize hemmen
d) Mukosaschutz
– Mukusfilm liegt auf Wandoberfläche, bildet pH-Pufferschicht
– Zellen sezernieren HCO3- in Mukusfilm zur pH-Steigerung
– EGF (Wachstumsfaktor aus Speichel) verbessert Epithelbarriere
– Mukosadurchblutung sehr gut, falls doch H+ Ionen eindringen können diese flott
entfernt werden
e) Pathophysiologie des Ulkus
Wo? Magen, Duodenum, unterer Ösophagus
Wodurch?
– Magensaftsekretion zu hoch (z.B. Gastrin hoch)
– Magensaftsekretion dauert zu lange, v.a. Auch interdigestiv (z.B. kein pH-feedback;
autonomes Gastrinom, auch außerhalb des Magens: Zollinger-Ellison)
– Zusammenbrechen der Mucosa-Barriere, z.B. durch Hemmung der
Prostaglandinsekretion (nichtsteroidale antientzündliche Pharmaka) oder zu geringe
Durchblutung (Streß, Operationen, Verbrennungen, Extremsport)
– Helicobacter pylori – bei uns einer der Hauptursachen von Ulcera
– Cortison
– Gallereflux (Dysfunktion des Pylorus)
– Psychische Belastungen bei gestörtem Bewältigungsverhalten
– konzentrierter Alkohol
– Rauchen
– Kopfweh....(-> evtl Konsum nichtsteroidaler antientzündlicher Pharmaka)
Erbrechen
a) Physiologische Auslöser des Erbrechens
– Erbrechen ist ein Schutzreflex
– Überdehnung des Magens (zu viel gegessen, „schwere Mahlzeit“)
– Schädigung des Magens (Alkohol etc)
– widerlicher Geruch, Geschmack, Anblick
– Toxine im Magen (Speise wird später oft nicht mehr gemocht: Konditionierung)
– willkürliche Auslösung möglich (Finger in den Hals)
– Reaktion auf Angst, Abscheu („klare Botschaft“; etwas ist „zum Kotzen“)
– Kinetose (Papa fährt wieder wie gesengte Sau)
– Schwangerschaft (Vomitus matutinus)
b) Pathologische Auslöser des Erbrechens
– Hyperemesis gravidarum (übermäßiges Erbrechen der Schwangeren,
hochpathologisch!)
– Bulimia nervosa
– Dehnung von Magen (verzögerte Entleerung ,z.B. bei Tumor, Darm (Obstruktion),
Gallenwege, Pankreasgang(Gallenseine)
– Entzündung von Darm, Peritoneum, Pankreas, Gallenwege
– Vestibularerkrankung, z.B. Meniére-Krankheit (Drehschwindel, Übelkeit, Erbrechen,
einseit. Ohrgeräusche und Schwerhörigkeit)
– erhöhter Hirndruck (Blutung, Tumor)
– starke Schmerzen
– Strahlenbelastung
– Urämie
– Nikotin
– Digialis (Medikament gegen Herzinsuffizienz)
– Anoxie, Koronarischämie
– Apomorphin (Dopaminantagonist)
c) Regelung, Vorboten und Reflexablauf
„Brechzentrum“ in medulla oblongata
Afferenzen von
– der chemorezeptorischen Triggerzone (Area postrema) („offene Blut-Hirn-Schranke“),
Information über verschiedene Stoffe im Körper, z.B. Nikotin, Apomorphin, Digitalis u.a.
– aus Magen-Darm-Trakt
– Hirndruck
– Strahelnexposition
– psychogen
– Schwangerschaft
– Bewegungskrankheit, Vestibularerkrankung
entweder direkt zum Brechzentrum oder in die Area postrema
Vorboten
– Schweissausbruch
– weiße Pupillen
– Blässe,
– Speichelfluss
– Übelkeit
– Würgen
Reflex
Duodenum zu
Atmung fixiert
Bauchpresse
Folgen
– Zahnschäden
– Pneumonie
– Magensaftverlust
– Magenruptur
– Mallory-Weiss-Syndrom
– Ösophagusruptur
chronisch:
– verringerte Nahrungsaufnahme
– Hypokaliämie
– Hyponatriämie
– nichtrespiratorische Alkalose (durch H+ Verlust)
6.5.
Pankreas
a) Anatomie
Exokrines Pankreas
grösster Teil des Organs, viel ER usw
Endokrines Pankreas
10^6 Langerhans-Inseln (2-3% des Pankreasgewebes) --> Hormone
4 Zelltypen: A-Zellen (25%) Glucagon, B-Zellen (60%) Insulin, D-Zellen (10%) STH, PPZellen Pankreatische Polypeptidzellen
Venöser Ausgang direkt an Leber angeschlossen
b) Zusammensetzung des Pankreassaftes
1-2 liter/d
Sekretionsrate 0,25-2,5ml/min – folglich starke Regulation
Inhalt:
– Proenzyme/Enzyme (5-8g Protein)
Trypsinogene, Chymotrypsinogene, Pro-Elastasen, Pro-Carboxypeptidasen, ProColipasen
/Phospholipase A², Pankreaslipase, Pankreas-α-Amylase, Dnasen, ...
– Aktivierung durch Enteropeptidase/Trypsin:
CCK (Hormon) führt zur Ausschüttung von Trypsinogen, dieses gelangt in Darmlumen,
durch Enteropeptidase wird es zu Trypsin aktiviert, Trypsin aktiviert dann seinen
eigenen Vorgänger durch positive Rückkopplung und aktiviert die anderen Coenzyme,
hemmt CCK-Ausschüttung
Trypsin Schlüsselprodukt!
– IgA --> Immunabwehr
– Lithostatin (=PSP =pancreatic stone protein), Citrat --> hemmen Ausfällung von Ca2+
Salzen
– isoton (im Gegensatz zum Mundspeichel) (isoton heißt immer isoton zum Plasma)
– hoher HCO³- Gehalt (bis 100 mmol/l) für Pufferung der H+ Ionen aus dem Magen
Sekretion des Primärspeichels in den Azini (ähnlich wie in den Endstücken der
Speicheldrüsen), Sekundär Aktiver Transport von K+ aus Blut in Azinuszelle mit Hilfe
Na/K-ATPase, Cl- und HCO3- durch sekundär aktiven Symporter in Lumen, negatives
Lumenpotential, Na+ kann passiv parazellulär nachdiffundieren --> physiologische
Kochsalzlösung im Lumen. --> Primärspeichel
Modifikation des Speichels in den Ausführungsgängen: HCO3- Sekretion im Austausch
gegen Cl- (Anionenaustausch + CFTR: für Chloridrezirkulation, Defekt bei Mukoviszidose)
d) Steuerung der Sekretion
1. Kephale Phase: Parasympathikus (ACh, VIP u.a.)
2. Gastrische Phase: v.a. Gastropankreatische Reflexe (Ach, VIP, u.a.)
3. Intestinale Phase (wichtigste): Hormone (CCK, Sekretin)
entero-pankreatische Reflexe (Ach, VIP u.a.)
CCK (ausgelöst durch Fettsäuren Monoacylglycerin u.a. im Darmlumen)
– erhöht Ach-Wirkung auf Azini (CCK_A-Rezeptoren an cholinergen Endigungen),
d.h. Der Enzymgehalt steigt
– potenziert die Sekretinwirkung an Ausführungsgängen
– bremst die Magenentleerung
– führt zur Gallenblasenkontraktion --> -entleerung
– erzeugt Sattheit (Neurone in der Medulla oblongata)
Sekretin (ausgelöst durch niedrigen pH-Wert im Darmlumen)
– erhöht HCO3- Sekretion in Pankreas- und Gallengängen
– hemmt Säuresekretion im Magen
– hemmt Magenentleerung
e) Pathophysiologie
Mukoviszidose (Cystic fibrosis)
CFTR-Kanal auf verschiedene Art und Weise mutiert, autosomal-rezessiver Gendefekt
auf Chromosom 7, jedes 2000ste Neugeborene betroffen
damit Cl- Rezirkulation im Ausführungsgangsystem des Pankreas gestört
--> Pankreasinsuffizienz und damit v.a. Fettverdauung gestört, Stuhlgang voller Fett
oft auch Megadarmtrakt, da dort CFTR ebenfalls gebraucht wird
Schleimansammlung im Atemtrakt durch gestörte Zilienbewegung --> ununterbrochene
Bronchopneumonie (chronische bakterielle Entzündung der Bronchien)
Akute Pankreatitis
Ablauf:
– Gallensteine in ductus
– Druckerhöhung
– Gallenreflux
– Reflux von Duodenalinhalt (aktivierte Enzyme)
– Enzymdiffusion, Proteinausfällung
– vorzeitige, intrazelluläre Enzymaktivierung
– Akute Pankreatitis
Darm
a) Anatomie und Rolle des Darms
– 5-6m langer Dünndarm mit Duodenum, Jejunum und Ileum
– 1,5m langer Dickdarm mit Caecum, Kolon, Rektum und Analkanal
– In den Dünndarm münden
- der Pylorus (Chymus)
- Pankreasgang/-gänge
- Gallengang
–
–
Der Dünndarm hat Transport-, Verdauungs- und Absorptionsaufgaben
Der Dickdarm hat Absorptions- (Elektrolyte, Wasser) und Speicheraufgaben (Caecum,
Rektum)
Die Motorik dient also zur Mischung, Weiterbeförderung, Speicherung und
Defäkation
b) Motilität des Dünndarms
– langsame Wellen --> Spikes (zytosol. Ca2+ ↑) --> rhytmische Kontraktionen
– Eigenerregungen durch Schrittmacherzellen und Weiterleitung der Erregung über
Gap junction, Wechsel des Schrittmachers
– Parasympathikus fördert, Sympathikus ist allgemein hemmend (v.a. α²Adrenorezeptoren an cholinergen Faserenden)
– Bewegungstypen:
1. Segementationsbewegungen
2. Pendelbewegungen
3. Peristaltik (meist nach aboral)
– Spasmus an den Sphinkteren (α1-Adrenorezeptoren direkt am glatten Muskel)
– lokale Reflexe im enterischen Nervensystem
– lange Reflexschleifen über viszerale Afferenzen und vegetatives Nervensystem
– Hormoneinflüsse (z.B. Motilin)
c) Motilität des Dickdarms
– ähnlich wie im Dünndarm, gefördert durch Balaststoffe
– Schrittmacher im Colon transversum
– Haustrierungen
– Peristaltik, auch Rückwärtsperistaltik
– Massenbewegungen (jedes Mal wenn Magen neu befüllt wird)
Defäkationsreflex
– Dehnungsrezeptoren im Rektum
– Stuhldrang
– Zwerchfell in Insirationsstellung
– Bauchdecke angespannt
d) Pathophysiologie
Obstipation („ zu wenig“, „zu hart“, „zu selten“) durch:
– ballaststoffarme Ernährung
– Analfissur
– Anismus (falscher Reflex, z.B. bei Parinsonpatienten)
– Paralytischer Ileus( Reflex) nach Bauchoperationen, Peritonitis
– medikamentös (z.B. Opiate)
– Durchblutungsstörungen
Obstruktion
– neurogen (Hirschsprung, Chagas-Krankheit: Trypanosoma cruci zerstört Darmganglien
– myogen
– mechanische Hindernisse (außen, Darmwand, innen)
7.5.
Darmtrakt
a) Was, wie viel und wo wird absorbiert?
Insgesamt ca. 8L/Tag werden absorbiert, Getränke und Wasser, Speichel, Magensaft,
Pankreassaft, Darmsaft
Wasser wird entlang eines osmotischen Gradienten absorbiert (v.a. Im Dünndarm = leck;
Dickdarm weniger leck), d.h. Gelöste Teilchen müssen absorbiert werden, damit Wassser
foglen kann!
Wenn Darminhalt hyperton --> Wassersekretion!
NaCl Absorption = NaCl-Aufnahme: 5-10 g/Tag (es wird immer alles absorbiert)
Absorption von H20, Na+, Cl-, HCO3-, K+, Ca2+, Fe2+ und 1000 Vitamine und
Spurenelemente
b) Das Darmepithel
Plicae Circulares (Oberfläche x3), Zotten + Krypten (x7-14), spez. Epithelzellen, Mikrovilli
(x15-40), Becherzellen
Dünndarmoberfläche ca. 100m²
c) Mechanismen der Na+ Absorption
Na+/K+ ATPase --> [Na+]i ↓, [K+]i ↑ --> Membranpotential (innen negativ) und
elektrochemischer Na+ Gradient in der Zelle --> hohes elektrochemisches Na+ Potential
1. Na+ Symport mit Glucose, Galactose, Aminosäuren, Gallensalzen, Phosphat u.a. (Cloder K+ parazellulär) (Dünndarm)
--> Orale Na+ Gabe: Absorption beschleunigt durch Glucose
2. Na+ / H+ Austausch und Cl- /HCO3- Austausch = NaCl Absorption (Cl- transzellulär)
(Jejunum, Gallenblase)
3. Na+ Kanäle (Cl- parazellulär) (proximales Kolon)
Wasser folgt in jedem Fall
d) K+ und HCO3- Absorption im Kolon
Luminale H+/K+ ATPase
– primär aktive K+ Absorption &
– primär-aktive H+ Sekretion
Lumen: H+ + HCO3- --> CO2
Zelle: CO2 + OH- --> HCO3e) Cl- und Na+ Sekretion
Lieberkühn-Krypten (Glandulae intestinales):
– Zellteilung: Epithelmauserung
– transzelluläre Cl- und Na+-Sekretion (wie in Azini); cAMP-abhängig
– Paneth-Zellen: Sekretion von Lysozym und diversen Enzymen
f) Pathophysiologie: Durchfall
– Osmotischer Durchfall, z.B.
- Sorbitol --> Fisherman's Friend u.a. :p
- Polyethylenglykol
- Abführmittel (Karlsbader Salz)
- Disaccharase-Mangel (Lactose ≠> Glucose + Galactose; Milch macht dann Durchfall
z.B.)
– Sekretorischer Durchfall (z.B. Choleratoxin; VIP-Tumoren)
Hormone oder Neurotransmitter, Laxantien (Abführmittel), Toxine
wirken auf cAMP
Exkretorische Leberfunktion
Aufbau der Leber
–
–
–
–
zweitgrößtes Organ (nach Haut)
1,2 – 1,5 kg (4-5% des KG)
28% des HZV (in Ruhe)
20% des gesamten O2-Verbrauchs (in Ruhe)
wichtigste Zelltypen:
– Hepatozyten 80%: trennen canaliculäres Lumen (apikal) vom Sinusoid (bzw Disse
Raum, basolateral) --> vektorieller, unidirektioneller Transport von Blut in Galle
– Endothelzellen fenestriert, d.h. Zellen werden im Sinusoid zurückgehalten
– Kupfer-Zellen: Fixierte Makrophagen
– Ito-Zellen: Fettspeicher u. Vitamin A – Speicherung (Transdifferenzierung zu
Myofibroblasten?)
Blutversorgung der Leber:
– Portalvene: 75% der Gesamtdurchblutung
– Leberarterie: 25% der Gesamtdurchblutung
Portaltrankt:
Portale Triade (= portale Venole, Hepat. Arteriole, Gallengängchen)
+ Nerven + Lymphgefäße
Zentralvene
Aufgaben der Leber
– Stoffwechsel-Schaltstelle (Glucose, Acetoacetat, Proteine, Fette,...)
– Entgiftung (Metabolisierung, Inaktivierung, Solubilisierung=in Lösung bringen)
– Filtersystem (Kupffer-Zellen (Makrophagen))
– Exokrine Drüse (Galle, Gallensalze)
– Endokrine Drüse (Angiotensinogen = Vorläufer von Angiotensin)
– Synthese (Proteine z.B. Albumin, Cholesterin)
– Galle (Ausscheidung und Lipidverdauung)
– Aktivierung (T4 nach T3, Vitamin D-Hydroxylierung)
– Exkretion (Galle oder Blut (Niere))
Synthese von Proteinen für den Export:
– Plasmaproteine
– Prohormone
– Apolipoproteine
– Koagulation
– Fibrinolyse
– Bindungsproteine
– Immunabwehr
Hepatozyten
1. Aufnahme
2. Intrazellulärer Transport
3. Verarbeitung
4. Sekretion
Was wird alles ausgeschieden:
– Organische Anionen
–
–
–
–
–
–
–
Organische Kationen
Gallensalze (Steroide)
Bilirubin
Medikamente
Toxine
Kanzerogene
Zytostatika
Bilirubinmetabolismus und -ausscheidung als Beispiel für die exkretorische
Leberfunktion:
– Lebensdauer Erythrozyten ca 120 Tage
– Makrophagen phagozytieren Erythrozyten und bauen Hämoglobin zu Bilirubin ab (Eisen
und Peptide recycled) (Häm -> Biliverdin -> Bilirubin -> Urobilinogen -> Urobilin im Urin)
– Bilirubin zirkuliert an Albumin gebunden im Plasma
– Wieso Bilirubin?
Aufnahme in Hepatozyten:
– OATP-1, Bilitranslokase, elektroneutraler Transporter
– Intrazellulärer Transport (ins ER)
Intrazelluläre Bindungsproteine (iBP)
Cholesterin / Phospholipid- Ratio
– Biotransformation (Hydrophilisierung):
Urindindiphosphat glucorosyl transferase (UGT)
Bilirubinmono- (bzw di-)glucuronid
(also Zuckereinheit wird an Bilirubin gebunden)
– Sekretion in Galle:
MRP2
Unterscheidung: Konjugiertes (direktes) Bilirubin – unkonjugiertes (indirektes) Bilirubin)
Enterohepatischer Kreislauf des Bilirubin:
Resorption in terminalem Ileum und Kolon (15%)
Ausscheidung im Stuhl (85%)
Weitere Entgiftungs- und Kopplungsmechanismen mit Hepatozytenbeteiligung:
– Lysosomale Spaltung (Proteine, Fettsäuren, Kohlenhydrate)
– Biotransformation (RH –Phase 1--> ROH –Phase 2--> ROH – Konjugat --> Weitergabe
in Galle / Blut - Urin)
– Aminosäureabbau
Biotransformation
Phase 1:
– Insertion von Sauerstoffatom, dadurch Erhöhung Polarität
– Oxidation (seltener Reduktion) durch Cytochrom P450 Monooxygenasen
– Bsp: Hydroxylierungen u.a.
Cyt P-450:
– ER
– mehr als 1000 Isoformen (über 50 beim Menschen)
– Substrate: Medikamente, Karzinogene, Gallensalze, Steroide, Fettsäuren
– Andere Formen an Steroidogenese beteiligt (Nebennierenrinde, Testes, Ovar, Placenta
u.a.)
– Eigener Forschungszweig beschäftigt sich mit Cyt P450 bzw deren Polymorphismen
(Wirkung von Medikamenten und Aktivierung von Kanzerogenen)
Phase 2:
– Konjugation, dadurch Steigerung der Hydrophilie!
– 3 Hauptreaktionen: Bindung an Glucuronat, Sulfat, Glutathion
Aminosäuremetabolismus und Harnstoffsynthese:
Abgabe ins Plasma, Ausscheidung in Niere (Hepato-renale Kooperation)
Ikterus
Gelbfärbung von Gewebe und Körperflüssigkeiten (BspBild: Sklera gelb)
Sklerenikterus: 35-45yM
Hautikterus: über 50yM
Physiologischer Bilirubinplasmaspiegel: kleiner 17yM (=1mg/dl)
Ikterus ist eine bei verschiedenen Grundkrankheiten auftretendes Symptom
Gemeinsam ist diesen Krankheiten die Entstehung von Hyperbilirubinämien
Achtung: Karotten- oder Bräunungscrememissbrauch!
Hyperbilirubinämie
prähepatische,
z.B. bei
– Hämolytischen Anämien (Sichelzellenanämie, Toxine, Malaria)
– Transfusionszwischenfälle
intrahepatische,
– gestörte Aufnahme ausBlut (Transportikterus )
– gestörte Bilirubinkonjugation (Konjugationsikterus z.B. Crigler-Najjar-Syndrom)
– gestörte Sekretion
posthepatische
– Abflusshindernis mit Rückstau (Verschlussikterus z.B. Gallensteine, Tumore,
Pankreatitis)
– Hier auch Cholestase (Gallenstau) mit Erhöhrung Plasmakonzentration aller
gallenpflichtigen Substanzen
13.5
ionotrop <--> metabotrop : langsame Prozesse
G-Protein gekoppelte Rezeptoren: 7-transmembran
GABArezeptoren inhibitorisch : -ionophore, -g-protein
venuns-flytrap mechanismus bindet GABA
Rhodopsin Prototyp für G-Protein
Retinis pigmentosa -> Nethautdegeneration
Cannabinoidrezeptoren CB1/2 : die häufigsten im Körper : Bindung von Cannabinol
endogenes Cannabinoid noch nicht endgültig bekannt
G-Protein-Zyklus
Rezeptor aktiviert G-Protein (idR 3 Untereinheiten), GDP wird durch GTP ersetzt
α-Untereinheit mit GTP dissoziiert ab, bindet an spez. Zielprotein und aktiviert dieses
GTP wird intern zu GDP dephosphoryliert, G-Protein löst sich vom Zielprotein, danach
Regeneration
Direkter Signalweg
z.B. Gβγ-Untereinheiten aktivieren den Zielkanal direkt (u.a. in Atriumszellen des Herzens:
Muskarinerger Ach-Rezeptor aktiviert G-Protein, Gα-Untereinheit wird mit GTP beladen,
die Gβγ-Untereinheiten dissoziieren ab und aktivieren K+-Kanal -> Vagusaktion am
Herzen)
Signalkaskaden
via 2nd messenger
die 4 wichtigsten:
cAMP-System
Phosphoinositol-System
Arachidonsäure-System
Biochemie Basiswissen Kap. 17
Vorteile:
– Vervielfachung der Signalstärke
– ganze Zelle, nicht nur kleine Gebiete können aktiviert werden
– divergente Wirkung (Rezeptoren aktivieren mehrere nachgeschaltete Systeme
– konvergente Wirkung (versch. Rezeptoren lösen additiven Effekt auf ein Zielprotein
aus)
Proteinkinasen vs Proteinphosphatasen
Phosphorylierung vs Dephosphorylierung
ATP->ADP vs H2O -> PPi
Prinzip der Transmitterausschüttung an präsynaptischen Membranen
1. Synaptische Vesikel mit Transmitter beladen
2. Einstrom von Ca2+ durch spannungsgeschaltete Ca+-Kanäle
3. Fusion der Vesikelmembran und Ausschüttung in den synaptischen Spalt
4. Vesikelrecycling durch Endozytose
AP Präsynapse -> Ca2+-Einstrom – zentrale Rolle für die Transmitterausschüttung
5 verschiedene Grundtypen von Calciumkanälen
Calciumkanäle an der Endplatte: pro präsynaptischem Ca2+-Kanal ein postsynaptischer
Ach Rezeptor
AP Präsynapse -> 1ms -> AP Postsynapse
Quantenfreisetzung der Transmitter
1. Neurotransmitter wird in Portionen (Quanten ) freigesetzt
2. Wahrscheinlichkeit der Quantenausschüttung errechnet sich nach der
Binomialverteilung (Quantenanalyse)
3. Entstehung spontaner Miniaturendplattenpotentiale (MEPPs, ugs.: Minis)
Quanten entstehen durch Entleerung eines einzigen Vesikels
Exozytose an der Präsynapse
Untersuchung: Gefriebruchtechnik wird auf Membran angewandt, danach Membranbruch
entlang der hydrophoben Innenseite der Lipiddoppelschicht
„Abdrücke“ von Vesikeln erkennbar (im EM), ganz selten erwischt man ein Vesikel beim
Fusionieren, aber damit ist es dann bewiesen
Fusionszyklus synaptischer Vesikel
total kompliziert, bis heute nicht so recht kapiert....
Proteine auf Membranen, die sich gegenseitig erkennen: SNARE-Proteine (v-Snare
(vesicle) und t-SNARE (target membrane)), die finden sich, Interaktionsstellen, ziehen sich
dann zueinander.
Die beteiligten Proteine heißen immer irgendwas mit Synap...
Trigger für Fusion: Ca2+
Tetanustoxin blockiert Synaptotagmin, verhindert Fusion
Botulinus-Toxin: verschiedene Proteine des synaptischen Apparates, stärkstes bekanntes
Gift
Gift der Schwarzen Witwe α-Latrotoxin verhindert Transmitterausschüttung
Elektrotonische Potentialausbreitung im Neuron
Elektrotonische Potentialausbreitung ist für die Integration der neuronalen Regionen und
ihrer Funktion fundamental. Die Effektivität einer Synapse, ein AP zu generieren, hängt
davon ab wie weit sie von der AP-Initiationszone entfernt ist.
Rezeption -> Integration -> Intrinsisch -> AP-Kodierung -> Ausgangsfunktion
Wie wird aus vielen synaptischen Eingängen eine Ausgangsfunktion generiert?
Im ZNS entstehen EPSPs durch Summation, der einfachsten Form synaptischer
Integration
ein präsynaptisches AP triggert ein kleines EPSP
Räumliche Summation oder zeitliche Summation führt zu einem größeren Potential.
Wird bestimmte Schwelle überschritten wird ein AP generiert.
Dendritische Kabeleigenschaften sorgen für Exponentiellen Signalabfall (Dendritische
Längskonstante λ, Dendritendurchmesser und Membrankapazität beeinflussen
Längskonstante.
Hoher Membranwiderstand, lange Zeitkonstante (langsame Membrandepolarisierung)
aber große zeitliche Summation bei hohem Widerstand
Inhibition durch Leckströme: inhibitorische Synapse frisst Potential: shunting-inhibition
14.5.
präsynptische Hemmung: Hemmung auf den Bouton des ausführenden Axons z.B.
Potentialsenkung – weniger Transmitterausschüttung
präsynpatische Bahnung: Ansetzen eines zusätzlichen Axons am Bouton – Verstärkung
des Potentials - mehr Transmitterausschüttung
Errgende axonaxonale Synapse: trotz erregneden Neurons inhibitorisch – durch zu große
Verengung (Schwelle wird nicht überschritten)
Hyperekplexia und Spastik
Dysfunktion inhibitorischer Glycin Rezeptoren
Sehen
Licht-elektromagnetische Strahlung
Wellenlänge
Interaktionen mit Umgebung: Reflexion, Absorption, Brechung
Anatomie des Auges...
...
Augenhintergrund
Retinis pigmentosa: Degeneration der Netzhaut -> Tunnelblick
Lichtbrechung durch Kornea und Linse
Dkornea=42dpt
fKornea=2,4cm
Dlinse = 12 dpt
Dtotal = 58,6 dpt (ftotal=1,7 cm)
Akkomodation
Brechungsänderung der Linse durch Linsenanpassung über M ciliaris und Membrana
elastica interna
Akkomodationsbreite Dnah-Dfern (Jugend: 15 dpt = 6,7 cm ; Alter: 0,5 dpt = 2m)
Fehlsichtigkeit und Korrektur
Normalsichtigkeit: Emmetropie
Refraktionsanomalien (pathologische Veränderungen des brechenden Systems des
Auges)
– Hyperopie: Fernakkomodation: unscharfes Bild, Nahakkomodation: scharfes Bild für
ferne, unscharfes für nahe Gegenstände. Fernakkomodation mit + Brille: scharfes Bild
für ferne Gegenstände, Nahakkomodation mit + Brille: scharfes Bild für nahe
Gegenstände
– Myopie: Fernakkomodation: unscharfes Bild, Mittelstellung: scharfes Bild für nahe
Gegenstände, Mittelstellung mit – Brille: scharfes Bild für ferne Gegenstände,
Nahakkomodation mit – Brille: scharfes Bild für nahe Gegenstände
– Astigmatismus (Stabsichtigkeit): Korneaoberfläche ist nicht ideal rotationssymmetrisch
gekrümmt, zwischen den beiden Brennpunkten wird ein Punkt als Ellipse abgebildet;
physiologischer, regulärer, schiefer, irregulärer Astigmatismus; Korrektur z.B. durch
Kontaktlinsen
kompliziertere korrigierende Methoden: Radiale Keratotomie, Photorefraktive Kertektomie
(PRK), Laser-in-situ-Keratomileusis (LASIK)
Häufige Erkrankungen des abbildenden Apparates
Strabismus (schielen), Katarakt (grauer Star), Glaukom (Grüner Star)
Gesichtsfeld und Sehschärfe, Sehwinkel
u.a. Visus: Schärfe an Stelle des schärfsten Sehens (Fovea)
Visus = 1/α (Winkelminuten-1)
Bestimmung mit Landolt-Ringen
Netzhautanatomie/histologie
Pigmentepithel, Photorezeptoren, Horizontalzellen, Bipolarzellen, Amakrine Zellen,
Ganglienzellen
Verteilung von Photorezeptoren
Zapfen v.a. zentral, Stäbchen nicht in Fovea, nach aussen viel langsamer abnehmend
Verschaltung: zentral fast 1:1, peripher viele Photorezeptoren auf eine Ganglienzelle
(Sehschärfe nimmt nach aussen ab, Lichtsensitivität dafür zu)
Duplex Retina (eigentlich haben wir „zwei Netzhäute“, 2 unterschiedliche Systeme,
skotopischer und photopischer Anteil)
Foveagrube: keine Bipolar- und Ganglienzellen , die sind zur Seite verlagert
Phototransduktionskaskade
Photorezeptoren hyperpolarisieren auf Lichtreize
Na+-Einstrom bei Dunkelheit, der bei Lichteinfall erlischt
Dunkelheit:
cGMP bindet an Na+-Kanäle, diese sind offen
Lichtreiz:
Rhodopsinzyklus
gebundener Ligand: 11-cis-Retinal, Licht -> all-trans-Retinal, Konformationsänderung des
ganzen Proteins, Aktivierung des Transducins.
Transducin (G-Protein) wird aktiviert, die a-Untereinheit aktiviert Enzym
(Phosphodiesterase) macht aus GdP cGMP, verursacht Abdissoziation des cGMP, Na+Kanal wird gestoppt, Hyperpolarisation
Farbensehen
Drei Zapfentypen, unterschiedliche Spektralsensitivität
additive Farbmischung (trichromatische Theorie von Young-Helmholtz)
Farbanomalien und Farbblindheit/-anopie (rot-grün-Blindheit x-chromosomal rezessiv)
Signalweg Photorezeptor -> Bipolarzelle
Rezeptive Felder mit antagonistischer Zenturms-Umfeld-Organisation
Bipolarzellen erhalten Eingang von Photorezeptoren und Horizontalzellen
(direkter / indirekter Weg)
Horizontalzellen hemmen also das Umfeld
Ganglienzelle registriert eigentlich nicht ob Raum ganz hell oder ganz dunkel ist, sondern
sie reagiert auf relative Unterschiede, Kontraste
18.5.
Somatosensorik
Propriorezeptoren
Dehnungsrezeptoren der Muskeln
1a- Afferenzen: Muskelspindel: Intrafusale Fasern aktivieren α Motoneurone, diese die γ
Motoneurone
1b- Afferenzen: Golgi-Sehnenorgan, in Serien in Muskelsehnen verschaltet, sollen
Muskeln vor zu starker Kontraktion schützen
Oberflächensensibilität
Somatosensorische Rezeptoren in der Haut
Spezialisierte Endorgane für verschiedene Sinnesmodalitäten
– Freie Nervenendigungen
– Merkel-Scheibe (verdickte Endknöpfchen)
– Meissner-Korpuskel
– Pacini Körperchen (zwiebelschalenartige Verdickungen um Nervenendigungen)
– Haarfollikelrezeptoren
Lage in der Haut unterschiedlich tief, ebenso rezeptive Feldgröße (Meissner, Merkel sehr
klein) und phasisches Verhalten
2 Punkt-Diskriminierung zur Messung der Größe rezeptiver Felder
Sensorischer Rezeptor -> Spinalnerv -> Hinterwurzelganglion -> Hinterwurzel ->
Verschaltung auf Efferenzen
Achtung: Buchwerte für Leitungsgeschwindigkeit der Nerven idR zu hoch angesetzt, da an
Katzen gemessen..
Segmentale Innervation des Rückenmarks (Dermatome) (-> Herpes zoster)
Weg der mechanosensitiven Aβ-Fasern: über Hinterhorn ipsilateral
(Hinterstrangprojektion) zu den zuständigen Bereichen des Gehirns
Weg der nozizeptiven C-Fasern: Hinterwurzel, kontralaterale Verschaltung über
Spinothalamischen Trakt in Lissauer Zone
Protopathische Sensibilität – Vorderseitenstrangbahn
Schmerz, Thermorezeption
Medulla der Pons -> Thalamus (synaptische Umschaltung) -> s1 Region (primärer
somatosensorischer Kortex (Gyrus postcentralis)
Epikritische Sensibilität – Hinterstrangbahn
Mechanorezeptoren
Verschaltung auf kontralaterale Seite in der Pons -> Thalamus -> s1 Region
Somatosensorik des Kopfes – Trigeminus
Umschaltung in Medulla – Thalamus – parietaler bereich der s1 Region
Somatosensorische Gebiete im Kortex
primärer somatosensorischer Kortex s1 hinter Sulcus centralis
lateral davon sekundärer somatosensorischer Kortex s2
dahinter hinterer parietaler Kortex (areas 5,7)
Funktionelle Säulen im somatosensorischen Kortex
langsam adaptierende neuronen wechseln sich mit schnelladaptierenden Neuronen ab
Somatosensorische Karte der Körperfläche auf dem primären sensorischen Kortex
bestimmte Bereiche (z.B. Lippen, Zunge) wesentlich stärkere Repräsentation als andere )
z.B. Ellbogen). Determinierte Bereiche können sich im Laufe des Lebens (z.B. bei
Lähmungen oder verstärkter Benutzung eines Bereichs) größenverschieben
Schädigungen des somatosensorischen Kortex
– Agnosia: Unfähigkeit, Objekte trotz normaler sensorischer Fähigkeiten zu fühlen
(Asterognosia)
– Neglect syndrom : Ein Teil des Körpers oder der Umwelt wird ignoriert oder verneint
Funktionelle Komponenten des Schmerzes
Zur Schmerzempfindung tragen sensorische, affektive, vegetative und motorische
Komponenten bei, die nur in loser Beziehung zueinander stehen
Schmerzempfindung
– Noxischer Reiz – direkt oder indirekt --> Nozizeptoren (Periphere Sensibilisierung)
– Aufnahme und Weiterleitung und Verarbeitung noxischer Signale (Zentrale
Sensibilisierung)
– Schmerzkomponenten:
sensorisch-diskriminative
affektive (emotionale)
motorische
vegetative (autonome)
– Schmerzbewertung (kognitive Komponente) (beeinflusst vom Schmerzgedächtnis)
– Schmerzäußerung (psychomotorische Komponente)
bei der kognitiven Schmerzbewertung wird der aktuelle Schmerz mit den Schmerzen der
Vergangenheit verglichen
Adaption und Sensibilisierung
Schmerzmessung (Algesimetrie)
Schmerzschwelle
Schmerzintensivität
Schmerztoleranzschwelle
subjektiv findet keine Adaption der Schmerzempfindung statt
Empfindlichkeit der Nozizeptoren steigt mit der Zeit an (Sensibilisierung)
Schmerz – ungeliebtes Warnsystem
Warum erzeugt unser Gehirn die unangenehme Empfindung Schmerz ?
–
–
Signal- und Warnfunmktion zur Wiederherstellung der Unversehrtheit des Körpers
Akut -> Chronisch -> Pathologisch, Psychogen
Hypoalgesie/Analgesie/Anästhesie
Verringerte/keine Empfindlichkeit auf noxische Reize
Hyperalgesie/Hyperästhesie
verstärkte Empfindlichkeit auf noxische Reize (Sensibilisierung nozizeptiver Afferenzen
und zentraler nozizeptiver Neurone) bzw. verstärkte Berührungssensitivität
Allodynie
Schmerzauslösung durch einen nichtnoxischen Reiz bei Verletzungen und Entzündungen
(Berühren der Haut bei Sonnenbrand)
Schmerzqualitäten
Die Modalität Schmerz umfasst somatischen und viszeralen Schmerz
Schmerz – somatisch oder viszeral
somatisch: Oberflächenschmerz (1. Schmerz), Tiefenschmerz (2. Schmerz)
viszeral: Eingeweideschmerz (zentraler Schmerz)
Primärafferenzen des nozizeptiven Systems
Beim Oberflächenschmerz wird
der 1. Schmerz von schnelleren Aδ-Fasern (stechend, schnell, hell)
der 2. Schmerz von langsamen C-Fasern vermittelt (langsam, dumpf)
Ultrastruktur der Nozizeptoren
Nervenfasernendigungen der Aδ und C-Fasern bilden in regelmäßigen Abständen
perlschnurartige Verdickungen aus, die die Transdunktionsareale der Nozizeptoren
darstellen
Transduktion von Schmerzreizen
– Gewebsdehnung, -stress : Mechanorezeptoren
– Gewebsverletzung: Chemische Nozizeptoren
– „schlafende Nozizeptoren
– Scharfe Gewürze : Chemische Nozizeptoren ?
– Verbrennung, Verbrühung : Nozizeptive Hitzezeptoren
– Säure, Laktatübersäurerung : H+ sensitive Nozizeptoren
– Tierische Gifte : Histaminrezeptoren
Nozizeptoren
Nozizeptoren müssen verschiedene physikalische und chemische Reizmodalitäten
erkennen z.B. Photonen (Sehen), Duftstoffe (Geruch), Hitze/Kälte/mechanischer Stress
u.a. (Schmerz)
„Scharf“ ist keine Geschmacksqualität
sondern eine Sinneswahrnehmung, die Hitze und Schmerz vereint
Afferenzen von Geschmackssinneszellen reagieren nicht auf Capsaicin
aber manche Hinterwurzel- und Trigeminusneurone sind Capsaicin-sensitiv
Capsaicin K.O. Mäuse : VR1-/- Mäuse sind insensitiv gegenüber Vanilloidsubstanzen,
Protonen und (moderate) Hitze, aber nicht mechanischen Noxen
Kandidaten für die Detektion von Noxen
– TTX-resistente Natriumkanäle
PGE2
– „Acid-sensing Ion Channels“ (ASIC)
Säure
– ATP-aktivierte Kationenkanäle (P2X3)
ATP, Mech. Reize
– Capsaicin-Rezeptoren (VR1, TRP)
Chili, Säure, Hitze
– Tandem-Poren K+ Kaliumkanäle (TASK)
Mechanische Reize, Wärme, Säure
Sensibilisierung
Erste Form der körpereigenen Schmerzkontrolle
Verletzte oder entzündete Gewebe sind überempfindlich (hyperalgetisch, hypersensibel)
Substanz P wird von den Nozizeptoren selbst produziert
Regulation der Schmerzwahrnehmung
Afferente Regulation : Schmerztheorie nach Melzack und Wall
starke Beeinflussung durch zeitgleiche Mechanorezeption
Efferente Regulation: Absteigende Bahnen z.B. aus dem PAG (Periaquäduktales Grau)
aktiviert Raphé Kerne im Pons: Endorphinausschüttung, Wirkung auf Interneuron im
Hinterhorn, negative Beeinflussung der Schmerzperzeption
Projizierter Schmerz: Erregung der Afferenzen wird in das Versorgunggebiet projiziert
Phantomschmerz ( besondere Form projiz. Schm.) Abgetrennte Gliedmaße, da noch
betreffende Cortexregion existiert Schmerzempfindung in fiktiver Gliedmaße möglich
Neuralgischer Schmerz: Projizierte Schmerzen durch fortgesetzte Reizung oder
Verletzung eines Nerven/Hinterwurzel
Übertragener Schmerz: Noxischer Reizung der Eingeweide wird als Schmerz im
Versorgungsgebiet interpretiert (Dermatom, Head Zonen)
Schmerztherapie
Noxe -> Reaktionskette -> Nozizeptor -> Afferente Aδ und C-Fasern -> Rückenmark ->
Supraspinales ZNS
Unterschiedliche Wirkstoffe, unterschiedlicher Wirkort:
– ZNS: Endogene Agonisten: Opioide, nicht-oploide Analgetika, Psychopharmaka
– Axone: Symptomale Therapie: Leitungsanästhetika
– Haut ua.: Kausale Therapie: Oberflächenanästhetika, nicht opioide Analgetika, Opioide
nicht nur Pharmakologisch, auch Physikalisch und Neurologisch kann eingegriffen
werden, z.B. Vereisung
25.5.
Gehör und Schall
Schall- Schwingungen von Luftmolekülen, die sich Wellenförmig ausbreiten
Amplitude = Schalldruck (stärker oder schwächer als atmosphärischer Luftdruck)
<--> Schwingungsrichtung der Moleküle
--> Ausbreitungsrichtung der Schallwelle
Frequenz = Tonhöhe
Schalldruck: [N/m²] = [Pa]
Ohr kann 1 Mio-fache Druckunterschiede wahrnehmen
Schalldruckpegel (SPL = sound pressure level): 20 log Px/Po [dB] (dB eigentlich keine
physikalische Einheit)
Bezugsschalldruck Po = 2x10-5 N/m² (entspricht 0 dB)
100 dB -> Verhunderttausendfachung des Schalldrucks
Frequenzbereich Mensch ca. 16Hz – 16.000Hz
darunter: Infraschall, darüber: Ultraschall
Hauptsprachbereich zw. 250-4000Hz, ~60dB
Hörschwelle ist Frequenzabhängig, am sensibelsten zw. 1000 und 4000 Hz
Lautstärkepegel [Phon] (physiologische Größe, Bezug zur Ohrempfindung), bei 1kHz
Phon = SPL
dB HV (Hörverlust)
Schallleitung im Außen- und Mittelohr:
Trommelfell – Hammer – Amboß – Steigbügel – ovales Fenster
P = F/A
Druck = Kraft pro Fläche
Impendanzanpassung im Mittelohr: Flächenverkleinerung -> Druckvergrößerung, da für
Flüssigkeitschwingungen (Innenohr) wesentlich höherer Druck möglich ist
M. tensor tympani, M. Stapedius
Funktionen:
– Adaption an kontinuierliche Reize hoher Intensität
– Schutz (kein Schutz vor plötzlichen Schallreizen (50-100ms Verzögerung)
– Unterdrückung der eigenen Sprache
Innenohr
Schallreizwandlung in neuronale Erregung in der Cochlea:
Scala vestibuli (oben, Perilymphe), Reissner-Membran, Scala media (mitte, Endolymphe),
Basilarmembran (daran Corti-Organ, auf diesem Tektorialmembran), Scala tympani
(unten, Perilymphe)
im Corti-Organ liegen Haarsinneszellen, 1 Reihe innere und 3 Reihe äußere, getrennt
durch Retikularplatte. Stereovilli (Aktingefüllt, deswegen Villi) an Haarsinneszellenspitze
ragen in Endolymphe hinein, einzelne Stereovilli sind durch Tip Links verbunden.
Glutamat leitet Erregung synaptisch weiter.
Innere Haarsinneszellen stark afferent innerviert, äußere stärker efferent!, über ACh
Beeinflussung der Aktivität.
Perilymphe: hohe Na+ Konzentration, Endolymphe: hohe K+ Konzentration
Stria vascularis an Cochleawand der scala media, pumpt permanent K+ in die
Endolymphe (im Ggs zum Corti-Organ gut durchblutet)
Potentialdifferenz zw. Perilympe und Endolymphe +85mV: endocochleäres Potential
Potentialdifferenz zw. Perilymphe und Haarsinneszellen -70mV
Δ155mV Differenz zw. Endolymphe und Haarsinneszellen!
Basilarmembran an Basis schmal und steif, an Apex weich, weit -> Unterscheidung in
Frequenz der Maximalamplitude.
Absicherung der Stereovilli: Tektorialmembran
bei Schwingung schwingt Basilarmembran anders als Tektorialmembran, Stereovilli
werden ausgelenkt, Tip Link wird aktiviert, Depolarisation durch Kationeneinstrom (K+Einstrom! Ausnahme – elektrischer Gradient -155mV überwiegt chemischen K+Gradienten), Transmitterfreisetzung über Ca2+.
Vorteil K+-Einstrom: Repolarisation über passiven K+-Ausstrom
K+ hat richtigen Recycling-Kreislauf:
basolateraler passiver Austritt, über elektrisch verknüpfte Fibrozyten zur Stria vascularis,
von dort zurück in Endolymphe
Rezeptorpotential (mV) abhängig von Auslenkung der Villi (nm), Aufgrund leichter
Grundauslenkung optimale Erregbarkeit (mV) b
ei kleiner Auslenkung
Hörschwelle: 0,3 nm Auslenkung (0,003°)
Stereozilium ø 500 nm
Ab gewisser Frequenz: Gleichspannungskomponente (da Repolarisation nicht mehr
schnell genug)
95% Afferenzen von inneren Haarsinneszellen, 5% äußere
Cochleärer Verstärker: passive Auslenkung wird verstärkt durch äußere Haarsinneszellen,
sie kontrahieren sich, Motorprotein Prestin, gesteuert durch Cl--Ionen
äußere Haarsinneszellen: irreversible Zerstörung bei Knalleffekten, Disco u.a. ->
cochleärer Verstärker geht in den Arsch
Schallqualität
Kodierung
Unterscheidungsvermögen
Frequenz
- Tonotopie
- Periodizitätsanalyse (APVerknüpfung/
phasengekoppelte APAuslösung) ≤5kHz
~0,3% (z.B. 1000Hz <-> 1003
Hz)
Intensität
- AP-Frequenz
≥1dB (bei 40 dB)
- Rekrutierung weiterer HSZ
(Verlust an
Frequenzselektivität)
Richtung
Stationen der Hörbahn:
Nuc. Cochlearis, Obere Olvie, Lemniscus lateralis, Colliculus inferior, CGM, Auditorischer
Kortex
interauraler Zeitunterschied, dB-Unterschied
Phonotopie wird bis in den primären auditorischen Kortex beibehalten
27.5.
Geschmack
Geschmacksqualitä Chemische Struktur
ten
Subjektive
Empfindung
Schwelle Rezeptoren
Salzig
Na+ Cl-
Geringe Konz: + 10-2M
Hohe Konz: -
Wird
diskutiert
Sauer
H+
Geringe Konz: + 10-3M
Hohe Konz: -
Wird
diskutiert
Süß
Zucker (einige
Aminosäuren)
Immer ++
10-1-10-2M Gproteingekoppelt
Umami (Köstlich)
L-Glu
Immer ++
Gproteingekoppelt
Bitter
Pflanzl. Stoffe
(Nikotin, Chinin)
Immer --
10-3-10-6M Gproteingekoppelt
Bewertung eines Geschmacks ist abhängig von der Konzentration des
Geschmacksstoffes (nur süß eigentlich immer angenehm)
Absolutschwellen der Geschmacksstoffe unterscheiden sich (süße Stoffe benötigen idR
höhere Konz als bittere u.a.)
Im Laufe des Alters nimmt die Geschmacksempfindlichkeit wahr
Geschmacksempfindung adaptiert schnell und vollständig
Geschmackssinneszellen sind Sek. Sinneszellen (Lebensdauer ~10 Tage)
Afferenz mit Glutamat, apikale Villi mit Rezeptoren, Tight junctions
Organisation in Geschmacksknospen, diese enthalten 10-50 Sinneszellen, Stütz- und
Basalzellen, auf Zunge 3000-5000 Knospen
Innervation: mehrere Afferenzen pro Sinneszelle, jede Afferenz Kontakt zu mehreren
Sinneszellen
Geschmackspapillen: Pilzpapillen (papillae fungiformes, vorne, 200-400), Blattpapillen (pp
foliatae, seitlich mitte, 15-20), Wallpapillen (pp vallatae, hinten, 7-12)
7-Transmembrandomänenrezeptoren: T1Rs (3 versch.), T2Rs (30 versch.) (Taste
Receptors), unterschiedlich häufig in Papillen, Koexpression von T1R1/T1R3 (süß) und
T1R2/T1R3 (nur L-Glu!)
Geschmacksnervenfasern sind meist Generalisten
Die Aktivierung von Rezeptoren für Süß, Umami und Bitter konvergiert einheitlich auf PLC
und TRPM5 (in Lehrbüchern überall komplizierter... und verschieden...)
Afferente Bahn: über N. Solitarius, Thalamus, Primäre Geschmacksrinde
Migräne- Aspekte einer Schmerzwahrnehmung
Prävalenz der Migräne bei Frauen wesentlich häufiger als bei Männern, v.a. Im Bereich der Wechseljahre.
Migränekopfschmerz nur 1 von 160 klassifizierten Kopfschmerzerkrankungen
Fast jeder kennt Kopfschmerz, 78% episodischer Spannungskopfschmerz, aber ~10% auch Migräne mindestens 1x pro Jahr
Phasen der Migräne
Prodromalphase (0-48h) Auraphase (0-2h) Kopfschmerzphase (4-72h) Schlafphase (~24h)
Migräne hat Anfallcharakter, Schmerzerkrankung mit vielen Begleitsymptomen, untypisch im Vergleich mit anderen Schmerzen
Migränekopfschmerzen meistens einseitig lokalisiert, pulsierender Charakter
3.6.
Ernährung, Funktion des Magen-Darm-Trakts (MDT)
a) Lipoproteine
Chylomikronen (die mit der kleinsten Dichte) (80-500nm Ø) (v.a. Triacylglycerine)
VLDL (very low density lipoproteins) (weniger Triacylglycerine, mehr Cholesterinanteile)
LDL (primär Cholesterintransporter)
HDL (v.a. Proteine) (10 nm Ø)
Lipoproteine bestehen aus: Phospholipid-Monoschicht, Apolipoproteinen, getragene
Substanzen: Triacylglycerinen, Cholesterine, Proteine u.a.
Apolipoproteine dienen als
– Strukturelemente
– Liganden zur Ankoppelung an Rezeptoren
– Aktivatoren von Enzymen
b) Triacylglycerintransport Darm -> Peripherie I
– Triacylglycerin-Resynthese in Mukosazellen
– Chylomikronenbildung (86% Triacylglycerine) und -aufnahme in die Lymphe (-> trübes
Plasma)
–
–
–
Apolipoprotein ApoCII aktiviert Lipoproteinlipase, LPL (insulin stimuliert) in Kapillaren,
v.a. Von Fett und Muskel
freie Fettsäuren (FFS)
Binduung an Albumin
Aufnahme in Fettzellen (Speicher)
Aufnahme in Muskel (Oxidation)
Fett-Entsspeicherung:
Adrenalin, Glucagon und Cortisol fordern, Insulin hemmt
Reste (Remnantes ) gehen zur Leber und docken dort mit ApoE an
c) Triacylglycerintransport Leber -> Peripherie
– Leber expotiert TG (Triacylglyceride) in VLDL (enthalten 65% Triacylglyceride)
– Apolipoproteine (Apo) CII aktiviert Lipoproteinlipase (LPL) in Kapillaren, v.a. Von Fett
und Muskel
– Freie Fettsäuren FFS:
Binduung an Albumin
Aufnahme in Fettzellen (Speicher)
Aufnahme in Muskel (Oxidation)
– VLDL – Reste (Remnants)= IDL:
50% zur Leber zurück (ApoE als Ligand) -> Neubeladung (VLDL)
50% Kontakt mit hepatischer Lipase: LDL-Entstehung
d) Cholesterintransport, Hypercholetserinämie
– LDL enthält ca 50% Cholesterin + Cholesterin-Ester
– Cholesterin gelangt mit LDL
a) zur Leber (ApoB100 als Ligand, LDL-Rezeptor)
b) zu periphere Geweben : (auch LDL-Rezeptor)
– Chol-Aufnahme in die Zelle hemmt Chol-Synthese
– hohes Chol in der Zelle -> Chol-Ester-Bildung (Speicher)
LDL-Rezeptor-Defekt: LDL ↑, u geht an Scavenger Rezeptor -> Chol-Einlagerung in
Gefäße (arteriosklerose), Haut (Xanthome), Makrophagen
e) HDL-Funktion I
– HDL-Rezeptor in Leber u endokrinen Drüsen
– HDL transportiert Cholesterin aus dem Darm und überflüssiges Cholesterin aus der
Peripherie (holt es sozusagen da ab, wo es resorbiert wurde / nicht gebraucht wird)
a) zur Leber (Ausscheidung)
b) zu extrahepatischen Verbrauchern (z.B. Hormondrüsen): Verteilerfunktion der HDL
kurz: Chol-Abholung, -Verteilung und – Ausscheidung
HDL-Funktion II
– ApoAI am HDL aktiviert LCAT im Plasma, die aus Lecithin + Cholesterin -> Lysolecithin
+ Chol-Ester macht
-> Auffüllung der HDL (im Inneren ) mit Chol-Estern) Lysolecithin -> Plasma)
-> dies macht Platz auf der HDL-Oberfläche für weiteres Cholesterin
HDL-Funktion III
– ApoE an HDL1 verdrängt LDL von extrahepatischen LDL-Rezeptoren (Chol-Einlagerung
↓ („gutes“ Lipoprotein)
Verdauung von Kohlenhydraten und Proteinen
a) Struktur der Kohlenhydrate
Monosaccharide über Esterbindungen verknüpft
b) KH-Verdauung und -absorption
der Darm kann nur Monosaccharide absorbieren!
α-Amylase aus Speichel spaltet Polysaccharide, ebenso α-Amylase aus Pankreas, im
Dünndarm dann Maltase, Lactase und Saccharase die unterschiedlichen MonosaccharidArten. Produkte: Glucose/Galactose und Fructose (werden ins Pfortaderblut abgegeben,
erleichterte Diffusion)
c) Malabsorption von KH
– schlecht absorbierbare KH (z.B Sorbitol, Fructose u.a.) (Folge: osmotischer Durchfall,
Flatulenz=Blähungen)
– KH-Verdauung oder -absorption gestört (z.B. Disaccharidase-Mangel oder
Carrierdefekte) (Folge: sekretorischer Durchfall, Flatulenz)
d) Primärstruktur der Proteine
Aminosäurenkette, Peptidbindungen, blabla
e) Protein-Verdauung und -absorption
Pepsine im Magen, aus Pankreas Carboxypeptidasen, Trypsin, Chymotrypsin, Elastase;
aus Ileum Amino- und Dipeptidasen
Aktivierung der Pepsinogene zu Pepsinen durch HCl, die spalten Proteine zu
Polypeptiden, diese werden über Carboxypeptidasen und Trypsin/Chymotrypsin/Elastase
zu Tri- und Dipeptiden gespalten, Amino- und Dipeptidasen zerkleinern zu AS, Hydrolyse
ebenfalls (dabei Durchschleusung durch Darmwand über Na+-Symport bzw. H+-Symport
bei Hydrolyse)
f) Pathophysiologie der Protein-Verdauung und -absorption
Nach Magenresektion fehlen die Pepsine...
Absorption von Eisen und Vitamin B12
a) Eisenaufnahme und -bilanz
normale Fe-Aufnahme: ♀10-20 mg/d, ♂5-10 mg/d
Fe-Absorption: 3-15% der Fe-Aufnahme
nichtabsorbiertes Fe im Stuhl: normal 85-97% der Aufnahme
Ort der Fe-Absorption: v.a. im Duodenum
b) Eisenabsorption
- als Häm-FeII
- Fe2+-H+-Symport (DMT1 = DCT1)
- FeIII als solche nicht absorbierbar -> muss zuvor von Ferrireduktase zu Fe2+ reduziert
werden (im Lumen des Bürstensaum)
- Fe-Aufnahme durch mukosales Ferritin geregelt: Bei Fe-Mangel bindet die zytosolische
Aconiatse an Ferritin-mRNA -> Ferritin ↓
c) Eisenspeicher und -recycling
Erythrocyten, Hb und Häm-Recycling
Transport von Eisen im Blut über Transferrin
Fe-Speicher in der Leber über Hämosiderin
Makrophagen in Milz, Leber und Knochenmark extravasal zerlegen Fe-haltige Stoffe,
Neusynthese im Knochenmark
d) Cobalamin-(Vit B12)- Absorption und -Transport
Cobalamin in der Nahrung: 5-15 μg/d (min 1-5)
aus Speichel: R-Protein
aus Magen: intrinsic Factor
Trypsin aus Pankreas macht R-Protein wieder kaputt, IF bindet Cobalamin im Ileum,
Aufnahme: bindet an Rezeptor in Wand des terminalen Ileums, über TC I, TC II, TC III im
Plasma Speicherung im Plasma (TC I), in der Leber (3-5 g!) (TC III) und Ausscheidung,
Übergang in den Zellstoffwechsel (TC II)
e) Anämien
Stammzelle -> erythrocytäre Vorläuferzelle -> Proerythroblast -> Erythroblast -> Erythrocyt
-> Hämolyse
Differenzierungsdefekt, Virusinfekt, Autoimmunreaktion, Niereninsuffizienz, Gendefekt,
Folsäuremangel, B12-Mangel, Eisenmangel, Globinsynthese defekt, Hämsynthese defekt,
Erythrozyten (Defekte, Schädigung, Parasiten), chronische Blutung
4.6.
Hormone
a) Wozu Hormone?
- eines der 3 Kommunikationssysteme des Körpers:
Hormon- (endokrines) System
(endo- , para- , autokrin)
Immunsystem
Nervensystem
- Steuerung langfristiger Prozesse
Reproduktion, Wachstum, lebenswichtige Regelung der Homöostase (Wasser-,
Elektrolyt-, Energiehaushalt)
b) Wo werden Hormone gebildet ?
- diffuses endokrines System (fast überall im Gehirn)
Hypothalamus, C-Zellen der Schilddrüse, Thymus, Herzvorhof, Niere, Gastrointestinaltrakt
- endokrines System (klass. Hormondrüsen)
Adenohypophyse, Schilddrüse, Nebenschilddrüse (Follikelzellen), Nebenniere,
Pankreasinseln, Ovar/Hoden
- Mediatoren (Gewebshormone)
Eicosanoide (Prostaglandine, Thromboxane, u.a.), Bradykinin, Histamin, Serotonin
c) Hormontypen
1. Peptid- und Glykoproteinhormone
DNA -> mRNA-Vorläufer -> mRNA -> Präprohormon -> Prohormon -> Hormon -> Hormon
und gesamter Inhalt der Sekretgranula
Genexpression -> Vorrat in Sekretgranula -> exozytotische Freisetzung ->
Membranrezeptoren -> Second messenger
2. Steroidhormone inkl. Calcitriol
- kein Hormon-Vorrat in der Zelle, sonder Vorrat an Vorläufersubstanz (Cholesterin,
Pregenolon)
- enzymatische Bildung -> Sekretion
- Transport im Blut: v.a. an Plasmaproteine gebunden
- z.T. enzymatische „Aktivierung“ in der Zielzelle
- zytoplasmatische o. nukleäre Rezeptoren
3. Tyrosinderivate
a) hydrophil: Catecholamine (Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin);
- enzymatische Bildung aus Vorläufersubstanz:
L-Tyrosin -> L-DOPA -> Dopamin -> Noradrenalin -> Adrenalin
- Vorrat in Sekretgranula -> exozytotische Freisetzung;
- Membranrezeptoren, second messenger
b) lipophil: Schilddrüsenhormone (siehe nächste Woche)
Weg der Hormone: Synthese -> Transport im Blut -> Wirkung in der Zielzelle -> Abbau
1. Peptid- und Glykoproteinhormone: wirkung über 2nd messenge
2. Steroid- u. Schilddrüsenhormone: benötigen wegen Hydrophobizität Transportproteine,
wirken an DNA / Transkriptionsfaktoren
Wirkung auf die Zielzelle:
- Membranrezeptor -> Gs-Protein (stimulierend) -> Adenylatcyclase ↑ -> cAMP ↑ ->
Proteinkinase A ↓
z.B. ACTH, Adrenalin (β) Noradrenalin (β), Histamin (H2), Secretin,....
- Membranrezeptor -> GI-Protein (inhibierend) -> Adenylatcyclase ↓ -> cAMP ↓ ->
Proteinkinase ↑ z.B. Acetylcholin (M2, M4), Adrenalin (α2) , Noradrenalin (α2)
- Membranrezeptor -> Gq-Protein -> Phospholipase C -> IP3 ->-> [Ca2+]i ↑
-> DAG -> Eicosanoide u.a.
z.B. Acetylcholin (M1,M3), Adrenalin (α1) , Noradrenalin (α1), CCK, Gastrin
- enzymgekoppelte Membranrezeptoren -> Dimerisierung -> Autophosphorylierung ...
z.B. EGF (epithelial growth factor ), Insulin
- zytoplasmatische Rezeptoren -> Translokation in Kern -> Transkription ↑,↓
- Steroidhormone: nukleäre Rezeptoren -> Transkription ↑,↓
Schilddrüsenhormone
d) Regelung
Regelkreis mit negativer Rückkoppelung
- Sollwertvorgabe
- Regelgröße (Istwert):
Hormonspiegel, z.B. T4 (-> T3)
Konz einer Substanz, z.B. Ca2+,Glucose
- Stellgröße
übergeordnetes Hormon ↑, ↓
z.B bei T4:TSH, bei Glucose: Insulin, Glucagon
- Stellglieder (Hormonsynthese, - freisetzung, -abbau) ↑,↓
- Sensor
T4 (-> T3) : Zellen im Hypothalamus (für TRH-Ausschüttung) und im
Hypophysenvorderlappen (für TSH-Ausschüttung)
Glucose: B-Zellen der Pankreasinseln
- Störgrößen, Sollwertverstellung
e) Pathophysiologie
Regelkreis Insulin -> Blutglucose / -aminosäuren -> Insulin
negative Rückkopplung auf Insulinsekretion im Pankreas durch Glucose, welche von der
Glykolyse (von Insulin gefördert) produziert wird
Hormondrüse defekt: bei Insulinmangel Hyperglykämie, B-Zell-Insuffizienz
gesteigerte Sekretion im vermaschten Regelkreis : Hypoglykämie, Enzym in Leber defekt,
Insulinspiegel zu hoch, Aminosäurenabgabe zu hoch, Glucose zu niedrig, scheisse erklärt
Zielorgan defekt: Hyperglykämie durch Leberinsuffizienz, Insulin zu hoch, Glucose viel zu
hoch
a) Hypothalamus -> Hypophysenvorderlappen
Pfortaderkreislauf über a. hypophysealis superior
HVL - Hormone: ACTH, PRL, STH, LH, TSH, α-MSH, FSH, β-Endorphin
Steuerung über RH (realising hormones) untd teilweise hemmende Hormone
CRH (Corticoliberin) und STH (Somatostatin)
- Bildung im Hypothalamus
- axoplasmatischer Transport zur Eminentia mediana
- Neurosekretion in die a. hypophysialis superior
ADH (Vasopressin)
- Bildung im Hypothalamus
- axoplasmatischer Transport
a) zum Hypophysenhinterlappen
b) zur Eminentia mediana, Neurosekretion in die a. hypophysialis superior
CRH und ADH
- gelangen per Pfortadersystem zum HVL (korticotrope Zellen)
- fördern Synthese von Prä-Proopiomelanocoritin (Prä-POMC) und POMC
SIH hemmt Prä-POMC und POMC-Synthese
b) POMC-Peptide und deren Wirkung
aus POMC (Proopiomelanocortin) entsteht (werden Stücke herausgeschnitten):
1. ACTH1-39 (Adrenocorticotropes Hormon) (Stimulation der Nebennierenrindenhormone
und Lipolyse)
2. ACTH4-9 (ZNS-Neuromodulator)
3. α-MSH (α-Melanozyten stimulierendes Hormon = α-Melanocortin) (wichtig für
Körpergewichtsregulation)
4. γ-MSH (nicht ganz geklärte Rolle in der Nebennierenrinde)
5. β-Endorphin (hemmt Schmerzempfindungen)
e) Funktionen von ACTH
ACTH reguliert Synthese (Bereitstellung von Pregnenolon) und Sekretion von
Nebennierenrinden-Hormonen, v.a. des Glucocorticoids Cortisol
ACTH vergrößert in höheren Konzentrationen die Nebennierenrinde
ACTH stimuliert die Lipolyse in Fettzellen
ACTH fördert die Hautpigmentierung (pathologisch beim Morbus Addison = Insuffizienz
der Nebennierenrinde, ACTH-Überproduktion zur Kompensation, ganz komische Bräune)
f) Nebennierenrinde
Zona glomerulosa: v.a. Aldosteron, 0,15mg/d
Zona fasciculata: v.a. Cortisol (20mg/d)
Zona reticularis: v.a. Androgene (~30mg/d)
Hauptstimulata der Rindenteile: ACTH, in der Zona Glomerulosa ANF
Medulla (Sympatikusreguliert über ACh): Adrenalin (80%), Noradrenalin (20%),
Neuropeptide
g) Regelung der Cortisolkonzentration
Cortisol macht negative Rückkopplung auf Hypothalamus, Hypophysenvorderlappen,
limbisches System, ACTH ebenfalls auf Hypothalamus
h) Cortisolwirkungen
lebensnotwendig
erhöht die Glucosekonzentration im Plasma durch
- Senkung der Glucoseaufnahme in Muskel und Fettgewebe
- Senkung der Glykolyse
- Förderung der Glukoneogenese aus Aminosäuren = (Eiweiß-)katabole Wirkung
verstärkt Catecholamineffekte (Herz und Kreislaufbelastung!)
erhöht die Adrenalinsekretion
wirkt antientzündlich und antiallergisch (Hemmung von Immunprozessen)
8.6.
Ernährung
a) Übersicht
– Die Ernährung muss dem Körper die für Gesundheit und Wohlbefinden notwendigen
Komponenten in ausreichender Menge zur Verfügung stellen
– Quantitative und qualitative Zusammensetzung der Nahrung muss stimmen
– Bestimmte Stoffe müssen aufgenommen werden: Essentielle Nahrungsbestandteile
– Notwendige Nahrungsbestandteile:
Wasser, Chemische Energie (Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Mineralien (und
Spurenelemente), Vitamine, Ballaststoffe
b) Energiebedarf
Der Energiebedarf hängt ab
– vom individuellen Grundumsatz und Arbeitsumsatz
– vom Körpergewicht
– von der Effizienz der Energienutzung und -speicherung
– vom täglichen Aktivitätsniveau
– vom Geschlecht
– vom Alter
Der Energiebedarf kann gedeckt werden durch
1
Ideal
Entwickelte Länder
Kohlenhydrate
55-60%
45-50%
Fette
25-30%
38-40%
Proteine (bzw Aminosäuren) 10 – 15%
10 – 15%
Gefahr: Herz-Kreislauf Erkrankungen wie Diabetes mellitus!
Fette haben etwas doppelt so hohen Brennwert wie Proteine und Kohlenhydrate
Alters- und Geschlechtsabhängigkeit des Grundumsatzes:
Kleinkinder 1 ½ mal so viel wie Rentner, Männer ca. 10% mehr als Frauen
c) Fettbedarf
– Fett ist wichtiger Energielieferant, aber zu hohe Fettzufuhr ist gefährlich
– Essentielle Fettbestandteile:
+ Essentielle Fettsäuren (Ausgangssubstanz für Signalstoffe: Eicosanoide,
Diacylglycerin): Arachidonsäure oder Vorläufer (Linolsäure, Linolensäure)
(Doppelbindungen für Körper schwer oder gar nicht herzustellen)
+ Fettlösliche Vitamine (E, D, K, A)
+ Cholesterin (-> Steroidhormone, Gallensalze; Membran)
+ Phospholipide (-> Membran, Botenstoffe)
d) Proteinbedarf
Auf- und Abbau der körpereigenen Proteine ist lebenswichtig:
– Strukturen (Zellskelett)
– Funktionen (Enzyme, Transporter, Kanäle, Rezeptoren)
– Motilität (Muskel, Migration)
– Immunsystem (Antikörper)
– Blutgerinnung (Gerinnungsfaktoren)
uswusf.....
Proteine bestehen aus Aminosäuren (AS): 21 translational + 4 posttranslational
– essentielle Aminosäuren (in tier. Protein > pflanzl. Protein): His, Ileu, Leu, Lys, Met,
Phe, Thr, Try, Val
– AS dienen als Transmitter (Glycin, Glutamat, GABA)
– AS als Vorläufer für Signalstoff NO (Arg)
– AS als NH3-Transporter (Glutamin)
uswusf...
e) Mineralien & Spurenelemente
Calcium, Chlor, Chrom, Eisen, Fluor, Jod, Kalium, Kobalt, Kupfer, Magnesium, Mangan,
Molybdän, Natrium, Phosphor, Schwefel, Selen, Zink
verschiedenste Funktionen u.a. Enzymbestandteile, Knochenbidlung,
Glucosestoffwechsel,...
auch Überdosierung möglich
f) Vitamine
Fettlösliche Vitamine mit wichtigen Funktionen
– Retinol (Vit A): Rhodopsinbestandteil; Reguliert Epithelwachstum und -differenzierung
– Calciol (Vit D): Erhöht Ca2+ und PO4- -Absorption im Darm
– Tocopherol (Vit E): Antioxidans, schützt Membranproteine
– Menachinon (Vit K): Kofaktor bei der γ-Karboxylierung verschiedener
Gerinnungsfaktoren
-> Fett in der Nahrung zur Absorption nötig!
Wasserlösliche Vitamine
– Thiamin (Vit B1)
– Riboflavin
– Nicotinamid und -säure
– Pantothensäure
– Folsäure
– Pyridoxol (Vit B6)
– Cobalamin (Vit B12)
– Ascorbinsäure (Vit C)
– Biotin (Vit H)
g) Ballaststoffe
– Zellulose u.a. Polysaccharide
– Lignin
– Pektin
was tun die Ballaststoffe?
– im Magen fördern sie die Sattheit (Füllvolumen ↑, verlangsamte Leerung)
– stimulieren die Magensaftsekretion
– Pektin verlangsamt die Glucose- und Cholesterinabsorption im Dünndarm
– verkürzen die Passagezeit im Kolon
Mangel an Ballaststoffen:
-> Obstipation („Haben sie schon mal einen Apfel probiert?“)
-> Darmdivertikel
-> Kolonkarzinom
Regulation des Energiehaushaltes
Body mass index: Körpergewicht (kg) : Körpergröße² (m²)
BM normal: 18-25
a) Energiebilanz
Energieverbrauch: körperliche Aktivität + Energie für Absorption und Speicherung der
Nahrungsstoffe + Grundumsatz
Energiespeicher (Körpergewicht): Abnahme/Zunahme, gewisses Fettpolster normal
Energieaufnahme: Proteine + Fette + Kohlenhydrate
b) Messung des Energieumsatzes
Verbrennungskalorimeter: Isolierte Verbrennung eines von Wasser umgebenen
Teststoffes, Messung der Wassererwärmung: 4,2kJ erwärmen 1l H2O um 1°C
gemessen wird der physikalische Brennwert von Nahrungsbestandteilen, dieser entspricht
ausser bei Proteinen dem physiologischen Brennwert
direkte Kalorimetrie (Lavoisier): Versuchstier, von Eis umgeben, gemessen wird
abgegebene Schmelzwassermenge
Indirekte Kalorimetrie
Glucose + Sauerstoff –Abbau(Verbrennung)--> Kohlendioxid + Oxidationswasser
bei Verbrennung von 1 mol Glucose (180g) werden 2827kJ Energie frei
-> Brennwert von Glucose: 15,7kJ/g
dafür werden 6 mol Sauerstoff = 134,4l benötigt
-> kalorisches Äquivalent: 21 kJ/l O2
es entstehen 6 mol Kohlendioxid
-> respiratorischer Quotient (RQ) für Glucose: 6mol / 6mol = 1,0
-> Energieumsatz = kalorisches Äquivalent * O2-Verbrauch
kalorisches Äquivalent unterschiedlich (37°C):
– Kohlenhydrate
18,8 kJ/l O2
– Fett
17,6
– Proteine
16,8
Also muss bekannt sein, welcher Nahrungsstoff gerade oxidiert wird:
aus Respiratorischem Quotienten (RQ erkennbar):
RQ = VCO2 /VO2
Mischung aus Kohlenhydratverdauung und Fettverdauung ergibt das spezifische
kalorsiche Äquivalent (1,0 nur Kohlenhydrate, je kleiner desto mehr Fett)
Proteine konstant
c) Regelung des Körpergewichts (Fettmasse)
je nach vorhandener Fettmasse wird übers ZNS katabol Nahrungsaufnahme erhöht und
Energieverbrauch erniedrigt oder anabol Energieverbrauch erhöht und
Nahrungsaufnahme gebremst
–
–
–
Insulin (LPL ↑)
Leptin (Konz. Korreliert mit Gewicht/Fettspeicherfüllung), wirkt auf α-MSH / NPY, regelt
Nahrungsaufnahme, Energieverbrauch, Sympathiko-/Parasympathikotonus
Beteiligte Gehirnstrukturen: Sattheits- und Hungerzentrum im Hypothalamus, Nucl.
Arcuatus, Nucl. Tractus solitarii
–
Kurzzeitregulation: Magendehnung, CCK ↑ („satt“), PYY (Ileum, Colon) ↑, Ghrelin ↓
(Ghrelin („ich bin nicht satt“) ↑↑ -> Fettsucht = Prader-Willi-Syndrom)
d) Fettsucht (Adipositas)
Mögliche Störungen:
– Transzytose von Leptin aus Plasma über Blut-Hirn-Schranke gestört
– NPY-Hemmung gestört
– Leptinrezeptor defekt
– Ausschüttung von NPY/α-MSH gestört
– Rezeptordefekt für NPY/α-MSH gestört
Forschung läuft noch
e) Magersucht
Anorexia nervosa, Bulimia nervosa
durch genetische Veranlagung, psychologische Faktoren, soziokulturelle Einflüsse
Körperwahrnehmung gestört -> verändertes Eßverhalten (Diät)
vegetativ-endokrine Regulationsstörungen, psychische Veränderungen, willentliches
Erbrechen, Laxantienabusus (Abführmittel), extreme körperliche Aktivität ->
Gewichtsverlust (im Mittel 45%)
-> Mangelernährung (Kachexie)
Tumorkachexie
15.6.HVL
Schilddrüsenhormone
Hypothalamus -> HVL
– die TSH-Sekretion aus dem HVL wird von TRH gefördert, von SIH gehemmt
– TRH fördert Freisetzung von Prolaktin aus HVL
– TRH wird auch in anderen ZNS-Regionen freigesetzt
– TRH-Freisetzung durch nordadrenerge Afferenzen des ZNS
– Kälteexposition ist der stärkste Reiz
Funktionen von TSH (Glykoproteinhormon)
– regelt über cAMP sämtliche Funktionen der Schilddrüse (Durchblutung ,Drüsengröße,
Synthese, Sekretion, ...)
– kann durch Autoantikörper „vertreten“ werden (Morbus basedow)
Schilddrüse
– Follikel mit Kolloid (Thyroglobulin)
– Iodid-Aufnahme durch 2 Na+-I- - Symporter (NIS)
– Iodidabgabe ins Kolloid
– Thyreoglobulinsynthese -> Exozytose
– H2O2-Generator, Thyreoperoxidase -> Iodierung -> Speicherung
– Endozytose -> Proteasen
– T3/T4-Abgabe -> Bindung an Transportproteine
Regelung
– Kälte , Stress, Cortisol -> Hypothalamus: TRH-> Hypophyse: TSH -> Schilddrüse: T3/T4
(neg. Rückkopplung)
– „Autoregulation“ der Schilddrüse durch I—Konzentration im Blut
T3/T4-Wirkungen
– intrazelluläre Umwandlung von T4 in T3 (5'-Diodase) oder rT3
– nach Bindung an das nukleäre Rezeptorprotein
Transkription
Wachstum, Entwicklung, Reifung des NS
Energieumsatz ↑, O2-Verbrauch, Körpertemp ↑
permissiver Effekt auf Catecholamine (Herz!)
Hyperthyreose
Totales T4: erhöht
Freies T4: erhöht
TSH: verringert (nicht nachweisbar)
-> manuelle Untersuchung der Schilddrüse, Szintigraphie der Schilddrüse
mgl Therapie:
– Strumektomie
– Schilddrüsenzerstörung (Radioiodtherapie mit 131Jod)
– medikaentöse Hemmung der Schilddrüsenhormonsnythese
– β-(Adrenozeptoren)Blocker
Regelung des Menstruationszyklus
Sexualhormone
– entstehen aus Cholesterin
– über Pregnenolon
– weibl: Progesteron, Östradiol; männl: Testosteron/Dihydrotestosteron
Wirkungen der weibl Sexualhormone
– Gonadoliberin (GnRH, Gonadotropin Releasing Hormone) steuert die pulsatile
Freisetzung von FSH und LH
– FSH und LH steuern die Freisetzung von Östradiol (E2) und Progesteron (hauptsächlich
aus Ovar)
– FSH baut die Uterusschleimhaut auf und lässt Follikel reifen
– E2 macht den Muttermund für Spermien durchlässig
– Progesteron erhöht die Basaltemperatur
– Progesteron macht den Muttermund für Spermien undurchlässig
– Progesteron stimuliert die Sekretion der Uterusschleimhaut (vorbereiten der Nidation =
Eieinnistung)
– Progesteron wirkt Schwangerschaftserhaltend
Hypothalamus -> Hypophysenvorderlappen
GnRH -> FSH/LH -> Hoden (Testosteron, Inhibin)/Ovar,Follikel (Inhibin, Östrogene,
Progesteron)/Corpus luteum (Progesteron)
PIH (Prolaktin inhibierendes Hormon=Dopamin) wirkt negativ auf GnRHsekretion
Menstruationszyklus
– LH vor Ovulation sehr niedrig, bei O. Riesenpeak, danach abfallend
– FSH vor Ovulation recht niedrig, bei O. Leichter Peak, danach leicht abfallend
– Östrogene (v.a. E2) steigen langsam an bis kurz vor Ovulation, dann Abfall, aber in 2ter
Hälfte höherer Spiegel als in 1.
– Progesteron steigt nach Ovulation, kam es zur Konzeption steigt es noch weiter sonst
wieder Abfall
– basale Körpertemperatur erhöht sich mit Progesteronanstieg um ca. ½ Grad
Beginn: Menstruationsblutung
1. Hälfte Follikelphase, Follikelselektion
Ovulation/Follikelsprung
2. Hälfte Lutealphase: Gelbkörperentstehung, bei Nichtkonzeption Degeneration
Hormone während der Schwangerschaft
frühe Schwangerschaft: Proteohormon-Produktion der Plazenta: HCG (humanes
Choriongonadotropin
-> Steuerung des Gelbkörpers des mütterlichen Ovars (anstelle von LH!), Gelbkörper setzt
Östrogene und Gestagene aus
-> im kindlichen Kreislauf: in fetaler Nebennierenrinde DHEA + DHEA-S -Bildung (17KetoSteroide = Hormonvorläufer)
spätere Schwangerschaft: Steroidhormonproduktion der Plazenta
Schwangerschaft unterteilt in 3 Trimenon – zeiträume
1. Trimenon
Gelbkörper liefert Hormone, v.a. HCG (-> Schwangerschaftstest), Progesteron
2. +3. Trimenon:
v.a. Plazenta liefert Hormone, Anstieg von Östrogenen, CRH, HPL, Abfall von HCG
18.6.
Sehen
Visuelles System
– Retina nimmt relative Lichtintensitäten wahr
– 3 Sensoren für jeden Fasertyp
– 10% M-Zelle (Bewegung), 90% P-Zelle (Details)
– Gegenfarbenorganisation des rezeptiven Feldes einer P-Zelle (Versuch: Fixierung
eines roten Quadrats (Desensibilisierung Rezeptoren), nach 30 sek Fixierung weißes
Quadrat, es wird blau
– Lichtantwort der P-Zelle nimmt schneller ab als die der M-Zelle
Das ZNS interpretiert Lichtsignale, oft lässt es sich täuschen (Tische, Spirale )
Auge, optischer Nerv, optisches Chiasma (nähe Hypophysenstiel), Optischer Trakt uswusf
parazentrales Skotom (Durchtrennung des liken optischen Nerven), homonymes Skotom
(Durchtrennung des linken optischen Traktes), bitemporale Hemianopsie (Durchtrennung
chiasma opticum, peripheres Gesichtsfeld fehlt)
Die nasalen Fasern müssen kreuzen, um die Gesichtsfeldhälften auf der richtigen
Hirnseite abzubilden und das Bild leichter interpretierbar zu machen
Retinofugale Projektion
Corpus geniculatum laterale im Thalamus
Parvozelluläre/Magnozelluläre Schichten (kleine P-Zellen, große M-Zellen)
wechselnde Schichten vom temporalen und gegenüberliegenden nasalen Gesichtsfeld auf
jeder Seite
Retinotektale Projektion
Colliculus superior, ca. 10% der Ganglienzellen ziehen direkt dahin (zum Mittelhirn)
Retinotopie im Colliculus Superior: genaue Projektion der Netzhautoberfläche auf
Colliculusoberfläche
Visueller Kortex
Area 17 (Brodmann)
6 Schichten, die 4te besonders groß (nochmal in 4 unterteilbar)
gestreifter Cortex (stried cortex, ggnüber extrastried cortex)
Organisation:
retinotopisch
Transneuronale Autoradiographie (Marker in ein Auge) -> okulare Dominanzsäulen im
Kortex in Schicht IV („Zebrastreifen“), Blobs in Schicht II/III („Löwenmähne“)
Physiologie des visuellen Kortex
rezeptive Felder-Topographie wird komplizierter
Zellen reagieren eher auf „Balken“ als auf Punkte
Richtungsselektive Zellen: z.B. bei bewegung links-> rechts keine reaktion, bei rechts ->
links brrrrrrr
„komplexe Zellen“ sind orientierungsselektiv
Die Orientierungsselektivität in einer Schicht entspricht einem 180° Zyklus, vertikal
dagegen sind übereinanderliegende Zellen gleich selektiv
-> Kortex besteht aus Modulen, die alle Parameter verarbeiten, die unterschieden werden
können: Orientierung (Orientierungskolumnen in einzelnen Schichten), Objektform
(Interblobkanal), Farbe (Blobs), Herkunft (kolumnal)
Wie wird die Aktivität weit entfernter Module miteinander verglichen?
Höhere Visuelle Zentren (Parietallappenstrom, Temporallappenstrom), z.B. für
Gesichterkennung
Motorik
Psychophysik der Bewegung
Aufgabe motorischer Systeme bei der Bewegungskontrolle ist die Umkehrung der
Aufgabe, die Sinnessysteme bei der Wahrnehmung erfüllen
Sensorische Information -> Inneres Abbild der Aussenwelt
Bewegung <- Innere Repräsentation
Motorisches Äquivalent: Gleiches Ergebnis auf unterschiedlcihe Weise
Bewegungstypen
– Haltungs-und Stützmotorik (Reflexe): Körperhaltung, Gleichgewicht
– Automatisierte, rhytmische Bewegungen: Atmung, Mimik, Gehen, Laufen
– Willkürmotorik: Feingriff
–
–
–
Muskuläre Kontrolle (tonisch/phasisch)
Komplexität
Grad der willkürlichen Kontrolle
Einfache Zielmotorik
Motorische Systeme sind so organisiert, dass sie einer dreifachen Kontrolle unterliegen
– durch das Rückenmark
– die absteigenden Bahnen aus dem Hirnstamm
– die motorischen Gebiete der Großhirnrinde
Großhirnrinde -> Hirnstamm -> Rückenmark –gemeinsame Endstrecke-->
Parallele vs Hierarchische Organisation (Koexistenz)
Willkürmotorik
primärer motorischer Kortex (Area 4) –pyramidenbahn--> α-Motoneuron --> Muskelfaser
Kortikobulbärer Trakt: Direkte Kontrolle der motorischen Hirnnerven und damit der
Gesichtsmuskeln
Kortikospinaler Trakt: ...
Segmentale Organisation der α-Motoneurone: untere α-Motoneurone sind nicht
gleichmäßig im Rückenmark verteilt: Anpassung an Gliedmaßen
Motorische Einheit: Ein α-Motoneuron und alle von ihm innervierten Muskelfasern
Motoneuronpool: synchronisierte Ansteuerung zur effektiven Muskelkontraktion obligat
Kontraktionskraft:
– Frequenzkodierung: Fein abgestufte Änderungen der Kontraktionskraft v.a. Muskeln mit
kleinem Innervationsverhältnis (>3)
– Rekrutierung: Gröbere änderungen der Kontraktionskraft, v.a. Muskeln mit großem
Innervationsverhältnis (>1000): kleine Motorische Einheiten zuerst, große ME zuletzt
Drei Eingänge zum α-Motoneuron
– Automatische Programme -> Gehen: eingang von spinalen Interneuronen
– Muskellänge -> Reflexe: sensorischer Eingang (Muskelspindel)
– Initiierung, Kontrolle -> Willkürbewegung: eingang von höheren Motoneuronen
Motoneurone: Typ-S-/Typ-FR-Fasern
22.6.
Motorik
Amyotrophe Lateralsklerose (Motoneuron) Das ist eine Krankheit
Erkankrungen der motorischen Einheit (neurogen: peripherer Nerv, myogen: Dystrophien,
Myogen: Dystrophien, Myotonien)
Propriozeption durch Muskelspindeln (Längenrezeptor) -> Ia-/II-Afferenz
Muskeldehnungsreflex -> Schutz vor Überdehnung(Achillessehnen-/Masseterreflex)
Muskelspindel: auch durch γ-Motoneuron innerviert (verkürzt Fasern der Muskelspindel)
-> γ-Schleife
γ- Motoneurone : Einstellung der Rezeptorempfindlichkeit
Das System des Muskeldehnungsreflexes stabilisiert die Lage der Arbeitsmuskulatur auf
einen Soll-Wert. Dieser Sollwert wird von der γ-Innervation der intrafusalen Muskeln
eingestellt.
γ-Schleife:
– Intrafusale Fasern
– 1a-Afferenz
– α-Motoneuron
– Extrafusale Faser
– γ-Motoneuron
– und wieder von vorn....
„Sinn: Wirkbereich der Muskelspindel wieder in einen funktionellen Bereich zurückführen“
α-γ-Koaktivierung
Die Aktivierung der 1a-Afferenzen während einer Kontraktion ist an das zentrale
Bewegungsprogramm geknüpft und nicht an die Gelenkbewegung. Bei passiver
Gelenkbewegung tritt eine Spindelpause ein.
Propriozeption durch Golgisehnenorgane
Der zweite propriozeptive Eingang der Muskeln sind die Golgisehnenorgane, die durch 1bFasern innerviert sind und die Muskelspannung messen
(Muskelspindel: Rezeptor Muskellänge, Golgisehnenorgan: Rezeptor Spannung Muskel)
1b-Afferenzen: polysynaptische Reflexwege
Die 1b-Afferenzen sind mit den Motoneuronen di- oder trisynaptisch verschaltet
Die Interneurone der 1b-Wege erhalten eine ausgeprägte Konvergenz von afferenten
Systemen und absteigenden Bahnen entgegen dem klassischen Konzept eines Reflexes und eines
Reflexweges
Die ZNS Kontrolle der spinalen Reflexwege granatieren die Intergration der Reflexe in den
normalen Ablauf der Bewegung (bei Rückenmarksdurchtrennung Auftreten stereotyper
Reflexmuster)
-> Lokomotion (Großteil der Informationsverschaltung im Rückenmark z.B. beim Gehen)
Beugereflex: Erregende Interneurone in einem Fremdreflex
Beispiel eines polysynaptischen Reflexes mit erregenden Interneuronen und mehreren
Rückenmarkssegmenten ist der Beugereflex
Zurückziehen des Beines: geordnete Abfolge von Kontraktionen mehrerer Beugemuskel
an mehreren Gelenken
Nozizeptiver Schutzmechanismus: Schmerzafferenz im Fuß (Fasern Gruppe II,III,IV) ->
Erregende Interneurone -> Beuger
über Zumischen inhibierender Interneurone kontralateraler Streckreflex
Rhytmusgenerator des Gehens
Der gekreuzte Streckreflex stellt einen Baustein für die Fortbewegung des Gehens dar
Die zeitliche Koordination wird vom „spinalen Lokomotionsgenerator“ gesteuert
Alternierende rhytmische Aktivierung Extensoren/Flexoren
Steuerung des Lokomotionsgenerators über aktivierendes und adaptives System (Orte
nicht so genau bekannt)
Rhytmische Aktivität in spinalen Interneuronen
Molekulare Hypothese zur Rhythmusgenerierung
– Glutamat öffnet NDMA Rezeptoren
– Depolarisation und Ca2+ Einstrom
– Ca-aktivierte K-Kanäle öffnen
– Hyperpolarisation
– Hyperpolarisation inhibiert NDMA Rezeptoren
– Ca2+ Strom sistiert, K-Kanäle schließen
– Neubeginn der Oszillation
Neuronaler Schaltkreis der Rhytmusgenerierung hat als wichtigsten Teil laterale
Inhibitions-Neurone
Gehen nach Rückenmarksquerschnitt ist im Prinzip erlernbar, durch intensives Training
ein gut koordiniertes Laufverhalten erreichbar
Ablauf von Willkürbewegungen
Willkürbewegungen beginnen mit einem Handlungsantrieb, der eine Kette
ineinandergreifender Prozesse auslöst: Strategie, Programm und Ausführung
Entschluss
Programmierung
Durchführung
Handlungsantrieb
Entwicklung einer Strategie
Erstellung eines
Bewegungsprogramms
Selektion von
Neuronensystemen
Assoziationskortex
Kortikale und subkortikale
Motivationsareale
Kleinhirn
Basalganglien
Motorkortex
Stammhirn
Rückenmark, Motoneuron
Absteigende Bahnen
Wie kommuniziert das Gehirn mit den Motoneuronen des Rückenmarks ?
Über laterale und ventromediale absteigende Bahnen
Laterale Bahnen:
Tractus corticospinalis – Feinmotorik
Pyramidenbahn: 1 Mio. Fasern (schnell + langsam)
Steuerung der Geschicklichkeit z.B. Präzisionsgriff der Hand
Rubrospinaler Trakt: Steuerung der distalen kontralateralen Extremitätenmuskeln
Ziel der Pyramidenbahn im Rückenmark
Hinterhorn: -> Interneurone : Sensorik
Vorderhorn -> α/γ-Motoneurone: Monosynaptisch
Intermediärer Bereich -> Interneurone: spinale Reflexe, Bewegungsmuster
Anordnung der Motoneurone nach der : Proximal-Distal-Regel, Flexor-Extensor-Regel
Mediale Bahnen: Balance, Haltungskontrolle
Das mediale System der absteigenden Bahnen besteht aus drei Komponenten
primärer motorischer Kortex: Brodmann Area 4
Der primäre motorische Kortex (M1, MS-1 im Gyrus praecentralis) ist Ausgangsstation für
die Durchführung einer Bewegung
Hinweise: Mappen des Areals im Zusammenhang mit neurochirurgischen Eingriffen z.B.
bei Epilepsie
Somatotopische Repräsentation, Kortexschichtung
Formbare Karten:
Eine Bewegung kann umso feiner durchgeführt werden, je größer die Zellpopulation ist ,
die diese Bewegung repräsentiert (Hände, Mimik), Feine Bewegungen können aber auch
erlernt werden (z.B. Cellsit), d.h. Die Karten müssen formbar sein
-> Überrepräsentation von Händen und Gesicht
Verschiebung der regionalen Anteile möglich
Wie wird die Richtung einer mehrere Gelenke betreffenden Armbewegung durch kortikale
M1-Neurone kodiert?
Bei jeder Bewgung ein Großteil der Neurone aktiv, jedes mit spezifischer
Richtungsmeinung, Summation ergibt jeweilige Gesamtbewegung
Andere Motorische Areale
Der Entschluss zu einer Bewegung und das Bewegungsprogramme werden von drei
miteinander verschalten kortikalen Gebieten entwickelt
Supplementär-motorischer Kortex, Prämotorischer Kortex, Posterior-parietaler Kortex
posterior-parietaler Kortex: Verarbeitung komplexer sensorischer Informationen (Mentales
Bild des Körpers im 3D-Raum
PMA und SMA
Basalganglien
Motorische Schleife: Kortex -> Striatum -> Pallidum -> Thalamus -> Kortex (SMA)
Selektion und Initiation von Willkürbewegungen
Die subkortikalen Kerngebiete der Basalganglien sind nicht direkt efferent mit dem
Rückenmark und nicht afferent mit sensorischem Eingang verbunden und spielen daher
eine indirekte Rolle bei der Kontrolle der willkürlichen Bewegung
Das Striatum befreit den Thalamus von der pallidalen Inhibition -> Initiation der
Motorschleife
Kortex --(+)--> Striatum --(-)--> Pallidus --(-)--> Thalamus --(+)--> Kortex
Glutamat
^
GABA
GABA
Glutamat
|
Dopamin-- Substantia Nigra
Hypokinese: Morbus parkinson
Degeneration einer bestimmten Neuronengruppe (Substantia nigra), Dopaminproduktion
gestört, damit keine exziatatorische Wirkung auf Striatum
Schüttellähmung ist mit 250.000 Patienten in Deutschland (1% der Bevölkerung über 50)
die häufigste Erkankung der Basalganglien
Symptome:
Parkinson-Trias -> Ausfall der Willkürmotorik
(Rigor Akinese Tremor)
Unilateral, Tremor, Neigung zur nicht erkrankten Seite (Stadium 1)
Gehstörung, Haltungsinstabil (Stadium 3)
Akinese, Stehunfähigkeit (Stadium 5)
Ursachen: Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia nigra (Apoptose,
programmierter Zelltod)
Substantia nigra: Einlagerung des von Dopamin abgeleiteten Pigmentpolymers
Neuromelanin
24.6.
Aktivität des Gehirns – mentale Zustände – Bewusstsein
sehr kontroverses Thema...
Bewusstsein wird jetzt erstmal als Gegensatz von Bewusstlosigkeit verstanden
Kriterium für den Tod -> Nullinie der Hirnströme
Ableitung der Hirnströme per EEG
21 Elektroden an bestimmten Stellen auf der Kopfhaut
Ströme: Aktivität der neuronalen Zellen im Kortex, Produktion eines Potentials das man
auf der Schädeldecke ableiten kann
EEG Signal wird nicht direkt durch Einströme produziert, sondern durch Ausgleichsströme
Einteilung nach Frequenzen: α/β/τ/δ-Wellen
Amplitude sagt etwas aus über Grad der Synchronisation im Cortex
z.B. abhängig von neuralem Zustand
v.a. Bei pathophysiologischen Zuständen Wechsel zwischen einzelnen Zuständen, bei
plötzlichem sensorischem Input usw aber auch
verschiedene Potentialtypen
– Evoziertes Potential: kann sensorik zugeordnet werden, N1,P1,N2,P2,N3 mit
ansteigender Amplitude
– Erwartungspotential: konditioniert, auf Reiz (Ton) wird in Erwartung eines anderen
Reizes (Blitz) ein negatives Potential aufgebaut
– Bereitschaftspotential: negativierung bis zum Einsetzen einer willkürlichen Motorischen
Bewegung (knocked-in-Patienten: kompletter Motorikausfall, neuerdings Möglichkeit zur
Kommunikation mit Umwelt über Messung Bereitschaftspotentiale)
Epilepsie
verschiedene Ausbreitungsmechanismen epileptischer Anfälle
– sekundär generalisiert
– fokal begrenzt
– idiopathisch generalisiert
genetischer Hintergrund: an die 50 unterschiedliche Formen mit unterschiedlicher
Symptomatik
es handelt sich immer um Defekte an Proteinen, die die Erregung der Zelle beeinflussen,
u.a. nAch-Rezeptoren, K+-Kanäle, Na+-Kanäle, GABA-A-Rezeptor
je nach betroffenem Bereich unterschiedliche Ausprägungen von Anfällen
Absencen: kurzzeitige Bewusstlosigkeit einer bestimmten Region
klonische Konvulsionen: Ruckartige Zuckungen der Extremitätenbewegungen
bei parietalen Anfällen kann es zu Sehstörungen kommen, bei occipitalen zu
Halluzinationen
Computertomographie / CT
Röntgenemittor dreht sich um Person, Röntgendetektor auf der gegenüberliegenden Seite
detektiert
– nicht invasiv
– Darstellung des Gesamtgehirns
– Strahlenbelastung
– keine Darstellung der Aktivität
Positronenresonaztomographie (PET)
– radioaktive Teilchen z.B. 15O werden in Gewebe eingebracht, Elektronenbeschuss,
Energiefreisezung bei gegenseitiger Auslöschung (Produktion eines Photons),
Annihilationsphoton-Detektoren rund um Kopf
–
–
–
–
–
nicht invasiv
Darstellung des Gesamtgehirns
Darstellung der Aktivität (über Sauerstoffverbrauch)
radioaktive Belastung (15O, 11C), Halbwertszeit 2-20min
Problem: durch Kurze Halbwertszeit muss ständig radioaktive Grundsubstanz ständig
vor Ort nachproduziert werden
Magnetresonanztomographie (MRT, Kernspintomographie)
Messung von Protonen-spins in magnetischem Feld, das die Protonen zunächst in
spezielle Richtung lenkt
Hochfrequenz-Radiosignaleinstrahlung, Auslenkung der Spins wird detektiert
Herzschrittmachen kommen mit dem starken Magnetfeld noch nicht zurecht (30000faches
Erdmagnetfeld)
– nicht-invasiv
– Darstellung des Gesamtgehirns
– keine Strahlenbelastung
– keine Darstellung der Aktivität
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)
ho ho ho hier kann auch die Aktivität gemessen werden!
Grundlage: Deoxyhämoglobin hat andere paramagnetische Eigentschaften als
Oxyhämoglobin
bei stark durchblutetem Gewebe stärkere paramagnetische Aktivität
–
–
–
–
–
nicht-invasiv
Darstellung des Gesamtgehirns
keine Strahlenbelastung
Darstellung der Aktivität
(relativ) hohe zeitliche und räumliche Auflösung
momentane Auflösung ca 1mm²
Aufrechterhaltung normaler Grundaktivität
encephalé isolé: Sektion (Durchtrennung) zwischen Medulla und Rückenmark
cerveau isolé: Sektion zwichen oberern und unteren Vierhügeln (Lamina quadrigemina)
zwischen beiden Regionen vollständige Änderung der Aktivität
Hirnstamm sorgt dafür, dass normaler Wachheitszustand aufrechterhalten wird
ARAS -> aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem (in formatio reticularis)
nucleus perdunccolo pontinus tegmenti, nucleus coeruleus, nulcei raphé
Aufrechterhaltung allgemeiner Wachheit und des Aufmerksamkeitstonus (Arousal,
Vigilanz)
tonische Reizung durch peripheres Adrenalin
viszeraler und somatischer Input, auditorischer/visueller Input
Rückkopplungsschleife
Unspezifische Aufmerksamkeit
Hypocretin/Orexin:
Produktion im dorsolateralen Hypothalamus mit Projektionen in die Formation reticularis
– Bedeutung für Personenbindung
– aber neuerdings auch bekannte Auswirkung auf Wachheitszustand / Vigilanz
Selektive Aufmerksamkeit: Diencephalon
Nucleus reticularis thalami: Tor der Aktivierungsverteilung zum Kortex
somatotopische, visuotopische etc Organisation
„LCCS“: limitiertes Kapazitäts-Kontrollsystem (nebenbei Stricken in der Hirnvorlesung ist
nicht)
kortikale Beeinflussung der selektiven Aufmerksamkeit
– anteriores System: Verhaltensziele, Prioritäten
– posteriores System: Stimuluseigentschaften wie Farbe, Tonhöhe, Position im Raum
Selektive Aufmerksamkeit visueller Stimuli:
– parietales Wo-System
– temporales Was-System
mesolimbisches Dopaminsystem: belohnt bestimmte Handlungen, Antrieb nach Motto
„macht das Spaß oder nicht“
Störung der selektiven Aufmerksamkeit: ADHS
(Aufmerksamkeitdefizithyperaktivitätssyndrom)
– Veränderungen im Dopamintransporter (anterirores System)
– Veränderungen in der noradrenergen Projektion (Locus coeruleus)
4x mehr Jungen als Mädchen betroffen („zappelphilipp-Syndrom“)
1. Beeinträchtigte Aufmerksamkeit
z.b. Träumen, Ablenkbarkeit a la „Rotkäppchen“, leichte Ablenkbarkeit (im Klassenraum
hängen Bilder an der Wand, ...), hastig überhüpfender Wahrnehmungsstil (bekommt
einerseits schnell etwas mit, aber übersieht wieder Wichtiges), überhört Anweisungen,
Stimmungsschwankungen, Reizoffen (springt auf alles neue an)
2. Impulsivität
mangelnde Selbststeuerung (kaum gedacht, schon getan), sagt was es denkt (ohne
jedoch die Situation zu bedenken, ist manchmal taktlos), unterbricht andere oder platzt
ins gespräch/spiel hinein, redet zu viel, beachtet dabei soziale signale nicht, begibt sich
in gefährliche situationen, gefühlsausbrüche
3. motorische Überaktivität (evtl)
kann, aber muss nicht sein, plötzlich einschiessende bewegungen, redet mit händen
und füssen
Pharmakotherapie: Methylphenidat (Amphetamin, Dopamin-Reuptakehemmer
->Wiederaufnahmehemmung aus synaptischem Spalt); Ritalin
Verhaltenstherapeutische Begleitung jedoch viel wichtiger
Zusammenfassung: Aktivität und Aufmerksamkeit
– Die Aktivität des Gehirns kann mit hoher zeitlicher Auflösung mittels EEG dargestellt
werden
– pathophysiologische Veränderungen (z.B. Epilepsien) können diagnostiziert werden
– bildgebenden Verfahren haben eine hohe räumliche aber eine begrenzte zeitliche
Auflösung
– Für die Aufrechterhaltung einer unselektiven Aufmerksamkeit (Wachheit, Vigilanz) sind
Strukturen in der Formation reticularis verantwortlich („ARAS“)
– die selektive Aufmerksamkeit wird durch dienzephale (N. Reticularis thalami) und
kortikale Strukturen bestimmt
– die selektive Aufmerksamkeit ist in der Kapazität begrenzt („LCCS“)
– bei ADHS kommt es zu Störungen in der dopaminergen und noradrenergen
Übertragung
25.6.
„Wir sind zu jeder Stunde des Tages ein anderer Mensch“ (Jürgen Aschoff, 1967)
Chronobiologie und Chronomedizin
Circadianrhytmik
(Sonnenstand, Auf-und Untergang)
Bsp von tagesperiodischen Schwankungen:
– bioelektrische Aktivität
– Körpertemperatur
– Zahnschmerzschwelle (v.a. Nachts niedrig)
– Hormonausschüttung, z.B. GH-Ausschüttung (v.a. In Schlafphase), Cortisol
– extrazelluläre K+-Konzentration
Circadiane Oszillatoren existieren auf verschiedenen physiologischen Ebenen
Hierarchie der Oszillatoren
Zeitgeber (z.B. Lärm, Helligkeit, soziale Faktoren) -> Oszillatoren -> evtl andere
Oszillatoren -> Effektor (mögliche Rückkopplungsschleife ─┘
Endogene Oszillatoren lassen sich entkoppeln, sie schwingen mit einer Eigenfrequenz
Suprachiasmatischer Nucleus (SCN): Master-Oszillator, liegt genau über Kreuzung der
Sehbahn, nur etwa 10.000 Zellen
Nach SCN-Läsion ist die Circardianrhytmik aufgehoben
Isolierte Zellen des SCN (in Kultur) , extrazelluläre Ableitung der bioelektrischen Aktivität
zeigt tageszeitabhängige Peaks (rhytmische Aktivität) -> Beweis dafür, dass der SCN der
Chef-Oszillator ist
PACAP =pituatary adenylyl cyclase -activating peptide aus Hypophyse ermöglicht
Phasenverschiebung um mehrere Stunden nach vorne, Ach und cGMP nach hinten
-> Aktivitätsmaxima kultivierter SCN-Zellen wird durch zelluläre Proteine beeinflusst
Zeitgeber – Gene:
einige hochspezialisierte Retinaganglionzellen projizieren über glutamaterge und PACAP
in den SCN und beeinflussen die Genexpression
Kontrollgene der Tagesrhythmik finden sich bei fast allen Spezies
Molekulare Oszillatoren: Das Genprodukt initiiert die Transkription bestimmter Gene,
deren Produkte als Komplex an den eigenen Promotor binden
-> Transkriptionaler Komplex, Inhibition der eigenen Transkription
Melatonin
Melatoninausschüttung aus dem Pinealorgan (Zirbeldrüse) wird gesteuert über einen
Eingang aus dem SCN, bekommt also indirekten input aus der Retina. Die
Melatoninausschüttung zeigt tagesperiodische Schwankungen
Störungen der endogenen Rhytmik
– jet-lag: tritt auf bei Transkontinentalreisen, Anpassung an die Ortszeit innerhalb von
drei Tagen möglich, Melatoningabe verkürzt die Umstellungsphase („entrainment“)
– Schichtarbeit: sehr viel problematischer, weil sich auch nach Jahren die Oszillatoren ,
die Körpertemperatur oder andere vegetative Parameter kontrollieren, nicht umstellen
lassen. Daraus resultieren vegetative Beschwerden usw...
Zusammenfassung: Endogene Rhytmen
– Endogene Rhytmen werden von autonomen endogenen Oszillatoren generiert
– Die Rhytmik kann sich auf verschiedene physiologische Parameter wie
Körpertemperatur, Schlaf-Wach-Zyklus oder Hormonproduktoin beziehen
– Die Oszillatoren können miteinander gekoppelt oder völlig unabhängig voneinander
sein
– Die Oszillatoren werden häufig von äußeren Zeitgebern eingestellt („entrainment“)
– Einer der dominantesten endogenen Oszillatoren ist der suprachiasmatische Nucleus
(SCN)
– Der SCN erhält direkten Eingang von Retinaganglionzellen und steuert den sChlafwach-rhytmus
.... zu schnell der mann
Schlaf
Warum schlafen wir eigentlich?
Schlafdeprivation (Verzicht auf Schlaf)
– Beeinträchtigung kognitiver und motorischer Leistungsfähigkeit
– Konzentrationsschwierigkeit
– Halluzinationen
erhöhte Fehlerzahlen bei psychomotorischen und mentalen Anforderungen
– Wahrnehmungsstörungen
– erniedrigte Schmerzschwelle
– Niedergeschlagenheit
– Gereiztheit
(Randy Gardner 1963 in einem elftägigen Selbstversuch)
Bei Tieren: immunologische Störungen bei lang anhaltender Schlafdeprivation, multiples
Organversagen (Herz, Lunge, Niere)
–
Zwei-Prozess-Theorie:
Modell der akkumulierenden Schlafsubstanzen („Hypnotoxin“)
Adenosin ist möglicherweise die neurochemische Grundlage des NREM Schlafes
(Prozess „S“)
Veränderung der Hirnaktivität ändert sich von Wachheit zu NREM Schlaf, von NREM zu
REM Schlaf, von REM Schlaf zum Wachen
Schlafforschung:
– EEG: A. Loomis (1930) leitet erstmalig ein EEG bei schlafenden Menschen ab
– EEG + EOG (Elektrookulogramm): E. Aserinsky und N. Kleitmann veröffentlichen 1953
eine Studie über den Zusammenhang von elektrischer Aktivität des Gehirns und damit
einhergehenden Augenbewegungen (REM-Schlaf; Rapid-Eye-Movement)
Es gibt 4 unterschiedliche Schlafstadien, die sich im Verlaufe des Schlafes in einem
bestimmten Zyklus abwechseln, in 1. Phase vorrangiges NREM-Stadium, regenerative
Komponente, danach hohe Aktivitätsphasen, REM-Phasen, die im Verlauf des Schlafes
immer länger werden
(Analyse über EEG Amplituden)
Unterscheidung: Kernschlaf vs Optionalschlaf, Optionalschlaf kann substituiert werden,
am besten ist früh ins Bett und morgens sehr früh aufstehen
Veränderung des Schlafprofils
Mit dem Alter sinkt die tägliche Schlafzeit, der Anteil des REM-Schlafes nimmt stark ab,
der Anteil des NREM-Schlafes nimmt leicht ab, Neugeborene 50% REM-Schlaf, 50jährige
noch 20% (Ableitung bei Ungeborenen: fast den ganzen Tag REM-Schlaf)
Schluss: Sensorischer Input substituiert REM-Schlaf zunehmend
Träumen ist in der Regel eine fast ausschließlich visuelle Angelegenheit
Delfinschlaf: Delfine schlafen mit je einer Gehirnhälfte, Flussdelphine in Indien schlafen
immer nur 7 Sekunden am Stück, Tagessummation auf 8 Stunden
REM-Schlaf anscheinend nur bei Säugern und evtl Vögeln
Schlafzentren
Schlafzentren im Vorderhirn: Thalamus, Hypothalamus, basales Vorderhirn
Hirnstamm (Formation reticularis): N. Ppt (peduncolo pontinus tegmenti) cholinerg, N.
Locus coerulus adrenerg, nuclei raphé serotonerg
(reticuläre Projektionen auf Thalamusneuronen benutzen also verschiedene
Neuromodulatoren)
Schlafinduzierende Neurotransmitter
da gibt's so einige
Thalamo-Corticale Assoziationen:
Hochamplitudige EEGs entstehen durch synchrone Aktivität thalamocorticaler
Schaltkreise
Thalamusneuronen werdne von Stammhirnneuronen durch aminerge und cholinerge
Neuromodulatoren beeinflusst, wahrscheinlich induziert von Neuronen aus der
Präoptischen Region des Hypothalamus
REM- on,off
REM-an: cholinerge Aktivität aktiviert REM-aus-Zellen
REM-aus: aminerge Hemmung der REM-an-Zellen
kompensatorische Aktivierung
Glutamat, Aspartat und GABA spielen ebenfalls eine Rolle bei eem Wechsel von REMNREM-Phasen
Schlaf und Lernen
nach Schlaf ist die Fähigkeit, gelerntes wieder abzurufen, erhöht
sowohl REM als auch NREM-Schlaf wichtig dafür, es gibt eine optimale Korrelation
Konsolidierung des Lernens: glutamaterge Synapsen sind entscheidend beteiligt, ebenso
cholinerge Synapsen
Schlafstörungen
1. Insomnia
2. Hypersomnia
3. Schlafstadien-gebundene Störungen
4. Störungen des Schlaf-Wach-Rhytmus
-> siehe nächste Vorlesung
29.6.
Konsolidierung des Lernens durch Schlaf
Zelluläres Modell des cholinergen Einflusses (REM-Schlaf) auf das Gedächtnis (LTP) in
neuronalen Schaltkreisen (Hauptaktivität über glutamaterge Synapsen)
Schlafstörungen
1. Insomnia (Ein- und Durchschlafstörungen)
Pseudoinsomnia (subjektive Störung, fälschlicherweise Gefühl, das Einschlafen ewig
dauert u.a.)
idiopathische Insomnia
„delayed sleep phase insomnia“
Drogen-Insomnia
Insomnia bei Hyperaktivität und affektiven Störungen
Schlafapnoe (Atmungsaussetzer von bis zu 1 min, 10x/h, Therapie: Schlafmaske, die
mit Überdruck arbeitet)
allgemeine Insomnia-Therapie: Entspannungstraining, EMG und/oder EEG biofeedback
(Training über Sichtbarmachung normalerweise unsichtbarer Körperfunktionsvariablen
wie Blutdruck), Verhaltenskontrolle durch Neuarrangement des Einschlafverhaltens,
kognitive Verhaltenstherapie (Neuattribution der Ursachen für Schlafstörungen),
Lichttherapie, Belüftung bei Apnoe, Gewichtsreduktion
2. Hyperinsomnia
Narkolepsie (REM-Phasen, die in die Wachphasen einbrechen – oft Zusammenbruch
und minutenlanger Schlaf)
Drogen-Hyperinsomnia
Hypersomnia bei Verhaltensstörungen
Pickwick-Syndrom (dramatisches Übergewicht, Unterbrechung der Schlafphasen führt
zur Motivation des Nachholens während der Wachphasen)
Bei der schwerwiegenden Narkolepsie mit kataplektischer Muskelrelaxation gibt es
bisher keine Therapie, aber es ist ein Zusammenhang mit dem Hypophysenhormon
Orexin nachgewiesen
3. Schlafstadien-gebundene Störungen
Schlafwandeln (Somnambulismus), verstärkt in Jugend, verschwindet idR später wieder
nächtliches Einnässen (Enuresis nocturna), ~10% junger Kinder
Alpträume (Pavor nocturnus)
nächtliches Zähneknirschen (-> unglaublicher Muskelkater in der Kaumuskulatur),
Kopfschlagen (ebenfalls gestörte Atonie der α-Motoneurone), Sprechen
restless leg syndrome
Somnambulismustherapie: Aufwecken und Sekundärverletzungen vermeiden
Bruxismus (Zähneknirschen): Zahnschienen
4. Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus
Zeitzonenüberschreitung („jet lag“)
Schicht-und Nachtarbeit
Zusammenfassung: Schlaf
– Schlaf lässt sich unterteilen in REM (rapid eye movement) und nicht-REM-Phasen
– Die NREM-Phasen (SWS=slow-wave-sleep) zeichen sich aus durch hoch amplitudige,
niedrig frequente EEG-Signale
– Die Regulation des REM-Schlafes erfolgt durch hirnstammzentren, die unterschiedliche
neurotransmitter ausschütten
– der n . ppt in der formatio reticularis ist cholinerg, der n locus coeruleus aminerg, die n
raphé serotonerg
– die synchrone entladung kortikaler neurone kann durch neurotransmitter in eine
asynchrone umgewandelt werden
– der sw-schlaf wird durch die präoptische region im hypothalamus reguliert
– sw-schlaf dient eher einer regenerativen funktion, rem-schlaf einer stimulierenden bzw
einer gedächtnis konsolidierenden funktion
– schlafentzug wirkt sich zunächst auf kognitive wahrnehmungsfunktionen oder auf die
stimmung aus, später auch auf vegetative funktionen wie die körpertemperatur und den
hormonhaushalt
– schlafstörungen (insomnie) betreffen 20-30% der westlichen bevölkerung
Lernen
Lernen und Gedächtnis sind unternnbar miteinander verbunden. Durch Kodierung,
Speicherung und Abruf von Information (=Gedächtnis) kann ein vorangegangenes
Geschehen zukünftiges Verhalten beeinflussen (=Lernen). Das Gelernte wiederum wird
im Gedächtnis gespeichert, um später wieder zur Verfügung zu stehen.
Sensorische Systeme -> Sensorisches Gedächtnis -> Kurzzeitgedächtnis ->
Langzeitgedächtnis
Sensorisches Gedächtnis (Kapazität groß, Speicherung < 1 Sekunde )
-> Extraktion, Selektion
Kurzzeitgedächtnis (Kapazität gering, Speicherung Sek./Min
-> Konsolidierung
Langzeitgedächtnis (Kapazität groß, Speicherung Tage/Jahre)
--Wiederholung --> Kurzzeitgedächtnis
Abruf aus allen 3 Typen möglich
Langzeitgedächtnis wird oft noch in sekundäres und tertiäres Gedächtnis unterteilt, das
tertiäre vergisst nichts
Gedächtnis
– deklarativ (explizit)
Fakten (semantisch)
Ereignisse (episodisch)
-> medialer Temporallappenhippocampus/Zwischenhirn
– prozedural (implizit)
Erwartung
Fertigkeiten und Gewohnheiten
klassische Konditionierung
nichtassoziatives Lernen
-> Striatum, Neokortex, Amygdala, Cerebellum, Reflexkreise
Hippocampus:
– Läsionen im Bereich des Hippocampus und angenzender Regionen gehen mit
anterograder Amnesie einher (neues Wissen kann nicht mehr ins Langzeitgedächtnis
übernommen werden)
– nur das deklarative Gedächtnis ist betroffen
Lernformen
– Einfaches nicht assoziatives Lernen
– assoziatives Lernen (klassische oder operante Konditionierung)
– höhere Formen assoziativen Lernens
– Prägungslernen
– Einsichtiges Lernen
Habituation (einfachste Form nicht-assoziativen Lernens, „stupide“ Wiederholung)
Aplysia: Modellorganismus für einfache Formen des Lernens mit überschaubarem
Nervensystem (ca. 10000 Zellen)
Stimulus löst starke Reaktion aus, bei Wiederholung nimmt Reaktion ab, nach Ruhephase
erfolgt Dishabituation: Stimulus löst wieder stärkere Reaktion aus
sensorische Neurone zeigen keine Anpassung, Motoneurone dafür umso stärker
(Beteiligung der Interneurone)
Hyperekplexie (startle disease)
Genetische Krankheit, die Anpassung verhindert
Renshaw Zelle: inhibitorisches Interneuron, das Reflexbogen hemmt, genetische
Krankheit verhindert inhibitorischen Einfluss
Bsp beim Menschen: Schreckreaktion, Leute sind immer wieder auf gleiche Art und Weise
gleich heftig zu erschrecken
Sensitisierung (andere Form des nicht-assoziativen Lernens)
über cAMP usw Signalkaskade, Konzentrationsveränderungen, jedenfalls alles bekannt
operante Konditionierung
Verstärkung eines auftretendes Verhaltens durch Belohnungsreize (siehe Psycho)
Belohnungsreize durch ICSS : intrakranielle Selbststimulation
Biofeedback, positive z.B. vegetative Reize
Klassiche Konditionierung
Verknüpfung eines bedingten Reizes (CS) mit einem unbedingten Reiz (UCS)
Die Reaktion auf den bedingten Reiz heißt bedingte Reaktion (CR)
Klassische Konditionierung und andere Formen assoziativen Lernens gehen mit LTP
(longterm-Potentiation) in neuronalen Zellen einher (mit der Zeit verstärkte Reaktion oder
verringerte Reaktion auf identischen Reiz möglich)
LTP - zelluläre Grundlage
LTP:
– Aktivierung der NMDA-Rezeptoren
– Aktivierung von 2nd messengern
– retrogrades präsynaptisches Signal
– veränderte Genaktivität
– Neubildung von Synapsen
Sprouting
Donald Hebb: „Cells that fire together wire together“
Konzept der Hebb'schen Synapse: Verstärkung der Strukturellen Verknüpfung durch
simultane Aktivität
Synaptogenese (Langzeitgedächtnis): Neuordnung der Synaptischen Verschaltungen,
lebenslang
Zu Beginn des Lebens relativ ungeordnete aber überallhinlaufende Verschaltungen,
später geordnete, festere Wege
Lautbildung
.... jetzt geht's zu schnell , irgendwann muss ja mal Schluss sein.