Einführung in die Anatomie und Physiologie. Frank Käßner, AZLS Cottbus

Transkript

1 Einführung in die Anatomie und Physiologie 1.Grundlagen der Physiologie Frank Käßner, AZLS Cottbus

2 Vorlesungsplan Grundlagen der Physiologie, Zelle und Gewebe Physiologie des Bewegungsapparates, des Blutes und des endokrinen Systems Physiologie des Herz- und Gefäßsystems Physiologie der Atmungsorgane Physiologie der Verdauungsorgane, Harnwege und und Geschlechtsorgane; Fortpflanzung und Geburt Physiologie des Gehirns, Nervensystem und der Sinnesorgane

3 Inhaltsübersicht 1. Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes

4 Einführung in die Physiologie und Pathophysiologie Literatur - Der Körper des Menschen (Adolf Faller, Michael Schünke, 2008) - Der Mensch, Anatomie und Physiologie (Johann S. Schwegler, 2002) - Physiologie ( Behrends et all, 2009 ) Weitere Quellen:

5 Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie Physiologie: (griech.)physis + Logos = Lehre von natürlichen Lebensvorgängen umgangssprachlich h heißt physiologisch i h : natürlich, nicht pathologisch h Pathophysiologie: Lehre von krankhaften Veränderungen Anatomie:(griech.): Zergliederung Wissenschaft vom Bau der Lebewesen Anatomie: Hardware Physiologie: Software

6 Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie -Begriffsprägung : Jean Francois Fernel ( ) -französischer Arzt und Astronom(!) () (entdeckte das Rückenmark,bestimmte Erdumfang mittels Meridianmessung Paris-Amiens)

7 Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie Physiologie i war in der Antike der Begriff für die gesamte Naturwissenschaft- und auch die moderne Physiologie bietet das gesamte Spektrum experimenteller und analytische Methoden..., nun allerdings in Anwendung an das Lebendige und seine Funktionen... auch insofern- aber nicht nur deshalb- ist die Physiologie i die Mutter aller Disziplinen i der klinischen i Medizin... i (J. C. Behrends) Die Physiologie sucht nach dem Unterschied zwischen dem Ganzen und der Summe seiner Teile. Die Suche führt vielleicht am nächsten an das heran, was Leben und Krankheit ausmacht. (H. Ehmke) Die Physiologie ist ein riesiger Abenteuerspielplatz p für neugierige g Menschen. Sie bietet eine gigantische Vielfalt von spannenden Forschungsfragen, die letztlich alle darauf zielen, den Menschen zu verstehen (St. Frings) Das Faszinierende der Physiologie entsteht, wie bei anderen Wissenschaften auch, im Auge des Betrachters. Aber dieses ist ein physiologischer Prozess und das ist das Faszinierende. (E. Wischmeyer)

8 1. Grundlagen der Physiologie 1. Grundlagen der Physiologie Inhaltsübersicht 1.Grundlagen der Physiologie 2.Grundlagen der Physiologie der Zelle 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes

9 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen 1.Grundlagen 1.1. Stoffmengen und Konzentrationen 1.2. Osmose 1.3.Stofftransport

10 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Stoffmenge und Konzentration Die unterschiedliche h Konzentration ti eines Ions oder Moleküls in Zellkompartimenten ist Grundvoraussetzung für alle zellulären Prozesse. Um die Konzentration eines Moleküls anzugeben, benötigt man ein Maß für seine Menge: Masse Stoffmenge Kg, g, mg mol, mmol Volumen l, ml m³ 1 Liter = 10x10x10 cm³

11 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Stoffmenge und Konzentration 1 mol enthält 6,022 x10²³ Teilchen (Avogadro Konstante) Dies entspricht der Anzahl von ¹²C Atomen in 12 g reinem Kohlenstoff Die atomare Masseeinheit wird definiert als 1/12 eines Kohlenstoffatoms ¹²C und wird in Da (Dalton) angegeben. Das relative Molekulargewicht eines Atoms oder Moleküls wird auf diese Masseneinheit bezogen, d. h. reines ¹²C hat die Massenzahl 12. Aus der Massenzahl (Atom- oder Molekulargewichtstabelle) lässt sich demnach ableiten, wie viel Gramm einer Substanz man benötigt, um eine bestimmte Konzentration in einem Lösungsmittel herzustellen. Wieviel Gramm NaCl muß man in 1 Liter lösen, um eine Lsg. der Konzentration von 1mol/ l zu bekommen, wenn die Massenzahl von NaCL 58,44 Da beträgt?

12 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Stoffmenge und Konzentration ti Molare Konzentration -mol/l (Volumen) Molale Konzentration -mol/kg (Masse) Aktivität: Durch die in höher konzentrierten Lösungen wirkenden Anziehungskräfte können sich nicht alle Teilchen völlig unabhängig voneinander bewegen. Deshalb ist die wirksame Konzentration/Aktivität A kleiner als die wirkliche Konzentration c: A= c x f der Aktivitätskoeffizient f ist eine komplexe Funktion der Ionenstärke I

13 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Stoffmenge und Konzentration Ph- Wert: beschreibt die Konzentration freier Wasserstoffionen ([H+]) Eigenschaften von Proteinen sind stark von der sie umgebenen H+Ionenkonzentration abhängig Diese kann sich um mehrere Zehnerpotenzen ändern Ph =-log [H+] Magen: ph =1 (negativer dekadischer Logarithmus) =Ionenkonzentration 100 mm Blut: ph= 7,36-7,44 7,44 < 7,36 =Azidose >7,44 = Alkalose Urin: ph= 4,5-8,0 =Ionenkonzentration ( 9 39nM (39,8 x 10 schmaler ph-bereich wird durch Puffer gesichert: CO2/HCO3 und Proteine (vor allem Hb)

14 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Referenzskala für Urinteststreifen ( U-stix )

15 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Blutgase 02/ CO2, mmhg, kpa P Gas = F Gas x P gesamt Jedes Gas übt innerhalb eines es Gasgemischs sc s einen e Teildruck ( Partialdruck P Gas) des Gesamtdrucks (P gesamt) aus, der seinem Anteil am Gemisch (Fraktion F Gas) proportional ist. Dalton Gesetz : einzelne Partialdrücke addieren sich zum Gesamtduck eines Geasgemisches Henry- Gesetz : CGas= PGas x α Gas (Löslichkeitskoeffizient) Die Konzentration eines in Flüssigkeit gelösten Gases ist seinem Partialdruck proportional

16 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Blutgasanalyse [1/3] Aus wenigen Tropfen Blut Bestimmung von - Sauerstoff - Kohlensäure - Säuregrad (ph) - Kohlenmonoxid (Rauchen)

17 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Blutgasanalyse [2/3] Normwerte: Hypoxämie Hyperkapnie Respiratorische Partialinsuffizienz Respiratorische Globalinsuffizienz

18 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Konzentrationen Blutgasanalyse [1/3] pink puffer Blue bloater

19 1. Grundlagen der Physiologie Stoffmengen und Osmosen Stoffmenge und Konzentration -po2 <55 Torr -po Torr bei COPD mit cor pulm u. sek. Polyglobie -Abfall des po2 auf unter 55 Torr bei körperlicher Belastung -Hypoxämie während des Schlafes -COPD(A1-AT-Mangel) -Lungenfibrosen, CF -chron. Lungengefäßerkrankungen (PAH) -rezidivierende Lungenembolien -Herzinsuffizienz -Bronchialkarzinom i -Z.n. Lungenresektionen -Thoraxwand- und Wirbelsäulendeformitäten

20 1. Grundlagen der Physiologie 1.2. Osmose 1.Grundlagen 1.1. Stoffmengen und Konzentrationen 1.2. Osmose 1.3.Stofftransport

21 1. Grundlagen der Physiologie 1.2. Osmose 1.2. Osmose Diffusion eines Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran. Ursache dafür sind die Konzentrationsgradienten der Stoffe, für die diese Membran nicht permeabel ist. Der Reflexionskoeffizient σ gibt die Membran an: 0= völlig durchlässig 1= völlig undurchlässig für gelöste Teile ( ideal semipermeabel) Beispiel:Lipidmembranen: Keine Durchlässigekeit für gelöste Stoffe ohne geeignete Transportproteine: Ionen oder Wasserkanäle (Aquaporine)

22 1. Grundlagen der Physiologie 1.2. Osmose Experiment: Wasser strömt entlang seines Konzentrationsgefälles in die Zuckerlösung ein, während die Zuckermoleküle durch die semipermeable Membran an der Passage gehindert werden Wasser Wasser Der hydrostatische Druck, bei dem sich Wasserein- und Wasseraustrom schließlich die Waage halten entspricht dem osmotischen Druck p osm, den die gelösten Teilchen ausüben.

23 1. Grundlagen der Physiologie 1.2. Osmose Van`t Hoff Nach van t Hoff gilt: P osm = R x T x σ x c R= allgemeine Gaskonstante, T= absolute Temperatur in Kelvin σ =Reflexionskoeffizienz, C=Konzentration osmotisch wirksamer Teilchen Im menschlichen Organismus wird der hydrostatische Druck wesentlich durch die Na+-Konzentration bestimmt, da Na+ extrazellulär das dominierende Kation darstellt. Konzentration osmotisch wirksamer Teilchen: Osmolarität (bezogen auf Volumen der Gesamtlösung) Osmolalität (bezogen auf Masse des Lösungsmittels) Der osmotische Druck, der durch große Makromoleküle (Kolloide, überwiegend Proteine) entsteht, wird auch als kolloidosmotischer oder onkotischer Druck bezeichnet.

24 1. Grundlagen der Physiologie 1.2. Osmose Beispiele: Diabetes mellitus Insulinmangel, Hyperglycämie, Hyperurämie, Diurese osmotisch bedingte vermehrte Wasserausscheidung Zunehmendes Durstgefühl Ödeme Flüssigkeitsansammlungen im interstitiellen Raum Erniedrigung des kolloidosmotischen Drucks im Blut( meist durch Eiweißverlust ( Proteinurie) Austreten durch die Gefäße in das Gewebe Cave:Infusionen sollten immer isoton sein, d.h. den gleichen osmotischen Druck wie das Blutplasma erzeugen!

25 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport 1.Grundlagen 1.1. Stoffmengen und Konzentrationen 1.2. Osmose 1.3. Stofftransport

26 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport 1.3. Stofftransport Ungleichmäßige Verteilung von Molekülen im menschlichen Körper Kompartimentierung ( Zellen, Organellen) Aktiver Transport Diffusion Filtration Konvektion Passiver Transport

27 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport A Diffusion Bewegung von Stoffen in wässrigen Lösungen oder Gasen, aber auch durch Lipidmembranen. Ursache ist die zufällige thermische Eigenbewegung der Moleküle (Brown sche Molekularbewegung), die den Ausgleich von Konzentrationsunterschieden bewirkt. Eine Bewegung von Substanzen erfolgt immer entlang des Konzentrationsgradienten vom Ort der höheren zum Ort der niedrigeren Koenzentration. Der Konzentrationsgradient ist somit die chemische Triebkraft der Diffusion. Lipiddoppelschicht einer Zellmembran: nur für lipophile Substanzen oder mit Hilfsmitteln zu passieren 1. Fick sches Diffusionsgesetz: J = -D x A x c D= Diffusionskoeffizient; A= Fläche; c= Konzentrationsgradient Pro Zeiteinheit transportierte Stoffmenge ist proportional zu Konzentrationsgradient und Fläche der Membran.

28 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Einfache Diffusion Bewegung von Stoffen in wässrigen Lösungen oder Gasen, aber auch durch Lipidmembranen ohne Hilfe von Transportproteinen. Membranpassage von Steroidhormonen Diffusion von O2 aus den Alveolen der Lunge in das Blut der Lungenkapillaren

29 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport Passiver Transport Einfache Diffusion Fläche aller Lungenbläschen eines Menschen: ca. 100 m 2

30 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion

31 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion

32 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion

33 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion i

34 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion

35 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion Fluß (l/sek.) exspiratorisch Spitze deutlich Nadel möglich sehr steiler Anstieg bis zur Spitze Delle möglich Kurve beginnt und endet im Nullpunkt Volumen (l) Großer Bauch auch bei der Einatmung Fluß (l/sek.) inspiratorisch Kurve läuft aus kein Abbruch

36 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport Störungen der Diffusion Fluß (l/sek.) Lungenemphysem Normalbefund: gestrichelte Kurve Volumen (l) Wichtig: Der Verlauf der Fluß-Volumen-Kurve gibt Aufschluß über die Art der Atemwegserkrankung!

37 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport passiver Transport B Filtrationti Unter Filtration versteht man den Stofftransport durch einen Filter ( oder eine Membran) aufgrund eines hydrostatischen Druckgradienten Aszites...Ansammlung freier Flüssigkeit in der Bauchhöhle. Ursachen: Erhöhter Pfortaderdruck Erniedrigter kolloidosmotischer Druck aufgrund Eiweißmangel Erhöhte parazelluläre Transportraten infolge erhöhter Membranpermeabilität (entzündlich, toxisch, karzinogen)

38 1. Grundlagen der Physiologie passiver Transport C Konvektion Wird Materie oder Energie mithilfe von Trägerstoffen transportiert ti t spricht man von Konvektion Ein Transport mittels passiver Membrantransportproteine (Kanäle) folgt immer dem chemischen (oder osmotischen) und bei geladenen Teilchen zusätzlich dem elektrischen Gradienten elektrochemische ee toc e etriebkraft at Passive Transporter: Ionenkanäle, Aquaporine(Wasserkanäle), junktionale Kanäle (Gap-junction oder tight junction- Kanäle)

39 1. Grundlagen der Physiologie passiver Transport C Störungen der Konvektion z.b. Mukoviszidose, zystische Fibrose (CF) 5 ½ jähriger Junge mit Mucoviscidose...autosomal rezessive vererbte Krankheit vom zähen Schleim Mutation CFTR(zystischer Fibrose-Transmembran- Regulator) defekte Chlorid- Ionen- Kanäle gestörter Wasser und Elektrolyt-Transport Bildung von zähem Schleim in allen exokrinen Drüsen (Bronchialsystem, Pankreas, Gallenwege, Schweißdrüsen, Gonaden, Dünndarm)

40 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport aktiver Transport Beim aktiven Transport werden Substanzen mithilfe von Carriern unter Aufwendung von Energie entgegen ihre Konzentrationsgradienten transportiert A Primärer aktiver Tansport B Sekundärer aktiver Transport

41 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport aktiver kti T Transportt Aktive und p passive Membrantransporter p

42 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport primär aktiver Transport Beim primär aktiven Transport binden Carrier zu transportierende Moleküle auf der einen Membranseite und geben sie auf der anderen Seite wieder frei. Bei diesem Transport wird direkt ATP verbraucht. Beispiele: Na+K+-ATPase (in allen Zellen Transport von 3 Na + ins Interstitium und 2 K+ ins Zytosol) H+-K+ATPase (liefert H+ für Bildung der Magensäure) Wird dabei eine Nettoladung transportiert, handelt es sich um einen elektrogenen Transport

43 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport sekundär aktiver Transport Beim sekundären aktiven Transport wird die potenzielle chemische Energie (Triebkraft) eines bestehenden Gradienten, der zuvor unter ATP- Verbrauch aufgebaut worden ist, ausgenutzt, um andere Ionen oder Substanzen gegen ihre Konzentrationsgradienten zu transpüortieren gekoppelter Transport Antiporter: transportieren Moleküle im Austausch gegeneinander, e also in entgegengesetzter geset te Richtung Na+Ca²+-Antiporter: Ca²+-Transport in der Herzmuskelzelle (Erschlaffung) Symporter: transportieren Moleküle in die gleiche Richtung Na+Glucose- Symporter:Aufnahme von Glucose im Verhältnis 1:1 mit Na+ unter Ausnutzung des Na+ - Gradienten in Enterozyten im Darm

44 1. Grundlagen der Physiologie 1.3 Stofftransport aktiver Transport Transport über Zellverbände Großflächige Barieren, die bestimte Bereiche des Körpers von anderen abgrenzen:epithelien in Haut, Magen, Darm,Lunge sowie Endothelien der Blutgefäße und Gliazellen des ZNS Blut-Hirn-Schranke, Blut-Liquor- Schranke Transzellulärer Transport Parazellulärer Transport Interzellulärer lä Transport

45 1. Grundlagen der Physiologie der Zelle 1.3 Stofftransport aktiver Transport Transport über Zellverbände

46 1. Grundlagen der Physiologie der Zelle 1.3 Stofftransport aktiver Transport Transzellulärer Transport Substanzen werden durch die Zellen hindurch transportiert. Vereinfachung durch funktionelle Polarisierung der Zellen Durch die Expression unterschiedlicher Transportproteine in der basolateralen und apikalen Membran können Substanzen auf der einen Seite der Zelle aufgenommen und auf der anderen Seite wieder abgegeben werden.

47 1. Grundlagen der Physiologie der Zelle 1.3 Stofftransport aktiver Transport Parazellulärer lä Transport Substanzen werden zwischen den Zellen hindurch transportiert. Hierbei hängt die Transportrate von der Fenestrierung ( Löchrigkeit ) des Epi- oder Endothels ab.die Zellen sind durch den aus Tight junctions und Desmosomen gebildeten Schlussleistenkomplex miteinander verbunden. Tight junctions (Zonula occludens) bestehen aus drei Proteinklasen:den junktionalen Adhäsionsmolekülen ( JAM), den Claudinen und den Occludinen. Die genaue Protein- Zusammensetzung der Tight junctions bestimmt die Dichtheit des Epithels. Lecke Barrieren (proximaler Tubulus der Niere oder Dünndarm) +++ Wichtige Transportart: Solvent drag (Mitreißen von in H20 gelösten Teilchen Relativ dichte Barrieren (Blut-Hirn-Schranke, Dickdarm) + Undurchlässige Barrieren (Blase, Epidermis) -

48 1. Grundlagen der Physiologie der Zelle 1.3 Stofftransport aktiver Transport Intrazellulärer Transport Substanzen werden zwischen benachbarten Zellen transportiert. Konnexone ( Gap junctions, Nexus) sind porenförmige Zellverbindungen, die z.b. Epithelzellen, ll Nervenzellen oder Herzmuskelzellen miteinander verbinden. Sie dienen dem Ionen- und Stofftransport zwischen benachbarten Zellen und bilden. Bakterielle Gifte können durch eine gesteigerte camp abhängige Aktivierung von CL - Kanälen die CL - Sekretion in den Darm erhöhen: aufgrund von Osmose Erhöhung der Flüssigekitssekretion osmotische Diarrhoe nichtrespiratorische Azidose (Flüssigkeit- und Elekrolytverlust) Eksikkose Cave: hypovolämischer Schock

49 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle Inhaltsübersicht 1. Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes

50 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Die Zelle ist der Grundbaustein des menschlichen Körpers sowie aller Tiere und Pflanzen. Sie ist die kleinste selbstständig lebende Einheit. Einzeller Mehrzeller O2- Transport Vermehrung Erythrozyt y Keimzelle Erregungsleitung Nervenzelle Anzahl der Zellen im menschlichen Organismus: Anzahl der Zellen als Erythrozyten im Blut: Anzahl der Zellen im Nervensystem: 75x10¹² 25x10¹² 100x10٩

51 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zellgröße: 5 μm (Bindegewebszellen- 15 μm( weibliche Eizelle) bis 1 m (Nervenzellen mit Fortsätzen) Zellform: rund (Eizellen) mit Fortsätzen (Nervenzellen, Bindegewebszellen) spindelförmig, platt (Muskelzellen) kubisch, hochprismatisch (Epithelzellen) Zelleigenschaften Stoffwechsel und Energiegewinnung Vermehrung und begrenzte Lebensdauer Reizaufnahme und Reizbeantwortung

52 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Flüssiger Zellleib (Zytoplasma) Zellkern (Nucleus) Zellmembran (Plasmalemm) Zellorganellen Zelleinschlüsse

53 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle

54 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle

55 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zellmembran: Plasmalemm hat einen typischen dreischichtigen Aufbau aus zwei wasserlöslichen Komponenten und einer fettlöslichen Komponente(Lipiddoppelschicht aus 2 Lagen von Lipidmolekülen (Phospholipide, Cholesterin) Glykokalix:dünne Schicht ht komplexer Zuckermoleküle (Einheitsmembran= Barierre zwischen Zellinnerem und extrazellulärem Raum)

56 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Transport großer Moleküle: Durch vesikulären Transport können können große Moleküle die Zellmembran überwinden: Endozytose/ Phagozytose(in die Zelle hinein) Exozytose( Verschmelzen von Vesikeln mit der Zellmembran und Abgabe von Stoffen aus der Zelle hinaus in die extrazellulär Flüssigkeit) Vesikel: abgeschnürte Membranbläschen mit extrazellulärem Medium

57 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zytoplasma und Zellorganellen Das Zytoplasma umgibt den Zellkern. Es besteht aus: Hyeloplasma oder Zytosol( intrazelluläre Flüssigkeit) Zellorganellen ( erfüllen Stoffwechselfunktionen) Zelleinschlüsse (Paraplasma- Stoffwechselprodukte der Zelle) Zellorganellen: - endoplasmatisches Retikulum - Ribosomen - Golgi- Apparat - Lysosomen - Zentriolen - Mitochondrien Geformte Bestandteile, die sich auf besondere Aufgaben spezialisiert haben Arbeitsteilung wie in Abteilungen eines Betriebes

58 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zellkern...außer Erythrozyten bei allen Zellen- manchmal mehr Betriebsleitung und Archiv für die Baupläne der Zellen DNS/ DNA ( Desoxyribonukleinsäure bzw.desoxyribonucleid acid) enthalten Erbmaterial ( Gene) 23 Chromosomenpaare enthalten ca. 2x Erbmerkmale Karyogramm

59 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zellkern Die DNA hat 3 wichtige Funktionen: Speicherung der genetischem Information( genetischer code) Übertragung der Information der Biosynthese von Eiweißen Identische Verdoppelung (Replikation) der genetischen Information bei der Zellteilung

60 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Replikation Verdoppelung des genetischen Materials

61 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Mitose Zellteilung Spiralisierung Streckung Aufteilung der Chromosomen Streckung 2 Chromatiden Durchtrennung Auseinanderrücken der Tochterchromatiden

62 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Meiose Reduktions- oder Reifeteilung

63 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Cave: Bestimmte t Medikamente können Zellkern zerstören! -> Zytostatika Verhinderung einer geregelten Zellteilung Unspezifiische Wirkung, d. h..an allen Zellen Besonders schädigend an Zellen mit hoher Zellerneuerungsrate (Haarfollikel, Zellen des Verdauungstraktes, blutbildendes Knochenmark, Keimzellen der Hoden gesetzlich t h vorgeschriebene Vorkehrungen im Umgang mit Zytostatika

64 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Mitochondrien Wenn der Zellkern die Betriebsleitung ist, dann sind die Mitochondrien o das Blockheizwerk e Energiegewinnung durch O2 verbrauchenden Nährstoffabbau (aerober Stoffwechsel, aerobe Glycolyse) Erzeugung von ATP und Wärme

65 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Ribosomen In der Produktionskette des endoplasmatischen Retikulums sind die Ribosomen sie eigentlichen Fließbandarbeiter Produktion von Eiweißen 2 Eiweißketten, die derart gelagert sind, dass sie eine langkettige Boten- RNS bzw. Messenger RNS umschließen können, die die Informationen aus der Zellkern erhalten und neue Peptidketten produzieren können

66 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Golgi- Apparat Ort der Endmontage und der Qualitätskontrolle Anheften von für die Glycokalix typischen Zuckerreste an neu hergestellte Membranproteine für den Einbau in die Zellmembran ( Glykoproteine)

67 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zytoplasmatische Vesikel Verpackungsmaterial vom Mykoplasma abgegrenzte Bläschen mit einem typischen Durchmesser von 0,1-1 μm

68 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Zytoskelett Bilden in der Fabrik Zelle das Tragegerüst Transportwege und Förderbänder d relativ starre Mikrotubuli (Mikrovilli oder Zilien) bewegliche Mikrofilamente Versorgung von vom Zelleib entfernten Nervenendigungen mit Mitochondrien o bzw. Synaptischen Vesikeln e Kraftvolle Verkürzung der Muskulatur(Skelettmuskelfasern bestehen fast ausschließlich aus regelmäßig g angeordneten Zytoskelett (Sarkomer) Zellbeweglichkeit

69 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Funktionsstörung von Mikrotubuli Gift der Herbstzeitlosen Colchicin inhibiert die Funktion der Mikrotubuli Störungen der Zellbeweglichkeit und Zellteilung (Atem)Lähmungen, Krämpfe -therapeutischer Einsatz von Colchicin bei Gicht: Hemmung der Beweglichkeit von Phagozyten, die die im Rahmen der Gicht entstehenden Harnsäurekristalle phagozytieren dadurch Hemmung der Entzündung Cave:Nebenwirkungen von Colchicin ( Diarrhoe, Erbrechen)

70 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Elektrische Vorgänge an Zellen A)Das Ruhemembranpotential durch unterschiedliche Verteilung im intra- und extrazellulären Bereich entstehende Potentialdifferenz

71 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Elektrische Vorgänge an Zellen A)Das Ruhemembranpotential Der intrazelluläre Raum weist in Ruhe eine negative Ladung auf ( mv) durch die Ionenpumpe werden über spezielle Kanäle Kaliumionen in die Zelle hineintransportiert und Natriumionen aus der Zelle heraustransportiert Extrazellulärraum Ionenpumpe: 1 Enzym, das ATP spaltet (Na+K+-ATPase) ENERGIE Intrazellulärraum

72 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Elektrische Vorgänge an Zellen A)Störungen des Ruhemembranpotentials ti 02- Mangel ( keine Bildung von ATP) Stoffwechselgifte ( Cyanide) Herzglykoside ( Digitalis= Fingerhut) binden an Na+-K+ ATPase und hemmen den Na+- K+ - Antiport. Dadurch wird Ca ²+ nicht mehr so effizient aus der Zelle transportiert. Dadurch steigt es an, was die Kontraktilität der Herzmuskelzellen erhöht. (positiv inotrop) Erhöhung der Pumpleistung Senkung der Herzfrequenz ( negativ chronotrop) zudem Hemmung der Erregungsüberleitung am av- Knoten (negativ dromotrop) Einsatz bei Herzinsuffizienz und Tachycardien Cave: Überdosierung!

73 2. Grundlagen der Physiologie der Zelle 2. Physiologie/ Pathophysiologie der Zelle Elektrische Vorgänge an Zellen B)Abweichung vom Ruhepotenzial In fast allen Zellen kann zu einer Abweichung des Ruhepotentials kommen.als elektrisch erregbar bezeichnet man aber nur diejenigen i Zellen, die ein Aktionspotential ausbilden können: Nervenzellen Muskelzellen Sinneszellen

74 Inhalt Inhaltsübersicht 1.Grundlagen der Physiologie/ Pathophysiologie 2.Grundlagen der Physiologie der Zelle 3.Grundlagen der Physiologie des Gewebes

75 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes Gewebelehre= Histologie Gewebe sind Verbände von gleichartig differenzierten Zellen und deren Abkömmlinge. Sie üben eine oder mehrere bestimmte Funktionen aus. Epithelgewebe Binde- und Stützgewebe Muskelgewebe Nervengewebe

76 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 3. Physiologie/ Pathophysiologie des Gewebes 3. Physiologie/ Pathophysiologie des Gewebes 1.Epithelgewebe(2/3 aller Zellen) Oberflächenbildende Epithelien Drüsenepithelien Sinnesepithelien alle Epithelien sitzen einer dünnen Basalmembran ( Glashaut) auf, die dem Epithel mechanischen Halt gibt Bedeckung von äußeren und inneren Oberflächen des Körpers ( Protektion) Verbindung mit der Umwelt durch Stoffausscheidung (Sekretion) und Stoffaufnahme ( Resorption) Produktion von Sekreten ( endogene und exogene Drüsen) Beteiligung am Aufbau von Sinnesorganen, Vermittlung von Sinnesempfindungen (Netzhaut am Auge)

77 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes Epithelgewebe Epithelgewebe Hautgewebe( Epidermis) Dünndarmzotten In der Phase der Je stärker ein Deckepithel Wundheilung wachsen mechanisch belastet wird, desto verhornte Epithelien vom umfangreicher verhornt das Epithel.Bildung einer weißlichen Wundrand in die Wunde Hornschicht: Leukoplakie hinein. Cave: Präkanzerose/ Karzinom

78 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes Epithelgewebe Epithelgewebe - 2/3 aller Zellen exokrine Drüse Netzhaut im Auge

79 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 2.1.Bindegewebe Bindegewebe Bindegewebszellen Zwischenzellsubstanz ( Interzellularsubstanz,Extrazellularmatrix) Art und Anordnung der Zellen: Lockeres faserarmes Bindegewebe Straffes faserreiches Bindegewebe Retikuläres Bindegewebe Fettgewebe

80 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 2.1.Bindegewebe Funktionen des Bindegewebes Bindefunktion ( Umhüllung und Verbindung der Organe, Gefäße und Nerven) Stoffwechselfunktion ( Diffusion von Nährstoffen in der Interzellularsubstanz zu den Zellen- Nährstoffverteilung) Wasserhaushalt ( Speicherung von Flüssigkeit in Spalträumen- cave : Ödembildung!) Wundheilung ( Bildung von Granulationsgewebe, das später in Nervengewebe übergeht) Abwehr ( z.b. freie Bindegewebszellen wie Leukozyten, Bildung von Antikörpern, Phagozytose) Speicherfunktion ( Fettgewebe als Kalorienspeicher)

81 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 2.2.Stützgewebe Stützgewebe Besteht wie Bindegewebe aus Mesenchym ( embryonales Bindegewebe): Knorpel- und Knochengewebe Chordagewebe( ähnlich dem Fettgewebe, doch mehr Wasseranteile- z.b: Zwischenwirbelscheibe) Zahngewebe

82 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 3.Stützgewebe Muskelgewebe chemische und elektrische Erregung ( wie Nervenzelle) Fähigkeit zur Verkürzung ( Kontraktion) Fasern bis zu 20 cm Länge Funktion im Wärmehaushalt ( bei Kontraktion wird Wärme frei) Beteiligung am Aufbau von Sinnesorganen, Vermittlung von Sinnesempfindungen (Netzhaut am Auge)

83 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 3. Muskelgewebe Hypertrophie / Atrophie Hypertrophie: Muskelzuwachs Atrophie: Muskelschwund Schlaffe Lähmung: Unbeweglichkeit des Muskels bei Fehlen des Muskeltonus ( Myopathie, zerebrale Lähmung) Spastische Lähmung: Unbeweglichkeit des Muskels bei gleichzeitiger Erhöhung des Muskeltonus ( Kinderlähmung) Muskelkater: Keine lokale Anhäufung von Milchsäure sondern Folge von Mikroläsionen Leichenstarre: Erstarrung der Muskeln ( Rigor mortis) ca h nach Eintritt des Todes

84 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 4. Nervengewebe Neuronen Jede einzelne Nervenzelle ( Neuron ) funktioniert wie ein PC, der meist mehrere Eingangssignale ( inputs- sog. afferente Signale) erhält, verarbeitet und daraus ein einziges Ausgangssignal ( output- sog. efferentes Signal ) herstellt. Neuronen stehen über Synapsen in Verbindung und bilden Neuronenketten bzw. Neuronenkreise (efferent) (Neurit) (afferent)

85 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 4. Nervengewebe Chemische Synapsen 2 Vorgänge g führen zu einer Depolarisierung der Nervenzellen: 1.) von außen auf das NS einwirkende Reize ( Licht, mechanische oder thermische Reize) 2.) von Synapsen übertragene Erregungen von einem Axon auf eine andere Nervenzelle Die überwiegende Zahl der Synapsen im zentralen und peripheren Nervensystem sind chemische Synapsen. Synapse

86 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 4. Nervengewebe Funktion von Synapsen Ventilfunktion Bahnungsfunktion Hemmungsfunktion Gedächtnis und Lernfunktion Mechanismus der synaptischen Übertragung: Aktivierung von Transmittern aus den Vesikeln Diffusion durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran die dortigebindung führt entweder zur Depolarisation ( Weiterleitung der Erregung) oder zur Hyperpolarisation ( Hemmung der Weiterleitung) die wichtigsten Neurotransmitter sind: Azetylcholin und Glutamat die wichtigsten hemmenden Überträgerstoffe sind: Glycin und Gamma- Aminobuttersäure ( GABA)

87 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 4. Nervengewebe Neuromuskuläre Erkrankungen Multple Sklerose ( MS) - neuromuskuläre Erkrankung, zurückführbar auf eine Nervenentzündung Cave : Proteine, die eine essenzielle Rolle bei der präsynaptischen Neurotransmitterfreisetzung spielen sind Angriffspunkt verschiedener Toxine Chlostridium tetani ist der Erreger des Wunstarrkrampfes.Gelang es in eine Wunde kann es sich unter anaeroben Bedingungen vermehren und das Neurotoxin Tetanospasmin bilden. Tetanus Überaktivierung der neuromuskulären Signalübertragung erhöhter Muskeltonus Durch äußere Reize ausgelöste Krämpfe Risus sardonis ( verzerrter Gesichtsausdruck) Trismus ( Kiefersperre) Opisthotonus ( Überstreckung durch Steifheit von Rücken- und Nackenmuskulatur)

88 3. Grundlagen der Physiologie des Gewebes 4. Nervengewebe Einfluss von Neurotoxinen Chlostridium botulinum bildet sieben verschiedene Typen eines Neurotoxins Irreversible Hemmung der Acetylcholinfreisetzung an der peripheren Nervenendplatte Ausbleiben der Muskelerregung Lähmung der Gesichts- und der Atemmuskulatur Doppeltsehen, Obstipation, Ileus Botulinumtoxin A führt ledigllich zur Abschwächung der Neurotransmitterfreisetzung und findet in entsprechender Dosierung Anwendung in der Schönheitschirugie