Physiologie des Menschen

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1 Robert F. Schmidt (Hrsg.) Florian Lang (Hrsg.) Gerhard Thews (Hrsg.) Physiologie des Menschen 29., vollständig neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Mit 598 vierfarbigen Abbildungen in 1127 Einzeldarstellungen und 78 Tabellen Springer

2 Inhaltsverzeichnis I Allgemeine Physiologie der Zelle Grundlagen der Zellphysiologie 3 H. Oberleithner Bestandteile einer Zelle Zytoskelett und Zelldynamik Funktionelle Systeme der Zelle Zellreproduktion und Wachstum Regulation des Zellvolumens Literatur Signaltransduktion 25 E.Gulbins, F. Lang 2.1 Regulation der Aktivität und Expression von Effektormolekülen Rezeptoren und heterotrimere G-Proteine Zyklische Nukleotide als Second Messenger Calcium-vermittelte Signale Regulation von Zellproliferation und Zelltod Eikosanoide 35 Literatur 37 3 Transport in Membranen und Epithelien M. Fromm 3.1 Transmembranale Transportproteine Zusammenspiel von Transport und Barrierefunktion in Epithelien Aktiver und passiver Transport Typische Anordnung epithelialer Transporter Literatur Grundlagen zellulärer Erregbarkeit B. Fakten C. Fahlke 7J 4.1 Funktionsprinzipien von lonenkanälen Aufbau spannungsgesteuerter Kationenkanäle Gating von Kationenkanälen Spannungsgesteuerte Anionenkanäle Ligandaktivierte lonenkanäle Grundlagen des Ruhemembranund Aktionspotentials 78 8 Literatur Erregungsleitung und synaptische 8.2 Übertragung ]. Dudel, M. Heckmann Reiz und Elektrotonus Fortleitung des Aktionspotentials Auslösung von Impulsserien durch langdauernde Depolarisation Chemische synaptische Übertragung, erregend und hemmend Synaptische Überträgerstoffe Interaktionen von Synapsen Mechanismus der Freisetzung der Überträger- 9.3 Stoffe, synaptische Bahnung Synaptische Rezeptoren Synaptische Plastizität 110 Elektrische synaptische Übertragung 113 Literatur 115 Kontraktionsmechanismen 116 W.A. Linke, G. Pfitzer Muskelarten und Feinbau der Muskelfasern Molekulare Mechanismen der Kontraktion quergestreifter Muskeln 120 Kontraktionsaktivierung im quergestreiften Muskel 123 Zentralnervöse Kontrolle der Skelettmuskelkraft 126 Skelettmuskelmechanik 128 Energetik der Skelettmuskelkontraktion 133 Bau, Funktion und Kontraktion der glatten Muskulatur 135 Regulation der Kontraktion der glatten Muskulatur 137 Literatur 143 II Integrative Leistungen des Nervensystems Motorische Systeme 147 M. Wiesendanger Funktionelle und strukturelle Organisation der Motorik im Überblick 148 Stehen und Gehen 151 Propriospinaler Apparat des Rückenmarks 154 Spinale Reflexe 155 Sensomotorische spinale Integration und Hemm-Mechanismen 162 Zielbewegungen des Armes und Greifen 164 Funktionelle Organisation der motorischen Rindenfelder 171 Funktionelle Organisation des Zerebellums 174 Funktionelle Organisation der Basalganglien Bereitschaft und Einstellung zum Handeln 182 Literatur 186 Allgemeine Physiologie der Großhirnrinde 187 N. Birbaumer, R. F. Schmidt Aufbau der Großhirnrinde 188 Analyse der Großhirnaktivität mit EEG und MEG 192 Analyse der Großhirntätigkeit mit EKP 197 Analyse der Großhirntätigkeit mit bildgebenden Verfahren 199 Literatur 203 Wachen, Aufmerksamkeit und Schlafen N. Birbaumer, R. F. Schmidt Zirkadiane Periodik als Grundlage des Wach-Schlaf-Rhythmus 205 Wach-Schlaf-Verhalten des Menschen 208 Die physiologischen Aufgaben der Schlafstadien 213 Neurobiologie der Aufmerksamkeit 215 Subkortikale Aktivierungssysteme 220 Literatur 223

3 10 Lernen und Gedächtnis 224 N. Birbaumer,R.F. Schmidt 10.1 Formen von Lernen und Gedächtnis Plastizität des Gehirns und Lernen Zelluläre und molekulare Mechanismen von Lernen und Gedächtnis Neuropsychologie von Lernen und Gedächtnis 236 Literatur Motivation und Emotion 240 W. Jänig, N. Birbaumer 11.1 Emotionen als physiologische Anpassungsreaktionen Die zentralen Repräsentationen der Emotionen Die Emotionen Freude und Sucht Hunger Sexualverhalten 257 Literatur Kognitive Funktionen und Denken 260 N. Birbaumer, R. F. Schmidt 12.1 Zerebrale Asymmetrie Neuronale Grundlagen von Kommunikation und Sprache Die Assoziationsareale des Neokortex: Höhere geistige Funktionen 267 Literatur 270 III Allgemeine und Spezielle Sinnesphysiologie 13 Allgemeine Sinnesphysiologie 273 H. O. Handwerker 13.1 Sinnesphysiologie und Wahrnehmungspsychologie Sinnesmodalitäten und Selektivität der Sinnesorgane für adäquate Reizformen Informationsübermittlung in Sensoren und afferenten Neuronen Molekulare Mechanismen der Transduktion Informationsverarbeitung im neuralen Netz Sensorische Schwellen Psychophysische Beziehungen Integrierende Sinnesphysiologie 292 Literatur Das somatoviszerale sensorische System M. Zimmermann 14.1 Funktionelle Anatomie des somatoviszeralen Systems Der Tastsinn Thermorezeption Viszerozeption Propriozeption Somatoviszerale Funktionen von Rückenmark und Hirnstamm Das thalamokortikale somatosensorische System Zentrifugale Hemmsysteme kontrollieren den afferenten Zustrom 315 Literatur Nozizeption und Schmerz 317 H.-G. Schaible, R. F. Schmidt 15.1 Die subjektive Empfindung Schmerz und das nozizeptive System Das periphere nozizeptive System Das spinale nozizeptive System Das thalamokortikale nozizeptive System und endogene Schmerzkontrollsysteme Klinisch bedeutsame Schmerzen Grundlagen der Schmerztherapie 332 Literatur Die Kommunikation des Menschen: Hören und Sprechen 334 H.-R. Zenner 16.1 Ohr undschall Die Schallleitung zum Innenohr Die Schalltransduktion im Innenohr Signaltransformation von der Sinneszelle zum Hörnerven Frequenzselektivität: Grundlage des Sprachverständnisses Informationsübertragung und -Verarbeitung im ZNS Stimme und Sprache 352 Literatur Der Gleichgewichtssinn und die Bewegungsund Lageempfindung des Menschen 357 H.-R. Zenner 17.1 Die Gleichgewichtsorgane im Innenohr Gleichgewichtssinn durch Beschleunigungsmessung Zentrales vestibuläres System 363 Literatur Sehen und Augenbewegungen 367 U. Eysel, U. Grüsser-Cornehls 18.1 Licht Auge und dioptrischer Apparat Reflektorische Einstellung von Sehschärfe und Pupillenweite Augenbewegungen Die Netzhaut-Aufbau, Signalaufnahme und Signalverarbeitung Psychophysik der Hell-Dunkel-Wahrnehmung Die Signalverarbeitung im visuellen System des Gehirns Klinisch-diagnostische Anwendung der elementaren Sehphysiologie Das Tiefensehen Das Farbensehen Hirnphysiologische Grundlagen kognitiver visueller Leistungen 402 Literatur Geschmack und Geruch 408 H.Hatt 19.1 Bau der Geschmacksorgane und ihre Verschaltung Geschmacksqualitäten und Signalverarbeitung Eigenschaften des Geschmackssinns Aufbau des Riechsystems und seine zentralen Verschaltungen 415

4 19.5 Geruchsdiskriminierung und deren 23.7 neurophysiologische Grundlagen Funktional wichtige Eigenschaften des Geruchssinns Literatur IV Regulation vegetativer Funktionen 20 Vegetatives Nervensystem 425 W. Jänig 20.1 Peripheres vegetatives Nervensystem: 25 Sympathikus und Parasympathikus Transmitter und ihre Rezeptoren in Sympathikus 25.1 und Parasympathikus Signalübertragung im peripheren Sympathikus und Parasympathikus Das Darmnervensystem Organisation des vegetativen Nervensystems im Rückenmark Organisation des vegetativen Nervensystems im unteren Hirnstamm Miktion und Defäkation Genitalreflexe Hypothalamus Literatur Hormone 459 F.Lang,F.Verrey Allgemeine Aspekte endokriner Regulation Hypothalamus und Hypophyse Schilddrüsenhormone Pankreashormone Nebennierenrindenhormone Literatur 489 Blutgruppen des Menschen 533 Literatur 536 Immunsystem 538 E.Gulbins, K.S.Lang Angeborene Immunität 539 Spezifisches Immunsystem 542 Pathophysiologie des Immunsystems 548 Literatur 550 VI Herz und Kreislauf Herzerregung 553 H. M. Piper Ruhe und Erregung der Arbeitsmyokardzelle Erregungsbildungs- und -leitungssystem des Herzens 559 Das Elektrokardiogramm, EKG 564 Literatur 574 Herzmechanik 575 H.-G. Zimmer Aufgaben, Bau, Form und Lage des Herzens Kontraktion des Herzens 578 Regulation der Herzfunktion 582 Untersuchung des Herzens 588 Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz 590 Literatur 593 Herzstoffwechsel und Koronardurchblutung 595 A. Deussen Energieumsatz des Myokards 596 Substrate und Stoffwechsel 597 Koronardurchblutung 599 Literatur Reproduktion 490 W.Wuttke 22.1 Reproduktionsrelevante Hormone Regulation dergonadenfunktion beim Mann Regulation dergonadenfunktion bei der Frau Regulation von Schwangerschaft, Laktation und sexueller Differenzierung Regulation von Pubertät und Menopause 504 Literatur 506 V Blut und Immunabwehr Blut W. Jelkmann 23.1 Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes Blutplasma 23.3 Erythrozyten Leukozyten Thrombozyten Blutstillung und -gerinnung Kreislauf 603 R.Busse 28.1 Einführung und Strömungsmechanik Eigenschaften der Gefäßwände und arterielle Hämodynamik Niederdrucksystem MikroZirkulation Nerval vermittelte Durchblutungsregulation Komponenten des basalen Gefäßtonus Modulation des Gefäßtonus durch zirkulierende Hormone und vasoaktive Peptide Das Endothel: zentraler Modulator vaskulärer Funktionen Synopsis der lokalen und systemischen Durchblutungsregulation Langfristige Regulationsmechanismen Anpassung des Kreislaufs an wechselnde Bedingungen Lungenkreislauf Spezielle Kreislaufabschnitte Messung von Kreislaufgrößen 661 Literatur 663

5 VII Regulation des Inneren Milieus Niere 667 F. Lang, A. Kurtz Aufgaben und Bau der Niere 668 Durchblutung und glomeruläre Filtration 671 Transportprozesse im proximalen Tubulus 677 Transportprozesse der Henle-Schleife und Harnkonzentrierung 683 Transportprozesse im distalen Nephron 687 Transportdefekte, Wirkung von Diuretika, Urolithiasis 689 Stoffwechsel und biochemische Leistungen der Niere 692 Regulation der Nierenfunktion 693 Renale Hormone 695 Messgrößen der Nierenfunktion 699 Literatur 702 Wasser- und Elektrolythaushalt 703 P.B.Persson Flüssigkeits- und Elektrolytbilanz 704 Flüssigkeitsräume 705 Regelung derwasser- und Kochsalzausscheidung 710 Regelung derwasser- und Kochsalzaufnahme,. 713 Entgleisung des Wasser-Elektrolythaushaltes Kaliumhaushalt 718 Literatur 721 Calcium- und Phosphat-Haushalt 722 F. Lang, H. Murer Physiologische Bedeutung von Calciumphosphat 723 Regulation des Calciumphosphat-Haushaltes Knochen 728 Störungen des Calciumphosphat-Haushaltes Magnesium-Stoffwechsel 732 Literatur Reflektorische Kontrolle der Atmung 778 Literatur Atemgastransport 782 W.Jelkmann 34.1 Biophysikalische Grundlagen Hämoglobin Transport von O 2 im Blut Transport von CO 2 im Blut Fetaler Gasaustausch 792 Literatur Säure-Basen-Haushalt 794 F. Lang 35.1 Bedeutung und Pufferung des ph Regulation des ph Störungen des Säure-Basen-Haushaltes 802 Literatur Der Sauerstoff im Gewebe: Substrat, Signal und Noxe 807 J.Grote, U.Pohl 36.1 Sauerstoffbedarf Sauerstoffversorgung der Gewebe O 2 -Mangelwirkungen Sauerstoff als Signalmolekül Der Sauerstoff als Noxe 819 Literatur 821 IX Stoffwechsel, Arbeit, Altern 37 Ernährung 825 H.K.Biesalski 37.1 Nahrungsmittel Makronährstoffe Vitamine Spuren-und Mengenelemente 834 Literatur 836 VIII Atmung 32 Lungenatmung 737 G. Thews, O, Thews 32.1 Grundlagen der Atmungsfunktion Ventilation Atmungsmechanik Pulmonaler Gasaustausch Lungenperfusion und Arterialisierung des Blutes 761 Literatur Atemregulation 766 D.W.Richter 33.1 Atemrhythmus Atemzentrum Chemische Kontrolle der Atmung Funktionen des Magen-Darm-Trakts 837 P. Vaupel 38.1 Allgemeine Grundlagen der gastrointestinalen Funktionen Gastrointestinale Motilität und Sekretion Mundhöhle, Pharynx und Ösophagus Magen Pankreas Leber und Gallensekretion Dünndarm Kolon und Rektum Absorption von Elektrolyten, Wasser, Vitaminen und Eisen Verdauung und Absorption von Nährstoffen Intestinale Schutzmechanismen und Darmbakterien 884 Literatur 887

6 39 Energie-und Wärmehaushalt, 41 Thermoregulation 888 R.B.Persson Nährstoffbrennwerte Energieumsatz Körpertemperatur des Menschen Wärmeregulation Wärmebildung, Wärmeabgabe Physiologische und pathophysiologische Veränderungen der Temperaturregulation 905 Literatur Sport-und Arbeitsphysiologie 909 U.Boutellier,H.-V. Ulmer 40.1 Leistung und Leistungsfähigkeit Energiebereitstellung Aerobe und anaerobe Leistungsfähigkeit 913 A Physiologische Anpassungen an körperliche Aktivität 916 A Leistungstests Motorisches Lernen und Training 925 A Ermüdung, Erschöpfung, Übertraining und Erholung Doping 931 Literatur 932 Alter und Altern 933 Th. Nikolaus, T. von Zglinicki Was ist Altern? 934 Zelluläre und molekulare Ursachen des Alterns 936 Physiologisches Altem 940 Organveränderungen im Alter 941 Funktionsbeeinträchtigung und Krankheit 944 Intervention 945 Literatur 947 A Quellenverzeichnis 951 Abkürzungen 959 Sachverzeichnis 961