Inhaltsverzeichnis. Allgemeine Physiologie der Zelle. II Integrative Leistungen des Nervensystems

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1 XVII Inhaltsverzeichnis I Allgemeine Physiologie der Zelle 5.5 Synaptische Rezeptoren Synaptische Plastizität Elektrische synaptische Übertragung 95 1 Grundlagen der Zellphysiologie 3 Hans Oberleithner 1.1 Bestandteile einer Zelle Zytoskelett und Zelldynamik Funktionelle Systeme der Zelle Zellreproduktion und Wachstum Regulation des Zellvolumens 21 Literatur 23 2 Signaltransduktion 24 Erich Gulbins, Florian Lang 2.1 Regulation der Aktivität und Expression von Effektormolekülen Rezeptoren und heterotrimere G-Proteine Zyklische Nukleotide als second messenger Kalziumvermittelte Signale Regulation von Zellproliferation und Zelltod Eikosanoide 33 3 Transport in Membranen und Epithelien 36 Michael Fromm 3.1 Transmembranale Transportproteine Zusammenspiel von Transport und Barrierefunktion in Epithelien Aktiver und passiver Transport Typische Anordnung epithelialer Transporter 45 4 Grundlagen zellulärer Erregbarkeit 49 Bernd Fakler, Peter Jonas 4.1 Funktionsprinzipien von Ionenkanälen Aufbau spannungsgesteuerter Kationenkanäle Gating von Kationenkanälen Anionenkanäle Ligandaktivierte Ionenkanäle Grundlagen des Ruhemembranund Aktionspotenzials Fortleitung elektrischer Signale an der neuronalen Membran Repetitive Aktivität und Informationskodierung im Nervensystem 73 5 Synaptische Übertragung 76 Manfred Heckmann, Josef Dudel 5.1 Chemische synaptische Übertragung, erregend und hemmend Synaptische Überträgerstoffe Interaktionen von Synapsen Mechanismus der Freisetzung der Überträgerstoffe, synaptische Bahnung 86 6 Kontraktionsmechanismen 98 Wolfgang Linke, Gabriele Pfitzer 6.1 Muskelarten und Feinbau der Muskelfasern Molekulare Mechanismen der Kontraktion quergestreifter Muskeln Kontraktionsaktivierung im quergestreiften Muskel Zentralnervöse Kontrolle der Skelettmuskelkraft Skelettmuskelmechanik Energetik der Skelettmuskelkontraktion Bau, Funktion und Kontraktion der glatten Muskulatur Regulation der Kontraktion der glatten Muskulatur 118 II Integrative Leistungen des Nervensystems 7 Motorische Systeme 127 Frank Lehmann-Horn 7.1 Spinale Reflexe Spinale postsynaptische Hemm-Mechanismen Propriospinaler Apparat des Rückenmarks Reflektorische Kontrolle der Körperhaltung im Raum Optimierung von Stützmotorik und Zielbewegungen durch das Kleinhirn Optimierung von Zielbewegungen durch die Basalganglien Funktionelle Organisation der motorischen Rindenfelder Bereitschaft und Einstellung zum Handeln Kontrolle von Haltung und Bewegung im zusammenfassenden Überblick Allgemeine Physiologie der Großhirnrinde Aufbau der Großhirnrinde Analyse der elektrischen und magnetischen Großhirnaktivität Analyse der Großhirntätigkeit mit ereigniskorrelierten Hirnpotenzialen (EKP) Analyse der Großhirntätigkeit mit bildgebenden Verfahren Wach-Schlaf-Rhythmus und Aufmerksamkeit Zirkadiane Periodik als Grundlage des Wach-Schlaf- Rhythmus Wach-Schlaf-Verhalten des Menschen 185

2 XVIII Inhaltsverzeichnis 9.3 Physiologische Aufgaben der Schlafstadien Neurobiologie der Aufmerksamkeit Subkortikale Aktivierungssysteme Lernen und Gedächtnis Formen von Lernen und Gedächtnis Plastizität des Gehirns und Lernen Zelluläre und molekulare Mechanismen von Lernen und Gedächtnis Neuropsychologie von Lernen und Gedächtnis Motivation und Emotion 218 Wilfrid Jänig, Niels Birbaumer 11.1 Emotionen als physiologische Anpassungsreaktionen Zentrale Repräsentationen von Emotionen Freude und Sucht Sexualverhalten Hunger Kognitive Funktionen und Denken Zerebrale Asymmetrie Neuronale Grundlagen von Kommunikation und Sprache Assoziationsareale des Neokortex: Höhere geistige Funktionen und Sozialverhalten 243 III Allgemeine und Spezielle Sinnesphysiologie 13 Allgemeine Sinnesphysiologie 251 Hermann O. Handwerker, Martin Schmelz 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 Das somatosensorische System 272 Rolf-Detlef Treede 14.1 Submodalitäten und Bahnsysteme der Somatosensorik Funktionelle Eigenschaften somatosensorischer Neurone Mechanorezeption Propriozeption Thermorezeption Nozizeption Viszerozeption Funktionsprüfungen des somatosensorischen Systems in der Klinik Entwicklung und adulte Plastizität Nozizeption und Schmerz 298 Hans-Georg Schaible 15.1 Subjektive Empfindung Schmerz und nozizeptives System Peripheres nozizeptives System Spinales nozizeptives System Thalamokortikales nozizeptives System und endogene Schmerzkontrollsysteme Klinisch bedeutsame Schmerzen Grundlagen der Schmerztherapie Die Kommunikation des Menschen: Hören und Sprechen 315 Hans-Peter Zenner 16.1 Ohr und Schall Die Schallleitung zum Innenohr Schalltransduktion im Innenohr Signaltransformation von der Sinneszelle zum Hörnerven Frequenzselektivität: Grundlage des Sprachverständnisses Informationsübertragung und -verarbeitung im ZNS Stimme und Sprache Der Gleichgewichtssinn und die Bewegungsund Lageempfindung des Menschen 336 Hans-Peter Zenner 17.1 Gleichgewichtsorgane im Innenohr Gleichgewichtssinn durch Beschleunigungsmessung Zentrales vestibuläres System Sehen und Augenbewegungen 345 Ulf Eysel 18.1 Licht Auge und dioptrischer Apparat Reflektorische Einstellung von Sehschärfe und Pupillenweite Augenbewegungen Netzhaut Aufbau, Signalaufnahme und Signalverarbeitung Psychophysik der Hell-Dunkel-Wahrnehmung Signalverarbeitung im visuellen System des Gehirns Klinisch-diagnostische Anwendung der elementaren Sehphysiologie Tiefensehen Farbensehen Hirnphysiologische Grundlagen kognitiver visueller Leistungen Geschmack und Geruch 386 Hanns Hatt 19.1 Bau der Geschmacksorgane und ihre Verschaltung Geschmacksqualitäten und Signalverarbeitung 389

3 Inhaltsverzeichnis XIX 19.3 Eigenschaften des Geschmackssinns Aufbau des Riechsystems und seine zentralen Verschaltungen Geruchsdiskriminierung und deren neurophysiologische Grundlagen Funktional wichtige Eigenschaften des Geruchssinns 398 IV Regulation vegetativer Funktionen 23.5 Thrombozyten Blutstillung und -gerinnung Blutgruppen des Menschen Immunsystem 503 Erich Gulbins, Karl S. Lang 24.1 Angeborene Immunität Spezifisches Immunsystem Pathophysiologie des Immunsystem Vegetatives Nervensystem 403 Wilfrid Jänig 20.1 Peripheres vegetatives Nervensystem: Sympathikus und Parasympathikus Transmitter und ihre Rezeptoren in Sympathikus und Parasympathikus Signalübertragung im peripheren Sympathikus und Parasympathikus Darmnervensystem Organisation des vegetativen Nervensystems im Rückenmark Organisation des vegetativen Nervensystems im unteren Hirnstamm Miktion und Defäkation Genitalreflexe Hypothalamus Hormone 435 Florian Lang 21.1 Allgemeine Aspekte endokriner Regulation Hypothalamus und Hypophyse Schilddrüsenhormone Pankreashormone Nebennierenrindenhormone Reproduktion 462 Friederike M. Werny, Stefan Schlatt 22.1 Keimbahn und Stammzellen Endokrine Steuerung der Reproduktionsorgane: Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse Reproduktive Funktionen des Mannes Reproduktive Funktionen der Frau Reproduktionsfunktionen im Lebenszyklus 473 V Blut und Immunabwehr 23 Blut 477 Wolfgang Jelkmann 23.1 Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes Blutplasma Erythrozyten Leukozyten 489 VI Herz und Kreislauf 25 Herzerregung 517 Hans Michael Piper 25.1 Ruhe und Erregung der Arbeitsmyokardzelle Erregungsbildungs- und -leitungssystem des Herzens Elektrokardiogramm (EKG) Herzmechanik Jürgen Daut 26.1 Das Herz als muskuläre Pumpe Frank-Starling-Mechanismus und Laplace-Gesetz Arbeitsdiagramm Zusammenspiel von Herz und Kreislauf Regulation der Kontraktionskraft des Herzens Herzinsuffizienz Untersuchung der Herzmechanik am Patienten Herzstoffwechsel und Koronardurchblutung 565 Andreas Deussen 27.1 Energieumsatz des Myokards Substrate und Stoffwechsel Koronardurchblutung Kreislauf 572 Ralf Brandes, Rudi 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 624

4 XX Inhaltsverzeichnis VII Regulation des Inneren Milieus 29 Niere 629 Florian Lang 29.1 Aufgaben und Bau der Niere Durchblutung und glomeruläre Filtration Transportprozesse im proximalen Tubulus Transportprozesse der Henle-Schleife und Harnkonzentrierung Transportprozesse im distalen Nephron Transportdefekte, Wirkung von Diuretika, Urolithiasis Stoffwechsel und biochemische Leistungen der Niere Regulation der Nierenfunktion Renale Hormone Messgrößen der Nierenfunktion Wasser- und Elektrolythaushalt 664 Pontus B. Persson 30.1 Flüssigkeits- und Elektrolytbilanz Flüssigkeitsräume Regelung der Wasser- und Kochsalzausscheidung Regelung der Wasser- und Kochsalzaufnahme Entgleisung des Wasser-Elektrolyt-Haushaltes Kaliumhaushalt Kalzium-, Magnesium- und Phosphathaushalt 682 Florian Lang, Heini Murer 31.1 Physiologische Bedeutung von Kalziumphosphat Regulation des Kalziumphosphathaushaltes Knochen Störungen des Kalziumphosphathaushaltes Magnesiumstoffwechsel 692 VIII Atmung 32 Lungenatmung 697 Karl Kunzelmann, Oliver Thews 32.1 Grundlagen der Atmungsfunktion Ventilation Atmungsmechanik Pulmonaler Gasaustausch Lungenperfusion und Arterialisierung des Blutes Atemregulation 724 Diethelm Wolfgang Richter 33.1 Atemrhythmus Atemzentrum Chemische Kontrolle der Atmung Reflektorische Kontrolle der Atmung Atemgastransport 740 Wolfgang Jelkmann 34.1 Biophysikalische Grundlagen Hämoglobin Transport von O 2 im Blut Transport von CO 2 im Blut Fetaler Gasaustausch Säure-Basen-Haushalt 751 Florian Lang 35.1 Bedeutung und Pufferung des ph Regulation des ph Störungen des Säure-Basen-Haushaltes Der Sauerstoff im Gewebe: Substrat, Signal und Noxe 763 Ulrich Pohl 36.1 Sauerstoffbedarf Sauerstoffversorgung der Gewebe O 2 -Mangelwirkungen Sauerstoff als Signalmolekül Sauerstoff als Noxe IX Stoffwechsel, Arbeit, Altern 37 Ernährung 781 Hans K. Biesalski 37.1 Nahrungsmittel Makronährstoffe Vitamine Spuren- und Mengenelemente Funktionen des Magen-Darm-Trakts 792 Peter 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 Energie- und Wärmehaushalt, Thermoregulation 834 Pontus B. Persson 39.1 Nährstoffbrennwerte Energieumsatz Körpertemperatur des Menschen Wärmeregulation 842

5 Inhaltsverzeichnis XXI 39.5 Wärmebildung, Wärmeabgabe Physiologische und pathophysio logische Veränderungen der Temperaturregulation Sport- und Arbeitsphysiologie 854 Urs Boutellier 40.1 Leistung und Leistungsfähigkeit Energiebereitstellung Aerobe und anaerobe Leistungsfähigkeit Physiologische Anpassungen an körperliche Aktivität Leistungstests Motorisches Lernen und Training Ermüdung, Erschöpfung, Übertraining und Erholung Doping Alter und Altern 877 Thomas von Zglinicki 41.1 Was ist Altern? Zelluläre und molekulare Mechanismen des Alterns Organveränderungen im Alter Funktionsbeeinträchtigung und Krankheit Intervention 889 A Anhang A1 Tabellen 895 A2 Abkürzungen 910 A3 Maßeinheiten und Normalwerte der Physiologie 912 A4 Sachverzeichnis 915

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