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- Herausgeber: Karl F. Haug
- Kategorie: Fachliteratur
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2014
Verstehen, wie was funktioniert! Endlich ein Lehrbuch der Physiologie, das entscheidendes Basiswissen für Heilpraktiker zusammenfasst! Mit diesem Buch lernen Sie die Physiologie, die Sie als Heilpraktiker brauchen und verbessern Ihr Verständnis für pathologische Zusammenhänge und Differenzialdiagnosen. Nach jeder Einheit können Sie Ihr Wissen mit einem abschließenden Fragenkatalog überprüfen. Besonders hilfreich für die Prüfung oder Ihren Praxisalltag sind die Hinweise der Physiologie bezüglich der Krankheitsbilder und die Wirkmechanismen der wichtigsten und häufigsten Medikamentengruppen. Physiologie kompakt für Prüfung und Praxis!
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Seitenzahl: 818
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Widmung
Für meine Kinder Robert und Ruth
Vorwort
Bei der Vorbereitung von Heilpraktikeranwärterinnen und Heilpraktikeranwärtern auf die Überprüfung beim Gesundheitsamt spielen neben den anatomischen Kenntnissen des menschlichen Körpers die physiologischen Prozesse eine große Rolle, um die Stoffwechselabläufe zu verstehen. Zudem helfen die Kenntnisse der Physiologie, die sich entwickelnden Pathologien abzuleiten, zu verstehen und besser zu erinnern.
Um physiologische Grundlagen für den Heilpraktikeranwärter verständlich, überschaubar, aber auch nicht zu wissenschaftlich zu vermitteln, müssen bislang eine Vielzahl von Standardwerken herangezogen werden, da es kein Physiologiebuch gibt, das diesen Anforderungen gerecht wird. Diese Lücke soll das vorliegende Werk schließen, in dem die physiologischen Grundlagen zusammengefasst sind, die ein Heilpraktiker beherrschen sollte. Dabei besteht nicht der Anspruch, ein weiteres, hoch wissenschaftliches Werk zu erstellen, sondern die Darstellung beschränkt sich bewusst auf die Basisvermittlung. Für vertiefende Studien stehen jedem Leser weitere, ausführlichere Werke zur Verfügung.
Es handelt sich um ein Werk, das abgestimmt ist auf wesentliche Prüfungsinhalte. Als Lernhilfen werden die einzelnen Abschnitte jeweils vervollständigt durch ein kurzes Fazit, d.h. eine Zusammenfassung der Ausführungen.
Damit die Relevanz der physiologischen Darstellung bezüglich der Pathologien deutlich wird, sind immer wieder Hinweise auf die sich daraus ergebenden Krankheitsbilder mit kurzen Beschreibungen der Pathomechanismen gegeben. Die Anatomie wird nur in Kurzform vorgestellt und besonders darauf abgestellt, wenn sich aus anatomischen Veränderungen Pathologien entwickeln. Wenn in den Beschreibungen Mineralstoffe benannt werden (z.B. Natrium, Kalium, Chlorid, Eisen), so sind sie immer in ihren ionisierten Formen gemeint (z.B. Na+, K+, Cl-, Fe2+).
Gängige Medikamente, die spezifisch in die beschriebenen physiologischen Gegebenheiten eingreifen, sind benannt. Weder erhebt die Nennung einen Anspruch auf Vollständigkeit noch sind Hinweise auf gängige Therapieschemata bei einzelnen Erkrankungen gegeben. Jede Medikamentenangabe versteht sich als beispielhaft!
Am Schluss der Kapitel oder einzelner Abschnitte finden Sie Fragen, die von den Schülern häufig gestellt werden und die in den Zentralklausuren und mündlichen Überprüfungen vorkamen. Sie beziehen sich sowohl auf das tiefere Verständnis anatomischer und physiologischer Prozesse als auch auf das Verständnis der sich daraus ergebenden Krankheiten.
Ich hoffe, mit diesem Buch eine überschaubare und gute Lernhilfe geschaffen zu haben und wünsche allen Studierenden viel Erfolg beim Studium und der Prüfung!
Gedankt sei an dieser Stelle den Studierenden für ihre zahlreichen Fragen. Sie haben letztendlich dazu beigetragen, dass das Buch entstanden ist. Außerdem danke ich meinen Kollegen für deren Unterstützung durch wertvolle Tipps und Anregungen sowie ihre Entlastung durch Übernahme von Unterricht, sodass mir mehr Zeit zum Schreiben dieses Werkes zur Verfügung stand. Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. Heinz Hörster für das unermüdliche Korrekturlesen und seine beratende Begleitung.
Lienen, im Mai 2014
Eva Lang
Inhaltsverzeichnis
Widmung
Vorwort
Teil I Der menschliche Organismus
1 Evolutionsprozesse
1.1 Entwicklung vom Einzeller zum Mehrzeller
1.1.1 Entwicklung zu Geweben und Organen
1.1.2 Befruchtung und Entstehung der drei Keimblätter
1.2 Embryonal- und Fetalentwicklung
1.2.1 Geburt
1.2.2 Beginn der Atmung
1.3 Differenzierung der Körpergewebe
1.3.1 Epithelgewebe
1.3.2 Binde- und Stützgewebe
1.3.3 Muskelgewebe
1.3.4 Nervengewebe
2 Grundsubstanzen des Organismus
2.1 Chemische Verbindungen
2.2 Eiweiße (Proteine)
2.2.1 Grundaufbau
2.2.2 Biologische Wertigkeit
2.2.3 Nomenklatur der Eiweiße
2.2.4 Struktur der Eiweiße
2.2.5 Funktion der Eiweiße
2.2.6 Trennung von Eiweißen
2.2.7 Abbau von Eiweißen
2.2.8 Enzyme (Biokatalysatoren)
2.2.9 Hormone
2.3 Kohlenhydrate
2.3.1 Grundaufbau
2.3.2 Funktion der Glukose
2.3.3 Transport der Glukose
2.4 Fette
2.4.1 Grundaufbau
2.4.2 Funktion der Fette
2.4.3 Cholesterin
2.4.4 Phospholipide
2.4.5 Lipoproteine
2.5 Vitamine
2.5.1 Fettlösliche Vitamine
2.5.2 Wasserlösliche Vitamine
2.6 Wasser- und Mineralstoffhaushalt
2.6.1 Mengenelemente
2.6.2 Spurenelemente
2.7 Säuren- und Basenhaushalt
2.7.1 pH-Wert des Blutes
2.7.2 Puffersysteme
Teil II Allgemeine Systeme
3 Lebenssysteme
3.1 Zelle und Zellorganellen
3.1.1 Zelle
3.1.2 Zellorganellen
3.2 Vermehrung und Wachstum
3.2.1 DNS und RNS
3.2.2 Fortpflanzung und Wachstum
3.3 Alter, Tod
3.3.1 Zellalterung und Zelltod
3.3.2 Biologischer und klinischer Tod
4 Energiegewinnung und Wärmehaushalt
4.1 Grundlagen der Energiegewinnung
4.1.1 Bereitstellung und Verstoffwechselung der Glukose
4.1.2 Fettsäurestoffwechsel
4.1.3 Aminosäurestoffwechsel
4.2 Aerobe Energiegewinnung – Zitronensäurezyklus (Zitratzyklus) und Atmungskette
4.3 Anaerobe Energiegewinnung
4.3.1 Anaerobe Energiegewinnung mit Laktatbildung
4.3.2 Anaerobe Energiegewinnung ohne Laktatbildung
4.4 Wärmehaushalt
4.4.1 Kern- und Schalentemperatur
4.4.2 Thermoregulation
5 Transport- und Reaktionssysteme
5.1 Verschlusssysteme, Transportsysteme und -wege, Kommunikationsstrukturen
5.1.1 Abgrenzung der Zelle und Verschlusssysteme
5.1.2 Passiver und aktiver Transport
5.1.3 Diffusion
5.1.4 Osmose
5.1.5 Endo- und Exozytose
5.1.6 Rezeptoren
5.1.7 Ionenpumpen
5.1.8 Ionenkanäle
5.1.9 Kanalproteine und Carrier
5.2 Endoplasmatisches Retikulum
5.3 Gefäße – Arterien, Venen und Lymphbahnen
6 Mitteilungssysteme
6.1 Hormone
6.1.1 Einteilung der Hormone
6.1.2 Bildung der Hormone
6.1.3 Sekretion der Hormone
6.1.4 Inaktivierung und Ausscheidung der Hormone
6.2 Nervengewebe
6.2.1 Nervenzelle
6.2.2 Gliazellen
6.2.3 Synapsen
6.2.4 Neurotransmitter
6.2.5 Reizweiterleitung
6.3 Weitere Kommunikationsprinzipien mittels chemischer Substanzen – Immunsystem
7 Signal- und Warnsysteme
7.1 Schmerz
7.1.1 Entstehung des Schmerzes
7.1.2 Schmerzweiterleitung
7.1.3 Chronische Schmerzen
7.2 Fieber
7.2.1 Physiologie des Fiebers
7.3 Angst
7.3.1 Physiologische Reaktionen
7.3.2 Erlernen der Angst
8 Bewegungssystem
8.1 Knochen
8.1.1 Anatomie
8.1.2 Entwicklung der Knochens
8.1.3 Knochenaufbau und -abbau
8.1.4 Regulation des Knochenstoffwechsels durch verschiedene Hormone
8.2 Sehnen und Bänder
8.3 Muskulatur
8.3.1 Skelettmuskulatur
8.3.2 Energiegewinnung der Muskelfasern
8.3.3 Erregung der Muskelfasern
8.3.4 Glatte Muskulatur
8.3.5 Herzmuskulatur
8.4 Untersuchungen
9 Verdauungssystem
9.1 Makroanatomie des Verdauungssystems
9.1.1 Makroanatomie des Verdauungstraktes
9.1.2 Makroanatomie der Leber
9.1.3 Makroanatomie der Galle
9.1.4 Makroanatomie der Bauchspeicheldrüse (Pankreas)
9.2 Mikroanatomie
9.2.1 Mikroanatomie des Verdauungstraktes
9.2.2 Mikroanatomie der Leber
9.2.3 Mikroanatomie der Gallenblase
9.2.4 Mikroanatomie der Bauchspeicheldrüse (Pankreas)
9.3 Funktionen der Leber
9.3.1 Stoffwechselfunktionen im Kohlenhydrat-, Protein- und Fettstoffwechsel
9.3.2 Speicherfunktion
9.3.3 Produktion von Gallenflüssigkeit
9.3.4 Produktion von Hormonen
9.3.5 Entgiftung körpereigener und -fremder Stoffe
9.3.6 Immunologie
9.3.7 Leberenzyme und Laborparameter
9.4 Steuerung und Kontrolle des Verdauungssystems
9.4.1 Gastrointestinale Hormone
9.4.2 Verdauungsenzyme
9.4.3 Nervensysteme des Verdauungssystems
9.4.4 Mikroorganismen des Verdauungstraktes
9.5 Hauptaufgaben des Verdauungssystems
9.5.1 Aufnahme und Zerkleinerung der Nahrung
9.5.2 Weitertransport der Nahrung
9.5.3 Enzymatischer Aufschluss der Nahrung durch Speicheldrüsen und Magensaft
9.5.4 Aufspaltung und Resorption der Nahrung im Dünndarm
9.5.5 Ausscheidung unverdaulicher oder nicht verwertbarer Nahrungsbestandteile
9.6 Untersuchungen
10 Harnsystem
10.1 Makroanatomie
10.2 Mikroanatomie
10.3 Funktionen im Überblick
10.4 Hauptaufgaben
10.4.1 Reinigung des Blutes
10.4.2 Aufrechterhaltung der Homöostase durch Regulation der Mineralstoffe
10.4.3 Die Rolle der Nieren bei der Blutdruckregulation
10.4.4 Weitere Endokrine und enzymatische Funktionen
10.5 Willkürliche und unwillkürliche Regulation der Miktion
10.6 Untersuchung der Funktionsfähigkeit der Nieren
10.6.1 Veränderung des Harnens und der Harnfärbung
10.6.2 Urinstix
10.6.3 Messung der Funktionsfähigkeit der Niere (Clearance-Verfahren)
10.6.4 Cystatin C
10.6.5 Kreatininbestimmung im Serum
11 Atmungssystem
11.1 Makroanatomie
11.1.1 Nase
11.1.2 Rachen (Pharynx)
11.1.3 Kehlkopf (Larynx)
11.1.4 Luftröhre (Trachea)
11.1.5 Bronchien
11.1.6 Lungen (Pulmo)
11.2 Mikroanatomie
11.2.1 Innervation, Flimmerepithelien und Drüsenzellen
11.2.2 Alveolen
11.2.3 Gefäße für den Gasaustausch
11.3 Blutversorgung der Bronchien und der Lunge
11.3.1 Arterielle Versorgung
11.3.2 Venöse Entsorgung
11.4 Funktionen des Atemwegssystems
11.4.1 Erwärmung und Befeuchtung
11.4.2 Reinigung
11.5 Atemgastransport – Funktion der Alveolen
11.6 Atembewegung
11.7 Atemvolumina
11.8 Innervation der Bronchien über das vegetative Nervensystem
11.9 Austausch der Atemgase
11.9.1 Zusammensetzung der Atemluft
11.9.2 Diffusion der Atemgase
11.9.3 Durchblutung der Lungen
11.9.4 Durchlüftung der Lungen
11.9.5 Sauerstoffbindung
11.9.6 Kohlendioxidbindung
11.10 Atmungsregulation
11.10.1 Zentrale Kontrollzentren
11.10.2 Reflektorische Kontrollzentren
11.10.3 Chemische Kontrollzentren
11.10.4 Regelung der Atmung
11.10.5 Unspezifische Atemantriebsstrukturen
11.11 Untersuchungen der Lungenfunktion
11.11.1 Überprüfung der Lungenvolumina
11.11.2 Körperliche Untersuchung
12 Herz-Kreislauf-System
12.1 Anatomische Strukturen des Herz-Kreislauf-Systems
12.1.1 Arterien
12.1.2 Venen
12.1.3 Kapillargebiet
12.1.4 Lymphgefäße
12.1.5 Das Herz
12.1.6 Herz-Kreislauf-System des Fetus
12.2 Funktionen des Herz-Kreislauf-Systems
12.2.1 Transport von Stoffen zur Ver- und Entsorgung des Körpers
12.2.2 Blutgefäßsystem
12.2.3 Aufrechterhaltung eines konstanten Blutdrucks
12.3 Das Erregungsbildungs- und Reizleitungssystem
12.3.1 Herzmuskelzellen
12.3.2 Sinusknoten
12.3.3 Anulus fibrosus
12.3.4 Anpassung des Herzens
12.3.5 Hierarchie der Erregungsbildung
12.3.6 Aktionspotenzial des Herzmuskels
12.3.7 Physiologie der Herzklappen
12.3.8 Aktionsphasen des Herzens
12.3.9 Elektrokardiogramm – Herzspannungskurve
12.4 Funktionen des kardiovaskulären Systems
12.4.1 Funktionen des arteriellen Hochdrucksystems
12.4.2 Funktionen des venösen Niederdrucksystems
12.4.3 Kreislaufregulationen
12.5 Untersuchungen des Herzens
12.5.1 Labordiagnostik
12.5.2 Körperliche und apparative Untersuchung
13 Blutsystem
13.1 Entstehung verschiedener Flüssigkeitsräume und Gefäßsysteme
13.2 Aufgaben des Blutes
13.3 Zusammensetzung des Blutes
13.3.1 Flüssige Anteile des Blutes
13.3.2 Feste Anteile
13.4 Blutgruppen
13.4.1 AB0-System
13.4.2 Rhesussystem
13.4.3 Kell-Cellano-System (KC-System)
13.4.4 MNS-System
13.5 Untersuchungen
13.5.1 Blutbild
13.5.2 Nachweis von Entzündungen
13.5.3 Ermittlung von Anämien
13.5.4 Ermittlung der Blutzellzahlen und unreifer Vorstufen
13.5.5 Ermittlung von Gerinnungsfaktoren
14 Immunsystem
14.1 Entwicklung der Abwehrmechanismen
14.2 Kleinstlebewesen (Mikroorganismen)
14.2.1 Mikroorganismen als nützliche Lebewesen
14.2.2 Mikroorganismen als Schädlinge
14.2.3 Therapeutische Maßnahmen
14.3 Abwehrfunktionen des Blutes
14.3.1 Unspezifische humorale Abwehr
14.3.2 Unspezifische zelluläre Abwehr
14.3.3 Spezifische Abwehr
14.4 Lymphatische Gewebe
14.4.1 Knochenmark
14.4.2 Thymusdrüse
14.4.3 Milz
14.4.4 Lymphknoten, Lymphgefäße
14.4.5 Lymphatischer Rachenring(Waldeyer’scher Rachenring)
14.4.6 Lymphatische Organe im Darmbereich
14.5 Ablauf einer Immunreaktion
15 Hormonsystem
15.1 Anatomie des hypothalamisch-hypophysären Systems
15.1.1 Anatomie des Hypothalamus
15.1.2 Anatomie der Hypophyse
15.2 Hormone des Hypothalamus
15.2.1 Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH)
15.2.2 Kortikotropin-Releasing-Hormon (CRH)
15.2.3 Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH)
15.2.4 Growth-Hormone-Releasing-Hormon (GHRH)
15.2.5 Dopamin
15.2.6 Somatostatin
15.2.7 Melanotropin-Release-Inhibiting-Hormon (MIH)
15.2.8 Antidiuretisches Hormon (ADH)
15.2.9 Oxytocin
15.3 Hormone der Adenohypophyse
15.3.1 Adrenokortikotropes Hormon (ACTH)
15.3.2 Thyreoidea-stimulierendes Hormon (TSH)
15.3.3 Gonadotrope Hormone (FSH, LH)
15.3.4 Prolaktin (PRL)
15.3.5 Somatotropes Hormon (STH)
15.3.6 Melanozyten-stimulierendes Hormon (MSH)
15.4 Hormone der Neurohypophyse
15.5 Effektorische Hormone
15.5.1 Hormone der Nebennierenrinde
15.5.2 Hormone des Nebennierenmarks
15.5.3 Hormone der Schilddrüse (Glandula thyreoidea)
15.5.4 Hormone der Nebenschilddrüse (Glandulae parathyreoideae)
15.5.5 Weibliche Sexualhormone
15.5.6 Männliche Sexualhormone
15.6 Befruchtung, Schwangerschaft, Entwicklung des Fetus und Geburt
15.6.1 Anatomie der Tuben und des Uterus
15.6.2 Befruchtung, Entwicklung und Nidation des Keimes
15.6.3 Entwicklung des Embryos
15.6.4 Hormone der Schwangerschaft, Geburt und Laktation
15.7 Pankreashormone
15.7.1 Insulin
15.7.2 Glukagon
15.7.3 Gastrin
15.7.4 Somatostatin
15.8 Hormon der Zirbeldrüse (Melatonin)
15.9 Gewebs- und Zellhormone
15.9.1 Renin, Erythropoetin, Angiotensin
15.9.2 Natriuretische Hormone
15.9.3 Gastrointestinale Hormone
15.9.4 Histamin
15.9.5 Prostaglandine
15.9.6 Leukotriene
15.9.7 Kinine
15.10 Untersuchungen
15.10.1 Serologische Untersuchungen
15.10.2 Körperliche Untersuchungen
16 Zentrales Nervensystem
16.1 Fetale Entwicklung
16.2 Anatomie des Nervensystems
16.2.1 Nervenzellen (Neuronen)
16.2.2 Gehirn (Cerebrum)
16.2.3 Rückenmark
16.2.4 Spinalnerven
16.2.5 Peripherer Nerv
16.2.6 Rückenmarksreflexe und zentrale Reflexzentren
16.2.7 Vegetatives Nervensystem
16.3 Physiologische Prozesse im Nervensystem
16.3.1 Reizübertragung an Synapsen durch Transmitter
16.3.2 Motorische Synapse, motorische Endplatte (chemische Synapse)
16.3.3 Elektrische Synapsen
16.3.4 Vegetative Synapsen
16.3.5 Erregende und hemmende Synapsen
16.3.6 Neurotransmitter
16.4 Reizweiterleitung
16.4.1 Reizweiterleitung des sensiblen Systems
16.4.2 Reizweiterleitung des motorischen Systems
16.4.3 Muskuläre Zusammenarbeit
16.4.4 Reizweiterleitung des reflektorischen Systems
16.4.5 Allgemeine Wirkung des Sympathikus und Parasympathikus
16.5 Funktionen der einzelnen Hirnareale
16.5.1 Großhirnrinde
16.5.2 Zwischenhirn (Diencephalon)
16.5.3 Hirnstamm
16.5.4 Formatio reticularis
16.5.5 Limbisches System
16.5.6 Kleinhirn
16.5.7 Übersicht zu den Hirnarealen und ihren Funktionen
16.5.8 Hirnnerven
16.5.9 Liquor
16.6 Untersuchungen
17 Sinnessystem
17.1 Auge (Gesichtssinn)
17.1.1 Makroanatomie
17.1.2 Mikroanatomie
17.1.3 Physiologische Prozesse des Auges und des Sehvorgangs
17.1.4 Sehvorgang
17.1.5 Untersuchungen des Auges in der Naturheilpraxis
17.2 Ohr (Gehörsinn)
17.2.1 Makroanatomie
17.2.2 Mikroanatomie des Innenohres
17.2.3 Hörvorgang
17.2.4 Untersuchungen des Ohres in der Naturheilpraxis
17.2.5 Gleichgewichtssinn
17.2.6 Untersuchungen des Gleichgewichts in der Naturheilpraxis
17.3 Nase (Geruchssinn)
17.3.1 Makroanatomie
17.3.2 Mikroanatomie
17.3.3 Riechvorgang
17.3.4 Untersuchung des Geruchssinnes in der Naturheilpraxis
17.4 Zunge (Geschmackssinn)
17.4.1 Makroanatomie
17.4.2 Mikroanatomie
17.4.3 Schmecken
17.4.4 Untersuchung des Geschmackssinnes in der Naturheilpraxis
17.5 Haut (Tastsinn)
17.5.1 Anatomie
17.5.2 Tastsinn
17.5.3 Untersuchung der Haut in der Naturheilpraxis
18 Psychiatrisches System
18.1 Reizweiterleitung und Vernetzung
18.2 Gedächtnis, Lernvorgang
18.2.1 Kurzzeitgedächtnis
18.2.2 Langzeitgedächtnis
18.2.3 Kombinationsfähigkeit
18.2.4 Orientierungssinn
18.2.5 Merkfähigkeit und Lernvorgang
18.3 Bewusstsein
18.4 Realitätsbewusstsein
18.5 Emotionen
18.5.1 Amygdala
18.5.2 Der freie Wille
18.5.3 Angeborene Emotionen
18.6 Kreativität
18.7 Konditionierung und Süchte
18.8 Schlaf
18.8.1 Schlafphasen
18.8.2 Funktion des Schlafes
Teil III Anhang
19 Übersichten
20 Literaturverzeichnis
21 Abbildungsnachweis
Autorenvorstellung
Anschriften
Sachverzeichnis
Impressum
Teil I Der menschliche Organismus
1 Evolutionsprozesse
2 Grundsubstanzen des Organismus
1 Evolutionsprozesse
In diesem Kapitel erfahren Sie mehr zu den grundlegenden Evolutionsprozessen. Die Darstellung umfasst die Entwicklung vom Einzeller zum Mehrzeller, in deren Zuge sich omnipotente Zellen zu Organsystemen mit zunehmender Aufgabenverteilung ausgebildet haben, um effektiv und energiesparend arbeiten zu können. Aufgezeigt werden daneben als kurzer Vorgriff die Befruchtung mit der Embryonal- und Fetalentwicklung und detailliert die weitere Differenzierung der einzelnen Körpergewebe, die aus den 3 Keimblättern, Entoderm, Mesoderm und Ektoderm, hervorgehen.
1.1 Entwicklung vom Einzeller zum Mehrzeller
Vor ca. 3,5 Mrd. Jahren entwickelten sich die ersten, einfachsten, nicht sauerstoffpflichtig lebenden Zellen (Anaerobier), sog. Prokaryonten (Amöben). Vor ca. 1,5 Mrd. Jahren folgten dann die Eukaryonten (Einzeller mit Sauerstoffatmung). Etwa vor 500 Mio. Jahren entstanden die ersten Vielzeller, die sich aus ökonomischen Gründen Aufgaben teilten, jede Zelle aber ihre Omnipotenz behielt.
Erst seit ca. 2 Mio. Jahren existiert der Mensch. Bei ihm ist die Aufgabenverteilung konsequent vollzogen, und nur noch sehr wenige Zellen haben ihre Omnipotenz beibehalten bzw. können ihre Omnipotenz wiedererlangen (sog. Stammzellen).
Ursprünglich entwickelte sich das Leben im Wasser, dem Urmeer. Der Ein- und auch Vielzeller stand in permanentem Austausch mit dem kochsalzhaltigen Wasser – man kann sagen, dass bei ihnen das Meer als extrazellulärer Raum und das Zellinnere als Intrazellularraum fungierte. Damals wie heute entsprechen die Konzentrationsverhältnisse der Mineralstoffe denen des heutigen menschlichen Extra- und Intrazellularraumes.
1.1.1 Entwicklung zu Geweben und Organen
Zu Beginn der Aufgabenaufteilung gab es bestimmte Zellen, die z.B. für die Nahrungsaufnahme und Ausscheidung zuständig waren, andere wiederum dienten der Fortbewegung (Haare, Zilien, Wimpern), wieder andere der Atmung. Mit diesen Differenzierungen ging je nach Aufgabe eine spezifische Veränderung des Stoffwechsels in diesen Zellen einher. Jedoch behielten alle Zellen ihre Omnipotenz bei, sodass im Bedarfsfall jede Zelle wieder den gesamten Stoffwechsel durchführen konnte.
In der Entwicklung zum höheren Lebewesen, wie Pflanze, Tier und Mensch, schlossen sich die Zellen zusammen (▶ Tab. 1.1). Beim Menschen bildeten sich 4 Grundgewebetypen, das Epithel-, Binde- und Stütz-, Muskel- und Nervengewebe. Durch den Zusammenschluss mehrerer Gewebetypen zu Organen (z.B. besteht der Magen aus Epithel-, Muskel- und Nervengewebe) und verschiedener Organe zu Organsystemen (z.B. der Verdauungstrakt mit Organen, wie Mund, Speiseröhre, Magen, Darm, Leber, Galle, Bauchspeicheldrüse) erfolgte dann ein weiterer Entwicklungsvorteil. Das führte zu effektiver und energiesparender Zusammenarbeit.
Tab. 1.1
. Entwicklung von Geweben und Organen.
Entwicklungsstufe
Zellzusammenschlüsse und daraus abgeleitete Systeme
Einzeller
Amöben – alle Funktionen in einer Zelle
Mehrzeller
Aufgabenverteilung, Differenzierung
Gewebe
Epithelgewebe
Binde- und Stützgewebe
Nervengewebe
Muskelgewebe
Organe
Verdauungsorgane, wie Magen, Darm → Verdauungssystem
Harnorgane, wie Blase, Niere → Harnsystem
Atmungsorgane, wie Lunge, Bronchien → Atmungssystem
Bewegungsorgane, wie Muskeln, Knochen → Bewegungssystem
Herz-Kreislauf-Organe, wie Herz, Lunge, Gefäße → Herz-Kreislauf-System
hormonproduzierende Organe → Hormonsystem
Nervenorgane, wie Nervenzellen, Gliazellen → Nervensystem
Sinnesorgane, wie Haut, Auge, Ohr → Sinnessystem
1.1.2 Befruchtung und Entstehung der drei Keimblätter
Nach der Befruchtung bildet sich zunächst 1 Zygote aus der sich anschließend 2 Blastomeren als Tochterzellen entwickeln. In der Folge mitotischer Teilung entwickeln sich weitere Blastomeren in Form einer Morula. In der Folge kommt es schon zu Differenzierungen: Zentrale Zellen entwickeln die Embryonalanlage (Embryoblast) und äußere Zellen die Ernährungszellen (Trophoblast). Im weiteren Verlauf entwickelt sich aus dem Trophoblasten die Zottenhaut (Chorionepithel), die äußere Schicht der Fruchthüllen um den Embryo (▶ Abb. 1.1).
Aus dem Embryoblasten entwickeln sich die 3 Keimblätter Ektoderm, Entoderm und Mesoderm (Kap. ▶ 1.3). Aus diesen entwickeln sich innerhalb der Embryonalphase (4. bis 8. Entwicklungswoche) die verschiedenen Gewebearten, aus dem
Ektoderm: Hautepithelien mit Anhangsgebilden, Anfang und Ende des Verdauungstraktes und das Nervensystem mit allen Sinnesorganen;
Mesoderm: Herz und Gefäßsystem, Binde- und Stützgewebe, Muskulatur, Nieren, Nebennieren, Milz und Blutzellen;
Entoderm: drüsige Organe, wie Schilddrüsen, Nebenschilddrüsen, Thymus, Bauchspeicheldrüse, Leber, Tonsillen, sowie die Epithelien des Darmrohres, des Mittelohres, der Atmungsorgane, des Kehlkopfes, der Harnröhre und der Harnblase.
Fazit
Die Entwicklung des Menschen erfolgte von Prokaryonten über Eukaryonten zu Vielzellern. Erst bei den Vielzellern erfolgte eine Aufgabenverteilung. Im menschlichen Organismus gibt es neben der konsequenten Differenzierung zu Organen und Organsystemen weiterhin omnipotente Zellen, die als sog. Stammzellen alle Funktionen erfüllen können.
Die evolutionäre Entwicklung zu höheren Lebewesen führte zur Bildung von 4 Grundgewebetypen sowie zu Organen und Organsystemen. Die einzelnen Gewebe entwickeln sich nach der Befruchtung aus 3 embryonalen Keimblättern.
Abb. 1.1 Befruchtung, Differenzierung und Einnistung (Nidation).
(aus: Faller A, Schünke M. Der Körper des Menschen: Einführung in Bau und Funktion. 15. Aufl. Stuttgart: Thieme; 2008: Abb. 12.5)
1.2 Embryonal- und Fetalentwicklung
In der weiteren Entwicklung des Kindes im Mutterleib spricht man in den ersten 8/9 Wochen von einem Embryo, im weiteren Verlauf dann vom Fetus.
Ungefähr in der 3. Schwangerschaftswoche beginnt der Herzschlag, in der 8./9. Woche bilden sich die Hirnnervenzellen, in der 12. Woche kann das Geschlecht bestimmt werden.
Reflexartige Bewegungen beginnen ab der 10. Woche. Die Bewegungen können in diesem Moment nur reflexartig sein, da es noch keine nervale Verbindung zwischen den Extremitäten und dem Gehirn gibt. Bis zur 18. Woche sind jedoch die meisten Körperteile nerval mit dem Gehirn verbunden.
Nun schluckt der Fetus das Fruchtwasser, die Geschmacksknospen entwickeln sich und das Verdauungssystem beginnt zu arbeiten. Dabei besteht keine Gefahr, dass der Fetus Fruchtwasser aspiriert, weil die Atmung reflexhaft blockiert ist, sobald Mund und Nase mit Wasser in Berührung kommen.
In der 21./22. Woche wird die Großhirnrinde angelegt und die ersten Erfahrungen werden gespeichert.
In der 24. Woche entwickeln sich die Lungenbläschen, deren Zellen (Pneumozyten Typ II) bis zur 30. Woche in der Lage sind, einen Oberflächenfilm (Surfactant, surface active agent) zu bilden. Surfactant ist eine oberflächenaktive Substanz bevorzugt aus Phospholipiden mit einem geringen Eiweißanteil, die dafür sorgt, dass die Alveolen bei der Atembewegung nicht zusammenfallen, sondern offen bleiben. Dadurch wird die Atmung erst möglich (Kap. ▶ 11.2). Die Lungenreife erfolgt bis zur Geburt.
Pathologie
Frühgeburt
Vor der 30. Woche, wenn der Surfactant noch fehlt und der Säugling nicht atmen kann, muss dieser ärztlicherseits verabreicht bzw. die Bildung durch Gabe von Kortison angeregt werden.
In den Wochen 24–26 sind Innen- und Mittelohr vollständig ausgebildet. Das Kind hört die Atemgeräusche der Mutter, aber auch Geräusche von außen. Bald danach erkennt der Fetus die Stimme seiner Mutter. Ab der 26. Woche öffnet das Kind die Augen und besitzt Augenlider. Nachdem sich in der 28. Woche der Gewebepfropf aus den Nasenlöchern gelöst hat, kann der Fetus riechen.
Bis zur 34. Woche ist beim männlichen Fetus der Hoden in den Hodensack abgestiegen. Der Saugreflex bildet sich aus.
1.2.1 Geburt
Durch das bei der Lungenreifung gebildete Surfactant-Eiweiß im Fruchtwasser wird die Bildung von Oxytocin angeregt. Oxytocin führt zu Gebärmutterkontraktionen (Kap. ▶ 15.5.5) und löst die Geburt des Kindes und der Plazenta aus.
Während der Schwangerschaft wurde das Kind vom mütterlichen Organismus aus versorgt. Nach der Geburt muss es lebenswichtige Funktionen, wie Atmung, Verdauung, Temperaturregulation, selbst übernehmen.
1.2.2 Beginn der Atmung
Im fetalen Kreislauf bekommt das Kind den notwendigen Sauerstoff durch das mütterliche Blut, denn der Fetus hat noch keine eigenständige Atmung. Die fetale Lunge wird lediglich minimal durchblutet. Das Herz-Kreislauf-System und die Lungen sind darauf eingestellt.
Das fetale Blut gelangt vom rechten Herzen in geringem Umfang über die Lungen ins linke Herz, in der Hauptsache aber geschieht das über das Foramen ovale. Das übrige Blut gelangt über den Ductus arteriosus Botalli (auch Ductus Botalli) in die Aorta. Dadurch ist der Druck im rechten Herzen höher als im linken Herzen (Kap. ▶ 12.1.6)
Beim Durchtritt des Kindes durch das mütterliche Becken wird der Brustkorb fest zusammengedrückt und das Fruchtwasser aus der Lunge gepresst.
Nach der Geburt dehnt sich der Brustkorb wieder aus. Damit holt das Kind erstmalig Luft.
Zusätzlich fördern Kälte- und Geräuschreize den Atemimpuls.
Auch die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin forcieren einen ersten Atemzug durch die entstehende Sauerstoffunterversorgung des kindlichen Organismus.
Durch den 1. Atemzug kehren sich die Druckverhältnisse im Herz-Kreislauf-System um. Die Lunge entfaltet sich und damit entwickelt sich der Lungenkreislauf (kleiner Kreislauf). Durch den Druck des Blutes, das aus der Lunge ins linke Herz gelangt und von dort durch die Aorta in den Körperkreislauf, erhöht sich der Druck im linken Herzen derart, dass der Druck im rechten Herzen geringer wird (Kap. ▶ 12.1.6).
Der Ductus arteriosus Botalli schließt sich und ebenso sollte sich das Foramen ovale innerhalb von 2,5 Jahren schließen.
Pathologie
Plötzlicher Kindstod
Dieser tritt am häufigsten im 1. Lebensjahr, in 80% der Todesfälle vor dem 6. Lebensmonat, auf; männliche Säuglinge sind stärker betroffen als weibliche. Einer Studie aus USA zufolge gab es bei 99% der betroffenen Kinder Risikofaktoren. Risikofaktoren sind u.a. Nikotin und Bauchlage, da der Atemantrieb durch beides vermindert werden kann.
Fazit
Die Entwicklung des Embryos (bis zur 9. Woche) und in der Folgezeit des Fetus dauert 40 Wochen. Im Großen und Ganzen werden in der Embryonalzeit die Organe angelegt, in der Fetalzeit erfolgen Wachstum und Reifung. Im fetalen Kreislauf sind die Lungen lediglich minimal durchblutet, die Sauerstoffversorgung erfolgt durch das mütterliche Blut. Der Druck im rechten Herzen ist höher als im linken Herzen.
Nach der Geburt entwickelt sich durch die eigene Lungenatmung der kleine Kreislauf und der Druck im linken Herzen wird größer als im rechten Herzen. Die Umgehungskreisläufe schließen sich. Oxytocinausschüttung führt zu Uteruskontraktionen, sodass die Geburt ausgelöst wird.
1.3 Differenzierung der Körpergewebe
Die 4 Grundtypen menschlichen Körpergewebes, die sich im Laufe der Evolution entwickelt haben, sind das Epithel-, Binde- und Stütz- sowie Muskel- und Nervengewebe.
1.3.1 Epithelgewebe
Das Epithelgewebe entwickelt sich aus allen 3 Keimblättern und bedeckt innere und äußere Oberflächen des Körpers.
Es werden je nach Funktion folgende Epithelien unterschieden:
Oberflächen- oder Deckepithel
Drüsenepithel
Resorptionsepithel
Sinnesepithel
1.3.1.1 Oberflächen- oder Deckepithel
Das Oberflächenepithel kleidet äußere und innere Oberflächen des Körpers aus. Es besteht aus festen Zellverbänden, die auf einer Basalmembran aufsitzen und ausschließlich durch Diffusion ernährt werden.
Eine Differenzierung der Epithelien erfolgt anhand der Form der Zellen und deren Anordnung an bzw. auf der Basalmembran sowie anhand der Struktur der freien Zelloberfläche. So gibt es platte (Plattenepithel), kubische oder isoprismatische und zylindrische oder hochprismatische (Zylinderepithel) Epithelzellen. Diese Zelltypen können einschichtig, mehrschichtig oder mehrreihig vorkommen (Kap. ▶ 17.5):
Einschichtiges Epithel Dies besteht aus einer Zelllage. Einschichtiges Plattenepithel kommt vor an serösen Häuten oder als Endothel in den Gefäßen und Herzinnenhaut. Einschichtiges isoprismatisches Epithel dient vorwiegend Resorptions- und Sekretionsaufgaben, z.B. in den Nierenkanälchen; einschichtiges hochprismatisches Epithel kommt z.B. im Magen-Darm-System vor und mit Flimmerhärchen (Kinozilien) besetzt, z.B. in den Eileitern und Bronchien. Finden sich viele Ausstülpungen auf der freien Zelloberfläche spricht man von Mikrovilli.
Mehrschichtiges Epithel Bei mehrschichtigen Epithelien berührt nur die unterste Schicht die Basalmembran, alle anderen Zellen liegen schichtweise übereinander. Bei diesen Epithelien kann es an den obersten Schichten zur Verhornung kommen, die dem Schutz der obersten Haut dient. Mehrschichtiges Plattenepithel kommt an beanspruchten Stellen vor, z.B. Mundhöhle, Speiseröhre, Vagina, Anus. Mehrschichtiges hochprismatisches Epithel kommt eher selten vor, so z.B. am Gaumen oder Kehldeckel.
Mehrreihiges Epithel In mehrreihigen Epithelien berühren alle Zellen die Basalmembran. Im Gegensatz zu den anderen Epithelien erreichen hier aber nicht alle Zellen die Epitheloberfläche. Mehrreihig hochprismatisches Epithel findet sich in den Luftwegen, einigen Drüsenausführungsgängen und Teilen des Urogenitalsystems.
Eine Sonderform stellt das sog. Übergangsepithel dar. Es kommt lediglich in den ableitenden Harnwegen vor und kann sich den verschiedensten Füllungszuständen anpassen – große Füllung, Verminderung der Zellreihen, geringe Füllung, Zunahme der Zellreihen.
1.3.1.2 Drüsenepithel
Drüsenepithelien sind sekretbildende Zellverbände oder Einzelzellen, die ihre Sekrete entweder in Hohlorgane (Pankreasenzyme, Magensekrete; Kap. ▶ 9.5), auf andere Epithelien (Schweiß) oder direkt ins Blut (Gastrin, Insulin; Kap. ▶ 6.1, Kap. ▶ 9.5) abgeben. Drüsen, die ihre Sekrete in Hohlorgane oder andere Epithelien abgeben, nennt man exokrin, diejenigen, die ihre Sekrete direkt ins Blut abgeben, endokrine Drüsen.
Je nach Abgabe des Sekrets unterscheidet man:
ekkrine Sekretion: Sekretabgabe ohne Membran- oder Zytoplasmaverlust, z.B. die Speicheldrüsen und alle endokrinen Drüsen
apokrine Sekretion: Zytoplasmaverluste durch Umwandlung eines Teils des Zytoplasmas, z.B. bei der Milchdrüse
holokrine Sekretion: Umwandlung gesamter Zellen in Sekret, z.B. bei Talgdrüsen
Exokrine Drüsen bilden verschiedene Produkte. Man findet z.B. enzymproduzierende Drüsen sowie Schleim-, Talg-, Schweißdrüsen. Nach ihrer Form können die exokrinen Drüsen weiterhin unterteilt werden in einfache, verzweigte, zusammengesetzte, alveoläre oder azinöse Drüsen.
Endokrine Drüsen produzieren Hormone, die über die Blutbahn ihre Zielorgane erreichen (Kap. ▶ 6.1).
1.3.1.3 Resorptionsepithelien
Resorptionsepithelien sind spezielle Epithelzellen, die zur Aufnahme von Stoffen Mikrovilli enthalten, um die Resorptionsfläche zu vergrößern (Kap. ▶ 9.2).
1.3.1.4 Sinnesepithel
Das Sinnesepithel wird bei den Sinnesorganen besprochen (Kap. ▶ 17).
Fazit
Oberflächenepithelien können verschiedene Formen und Anordnungen haben. Sie besitzen eine Basalmembran, von der aus die Ernährung per Diffusion erfolgt. Sie kommen im gesamten Organismus und der äußeren Haut vor.
Drüsenzellen produzieren Sekrete, die sie entweder in Hohlorgane oder andere Epithelien (exokrin) oder ins Blut abgeben (endokrin). Resorptionsepithelien dienen der Stoffaufnahme, die über Mikrovilli gewährleistet wird. Sinnesepithelien sind spezifisch angepasst an die Rezeption der entsprechenden Sinnesreize.
1.3.2 Binde- und Stützgewebe
Das Binde- und Stützgewebe entwickelt sich fast ausschließlich aus dem mittleren Keimblatt (Mesoderm) des embryonalen Gewebes und setzt sich zusammen aus festen (Zellen, Fasern) und flüssigen (extrazellulären) Bestandteilen (Wasser mit darin gelösten Mineralstoffen und wasserbindenden Substanzen).
Zelluläre Bestandteile sind Fibroblasten und Fibrozyten sowie Zellen des Abwehrsystems, z.B. Makrophagen, Lymphozyten, Granulozyten und Mastzellen als ▶ bewegliche Zellen.
Das extrazelluläre Gewebe besteht aus Fibroblasten (Bindegewebszellen) mit hohen Polysaccharidanteilen, sog. Proteoglykanen, aus Fasern, bestehend aus Strukturproteinen Kollagen und Elastin und Ankerproteinen (Glykoproteine), die ihm visköse bis feste Eigenschaften verleihen, da sie Wasser und Ionen binden.
Je nach Art der extrazellulären Elemente fällt das Binde- und Stützgewebe sehr unterschiedlich aus. Es kann sehr flüssig sein, aber auch sehr fest. Das liegt an der Art und der Menge der vorherrschenden Fasern und Mineralien: Je nach Art der vorherrschenden Fasern wird es eingeteilt in embryonales, retikuläres, fettes und faseriges Bindegewebe; das Stützgewebe wird nach Art der vorherrschenden Fasern und zusätzlicher Einlagerung von Mineralstoffen unterteilt in Knorpel, Knochen (Kap. ▶ 8.1), Zahnzement und Zahnbein (Dentin; ▶ Tab. 1.2).
Tab. 1.2
Binde- und Stützgewebe.
Gewebetyp
Charakterisierung
Bindegewebe
embryonales Bindegewebe (mesenchymal, gallertartig)
retikuläres Gewebe (mit mobilen Zellen)
Fettgewebe:
weiß
braun
faseriges Gewebe:
locker
straff (Sehnen und Bänder)
Stützgewebe
Knorpelgewebe:
hyalines (Nase)
elastisches (Ohr)
kollagen-faseriges (Symphyse)
Knochengewebe und Zahnzement
Dentin
1.3.2.1 Zellen des Bindegewebes
Aus embryonalen, omnipotenten Zellen des mittleren Keimblattes können sich gewebespezifische Zellen differenzieren, die bei Regenerationsprozessen eine Rolle spielen.
Man unterscheidet Blasten, definiert als aufbauende oder die Matrix sezernierende Zellen, z.B. Fibroblasten als Bindegewebszellen, Chondroblasten für den Aufbau der Knorpel, Osteoblasten für den Knochenaufbau, Lymphoblasten für den Aufbau eines Teils der Abwehrzellen im Blut, und Zyten als ruhende oder inaktive Zellen, z.B. Fibrozyten (Bindegewebe), Chondrozyten (Knorpel), Osteozyten (Knochen), Lymphozyten (Abwehrzellen im Blut).
1.3.2.2 Extrazelluläre Substanzen des Bindegewebes
Die Grundsubstanz des extrazellulären Gewebes besteht aus Substanzen, die ihr visköse bis feste Eigenschaften verleihen, da sie Wasser und Ionen binden.
Daneben existieren Bindegewebsfasern, die ihre Form erhalten durch ihren Anteil an Strukturproteinen. Je nach chemischen und physikalischen Unterschieden kennt man:
retikuläre Fasern
kollagene Fasern
elastische Fasern
Faseriges Bindegewebe füllt Lücken aus, verbindet Organe und umhüllt Gefäße und Nerven.
Retikuläre Fasern sind sehr elastisch und dünn und kommen in lymphatischen und blutbildenden Organen vor und stellen einen wesentlichen Bestandteil der Basalmembranen dar.
Kollagene Fasern kommen fast überall im Körper vor und zeichnen sich durch eine große Zugfestigkeit aus. Beim Kochen quellen sie auf und ergeben Leim bzw. Gelatine.
Elastische Fasern sind verzweigt zu dreidimensionalen Netzen. Sie kommen in fast allen Bindegewebsarten vor. Sie bestehen aus dem Protein Elastin und sind extrem dehnbar. Ihr Anteil in den herznahen Arterien und dem Lungengewebe ist sehr hoch.
Die Ankerproteine (Glykoproteine) sorgen für eine Vernetzung der extrazellulären Matrix und verbinden Zellen und Matrix miteinander.
1.3.2.3 Formen des Bindegewebes
Embryonales Bindegewebe (Mesenchym) ist der Ursprung des späteren Bindegewebes. Es kommt ausschließlich während der intrauterinen Entwicklung vor. Es werden keine Fasern gebildet. Auch gallertartiges Gewebe (besondere Form des Bindegewebes) kommt nur vorübergehend vor und befindet sich in der Nabelschnur.
Embryonales Bindegewebe dient als Füllgewebe und ist in der Lage, viel Wasser zu binden.
Pathologie
Nephroblastom (Wilms-Tumor)
Ein Nierentumor bei Kindern, der sich aus verbliebenem embryonalem Nierengewebe bildet. Normalerweise verschwindet das embryonale Nierengewebe in der 36. Schwangerschaftswoche
Retikuläres Gewebe ist das Gerüst für die lymphatischen Organe und setzt sich zusammen aus retikulären Fasern und Zellen. Die Zellen sind netzartig miteinander verbunden. Sowohl Zellen als auch Flüssigkeit haben eine enge Verbindung zum Blut und der Lymphe. Die Zellen sind beteiligt an der spezifischen Abwehr, an der Phagozytose und der Faserbildung. Das durch sie gebildete und über den ganzen Körper verstreut vorkommende Phagozytensystem wird genauer zum Immunsystem besprochen (Kap. ▶ 14.3).
Fettgewebe kommt überall im Körper vor, indem die retikulären Zellen Fett einlagern. Dabei unterscheidet man weißes von braunem Fettgewebe. Weißes Fettgewebe wird gebraucht als Baufett (Nierenlager, Gesäß, Einbau in die Röhrenknochen) und Speicherfett als Energiespeicher. Braunes Fettgewebe kommt beim Neugeborenen vor, um ihn vor Auskühlung zu schützen. Die Färbung erklärt sich durch den Gehalt an Karotinoiden.
1.3.2.4 Formen des Stützgewebes
Knorpelgewebe Das Knorpelgewebe entwickelt sich aus dem Mesenchym, indem die Interzellularsubstanz vermehrt und die Zellen in ihrer Form verändert werden. Diese nun runden, platten Chondroblasten reifen und wachsen zu Chondrozyten. Je nach Fasergehalt und Grundsubstanz unterscheidet man
den am weitesten verbreiteten hyalinen Knorpel mit einem hohen Anteil an Flüssigkeit (Rippen, Gelenke, Wachstumsfugen, Luftröhre, Bronchien, Nase),
den weniger verbreiteten elastischen Knorpel mit einem zusätzlichen elastischen Fasernetz (Ohrmuschel) und
den widerstandsfähigen Faserknorpel mit einem hohen Anteil an kollagenen Fasern (Gelenkscheiben, Zwischenwirbelscheiben, Schambeinfuge).
Knochengewebe Das Knochengewebe erlangt seine Festigkeit durch die Einlagerung von anorganischen Substanzen wie Kalzium und Phosphaten in Form von Hydroxylapatit; daneben kommen auch noch Fluor und Magnesium vor (Kap. ▶ 8.1.3). Das Knochengewebe besteht aus den Knochenzellen, aus der Matrix und den Knochenfasern und bildet den organischen Anteil des Knochens.
Zahnzement und Dentin erhalten ihre Festigkeit durch einen noch höheren Anteil an anorganischen Salzen. Zahnzement findet sich an den Zahnwurzeln. Zum Zahnhals hin verliert sich der Zahnzement. Die Zahnkrone wird vom Zahnbein (Dentin, härteste Substanz des menschlichen Körpers mit einem Anteil von 99% Mineralstoffen) gebildet.
Fazit
Das Binde- und Stützgewebe enthält neben Wasser Zellen, Fasern und Mineralstoffe. Je nach Anteil der festen zu den flüssigen Bestandteilen kann es flüssig oder fest sein bis hin zu sehr festen Geweben mit einem Mineralstoffanteil von 99%, z.B. das Dentin. Blasten sind aufbauende Zellen; Zyten sind ruhende oder inaktive Zellen im Bindegewebe. Bindegewebsfasern bestehen aus Proteinen und verleihen dem Bindegewebe Struktur.
Embryonales Bindegewebe (Mesenchym) kommt ausschließlich bei Feten vor; retikuläres Gewebe ist das Gewebe des Abwehrsystems, Fettgewebe dient als Energiespeicher und Baufett (weiß) und als Wärmespeicher (braun). Knorpelgewebe verleiht elastische Festigkeit. Knochen- und Zahngewebe erhalten ihre Stabilität durch die Einlagerung von Kalzium, Phosphaten und Fluor.
1.3.3 Muskelgewebe
Das Muskelgewebe dient der Beweglichkeit der Extremitäten, des Rumpfes und der inneren Organe. Es setzt sich zusammen aus dem willkürlichen und dem unwillkürlichen Muskelgewebe (Kap. ▶ 8.3) sowie der Herzmuskulatur (Kap. ▶ 8.3.5).
1.3.4 Nervengewebe
Das Nervensystem dient der Signalübertragung zwischen verschiedenen Körperstrukturen. Es besteht aus den Nervenzellen und dem Stützgewebe (Gliazellen) und findet sich im zentralen Nervensystem (ZNS), wie Gehirn und Rückenmark, und in der Peripherie als peripheres Nervensystem.
Während die Nervenzellen für die Informationsübertragung zuständig sind, haben die Gliazellen Ernährungs-, Isolierungs- und Phagozytoseaufgaben. Gemeinsam bilden sie eine funktionelle Einheit (Kap. ▶ 6.2).
2 Grundsubstanzen des Organismus
Zu den Grundsubstanzen des menschlichen Organismus gehören Eiweiße, Kohlenhydrate, Fette sowie Vitamine und Mineralstoffe. Die wichtigsten Grundlagen hierzu sind in diesem Kapitel zusammengeführt und werden zu den einzelnen Organsystemen weiter spezifiziert. Schwerpunkte liegen auf den chemischen Eigenschaften, dem Vorkommen und den grundlegenden Funktionen beim Menschen sowie ihrer Einteilung. Besprochen werden außerdem der Wasser- und Säure-Basen-Haushalt, da die spezifischen Eigenschaften von Wasser auf das biologische Reaktionssystem einen entscheidenden Einfluss haben; so liegen z.B. Mineralstoffe im wässrigen Milieu nur in gelöster Form als Ionen vor, und die Aktivität von Enzymen ist vom pH-Wert abhängig. Die Darstellung beschränkt sich bewusst auf für Sie als Heilpraktikeranwärter wichtige Inhalte.
2.1 Chemische Verbindungen
Der Organismus besteht aus einer Vielzahl von chemischen Verbindungen, z.B. Eiweißen, Kohlenhydraten, Fetten, Vitaminen und verschiedenen Salzen. Chemische Verbindungen bestehen aus Atomen, die sich zu Molekülen zusammenschließen.
Das Atom ist die kleinste materielle Einheit eines chemischen Stoffes. Es besteht aus einem Kern mit positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen, der von negativ geladenen Elektronen umhüllt wird.
Bei Verbindungen zweier oder mehrerer Atome zu einem Molekül treten jeweils die Elektronen der Atome in Interaktion. Dabei können Elektronen untereinander ausgetauscht (Ionenbindung) oder „gemeinsam“ genutzt werden. Dieser Bindungstyp liegt in fast allen organischen Verbindungen vor.
Je nach Anzahl der miteinander verbundenen Atome entwickeln sich kleine (niedermolekulare), mittlere oder große Moleküle (hochmolekular).
Fazit
Ein Atom ist die kleinste materielle Einheit. Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Das Gewicht eines Atoms wird durch seine Neutronen bestimmt. Zusammenschlüsse mehrerer Atome führen zu chemischen Verbindungen, die man Moleküle nennt. Das Gewicht der Moleküle errechnet sich aus den Gewichten der Einzelbestandteile und wird Molekulargewicht genannt.
2.2 Eiweiße (Proteine)
Eiweiße sind die wichtigsten hochmolekularen Stoffe, ohne die kein Organismus leben kann. Sie sind die Grundbausteine der Zellen und verantwortlich für viele Stoffwechselprozesse, u.a. als Transporteiweiße, Katalysatoren oder Signalstoffe.
2.2.1 Grundaufbau
Eiweiße bilden Ketten, deren kleinste Einheit die Aminosäure ist. Durch „Verknäulen“ der Ketten bilden sie eine hochspezifische räumliche Struktur (Kap. ▶ 2.2.4).
Die kleinste Einheit der Eiweiße sind die proteinaufbauenden (proteinogenen) Aminosäuren, von denen im Körper nur 21 verschiedene Aminosäuren eine Funktion haben. Von diesen kann der Körper 12 Aminosäuren selbst herstellen (nicht essenzielle Aminosäuren), 9 müssen mit der Nahrung aufgenommen werden (essenzielle Aminosäuren):
essenzielle Aminosäuren: Valin, Leucin, Isoleucin, Lysin, Methionin, Threonin, Phenylalanin, Selenocystein, Tryptophan
nicht essenzielle Aminosäuren: Alanin, Arginin, Asparagin, Asparaginsäure, Cystein, Glutamin, Glutaminsäure, Glycin, Histidin, Prolin, Serin, Tyrosin
2.2.2 Biologische Wertigkeit
Je ähnlicher ein Nahrungseiweiß in seiner Aminosäurezusammensetzung dem körperlichen Eiweiß ist, desto besser kann der Körper die Eiweiße verwerten, desto höher ist der gesundheitliche Wert des Eiweißes (biologische Wertigkeit). Dabei ist der Gehalt an essenziellen Aminosäuren maßgebend – je mehr im Eiweiß enthalten sind, desto höher ist die biologische Wertigkeit. Als Bezugsgröße für die biologische Wertigkeit wird ein Voll-Ei mit einer Wertigkeit von 100 angesetzt.
Biologisch wertvollere Eiweiße finden sich in tierischen Lebensmitteln (Fleisch, Fisch, Milch, Eier), in pflanzlichen Eiweißen kommen sie nur ungenügend vor.
Die tägliche Eiweißzufuhr mit einer hohen biologischen Wertigkeit (Eiweißoptimum) sollte 1 g pro Tag und kg Körpergewicht nicht unterschreiten.
Um Nahrungsmittel in ihrer biologischen Wertigkeit beurteilen zu können, bezieht man sich nicht nur auf den Proteingehalt der Nahrungsmittel, sondern betrachtet Lebensmittelkombinationen, da sich einzelne Lebensmittelgruppen gegenseitig beeinflussen bzw. ergänzen. So hat z.B. ein Voll-Ei in Kombination mit Kartoffeln eine höhere biologische Wertigkeit als ein Voll-Ei oder eine Kartoffel alleine.
2.2.3 Nomenklatur der Eiweiße
Die Nomenklatur der Eiweiße richtet sich nach der Anzahl ihrer Aminosäuren.
Schließen sich 2 Aminosäuren zusammen, spricht man von Dipeptiden,
bei 3 Aminosäuren von Tripeptiden,
bei mehr als 10 Aminosäuren von Oligopeptiden,
bei ca. 100 Aminosäuren von Polypeptiden und
bei über 100 Aminosäuren von Proteinen.
Die meisten Proteine enthalten 100–300 Aminosäuren. Es können aber auch mehr als 1000 Aminosäuren eine Kette bilden: So besteht z.B. das größte bekannte Protein, das Muskelprotein Titin, aus mehr als 30 000 Aminosäuren.
Die Aminosäuresequenz eines Eiweißes ist kodiert in der DNS; gebildet wird es an den Ribosomen der Zellen (Kap. ▶ 3.1.2).
Insgesamt kommen im menschlichen Körper mehr als 23 000 verschiedene Proteine vor, die aus den oben genannten Aminosäuren aufgebaut sind.
2.2.4 Struktur der Eiweiße
Proteine sind spezifisch gefaltete Aminosäureketten. Die Aminosäuresequenz wird Primärstruktur genannt. Wird die Aminosäurekette über Wasserstoffbrücken gefaltet, entsteht eine Sekundärstruktur. Durch weitere Faltung über chemische Substanzen, z.B. Schwefel, entwickeln sich Tertiär- und Quartärstrukturen. Dabei besitzen sie einerseits wasseranziehende (hydrophile) und andererseits auch wasserabweisende (hydrophobe) Anteile (amphiphile Substanzen). Ihre Struktur ist räumlich so angeordnet, dass die wasserabweisenden Strukturen nach innen und die wasseranziehenden Strukturen nach außen gerichtet sind.
2.2.4.1 Glykoproteine
Durch eine Verbindung von Eiweiß mit Zucker erhält man die Glykoproteine (z.B. sind alle Plasmaproteine im Blut Glykoproteine, mit Ausnahme der Albumine; ▶ Tab. 2.1). Glykoproteine erfüllen im Organismus zahlreiche Funktionen. So bilden sie die Strukturproteine von Zellmembranen, kommen als Gleitmittel im Schleim vor und dienen als Membranproteine der Interaktion zwischen den Zellen (Kap. ▶ 5.1 und Kap. ▶ 6.2). Auch gehören manche Hormone und Bestandteile des Immunsystems, wie Immunglobuline, Faktoren des Komplementsystems und Interferone, dazu.
2.2.4.2 Metalloproteine
Durch Verbindung mit Metallen bilden sich die Metalloproteine (z.B. besteht Insulin aus 2 Eiweißketten à 30 und 21 Aminosäuren, die durch ein zentralständiges Zinkatom miteinander verbunden sind (Kap. ▶ 6.1); Hämoglobin, das ein Eisenmolekül trägt (Kap. ▶ 13.3), oder Vitamin B12 mit einem zentralen Kobaltatom).
2.2.5 Funktion der Eiweiße
Nach ihrer Funktion im Körper kann eine Einteilung der Proteine vorgenommen werden (▶ Tab. 2.1).
Tab. 2.1
Einteilung der Proteine anhand ihrer Funktion im menschlichen Körper.
Funktion
Proteine
Transportfunktion
Membranproteine (Ionenkanäle, Ionenpumpen) und -rezeptoren
Hämoglobin (O2)
Myoglobin (O2)
Transferrin (Fe) und andere Transportproteine
metabolische Funktion
Enzyme (Biokatalysatoren)
Hormone (Botenstoffe)
Gerinnungsfaktoren
Immunglobuline (γ-Globuline)
Schutzfunktion, Festigkeit
Keratine (Haare, Nägel)
Immunglobuline (Antikörper)
Struktur
Kollagene, Gerüstproteine (Haut, Sehnen, Bänder, Knorpel, Bandscheiben)
Myosine, Aktine der Muskeln
Elastine (häufig in den Blutgefäßen, den Lungen und der Haut, verantwortlich für deren Elastizität)
Plasmaproteine
Albumine (für den kolloidosmotischen Druck)
Reservestoffe
Speicherproteine in Leber, Muskeln, Milz (aus denen bei Bedarf durch Proteolyse Energie gewonnen werden kann)
Es folgen die Beispiele einiger wichtiger Proteine, die in den einzelnen Kapiteln zu den Organsystemen eingehender besprochen werden.
2.2.5.1 Rezeptorproteine
In die Zellmembranen eingelagert befinden sich spezielle Proteine, die in ganz spezifische Wechselwirkung mit Stoffen aus ihrer Umgebung treten können. Das können körpereigene Botenstoffe (Hormone) oder auch von außen aufgenommene Komponenten sein, wie z.B. Arzneimittel. Diese als Rezeptoren bezeichneten Proteine üben die Funktion einer Informationsübertragung (bei Hormonen) aus oder vermitteln wegen ihrer amphiphilen Eigenschaften den Transport der Stoffe in die Zelle (Kap. ▶ 5.1). Dadurch können in der Zelle weitere Stoffwechselprozesse initiiert werden.
2.2.5.2 Strukturproteine
Strukturproteine dienen der Strukturerhaltung der Gewebe, so z.B. Proteine des Bindegewebes, wie Kollagene, Keratine und Elastine.
2.2.5.3 Transportproteine
Transportproteine dienen dem Transport von Stoffen, die entweder innerhalb der Zelle transportiert werden müssen oder über das Blut zu benachbarten Zellen gebracht werden oder weite Strecken im Organismus zurücklegen müssen (Kap. ▶ 13).
2.2.5.4 Plasmaproteine
Plasmaproteine sind im Plasma des Blutes befindliche Eiweiße (Kap. ▶ 13). Dazu gehören Albumine, α1-Globuline, α2-Globuline, β-Globuline, γ-Globuline, die mittels sog. Plasmaelektrophorese getrennt werden können (Kap. ▶ 2.2.6).
2.2.5.5 Gerinnungsfaktoren
Gerinnungsfaktoren sind Eiweiße, die sich im Blut befinden und bei verletztem Gewebe durch ▶ Blutgerinnung für einen Wundverschluss sorgen.
2.2.6 Trennung von Eiweißen
Eiweiße im Blutserum oder Urin lassen sich durch Elektrophorese je nach ihrer elektrischen Ladung und Größe mithilfe eines elektrischen Feldes voneinander trennen. Nachdem das Eiweißgemisch auf ein Trägermaterial aufgebracht und ein elektrisches Feld angelegt ist, legen die Eiweiße je nach ihrem Ladungszustand, ihrer Größe und Gestalt innerhalb einer bestimmten Zeit unterschiedliche Strecken zurück. Die Proteine können anschließend durch Anfärben sichtbar gemacht oder durch Herauslösen aus der Trägermatrix quantitativ bestimmt werden.
2.2.7 Abbau von Eiweißen
Die räumliche Struktur der Eiweiße wird durch sog. Denaturierung zerstört. Das kann durch Hitze, Kälte oder Druck, durch Säuren oder Laugen veranlasst werden. Dabei wird die räumliche Struktur irreversibel zerstört, die Reihe der Aminosäuren aber bleibt erhalten.
Beim Aufschluss von Nahrung im menschlichen Körper schützt ihre spezifische räumliche Struktur die Proteine zunächst vor dem Zugriff z.B. von abbauenden Enzymen des Verdauungstraktes (Kap. ▶ 2.2.4). Selbst wenn eine große Ähnlichkeit mit im Körper schon vorhandenen Eiweißen besteht, muss ihre räumliche Struktur bei Nahrungsaufnahme durch die Magensäure zerstört (denaturiert) werden, damit sie enzymatisch abgebaut werden können (Kap. ▶ 9.4 und Kap. ▶ 9.5).
Fieber ab 42 °C denaturiert z.B. die Eiweiße des Hämoglobins (Farbstoff der roten Blutkörperchen). Die Schutzfunktion des Fiebers besteht darin, dass schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen die Antigene, z.B. von Bakterien, denaturiert werden, ohne die körpereigenen Eiweiße zu verändern (Kap. ▶ 7.2). Daneben spielt die Denaturierung der Bakterieneiweiße durch die Salzsäure im Magen bei deren oraler Aufnahme eine bedeutende Rolle in der Infektabwehr.
Pathologie
Proteinmangel
Dieser entsteht durch chronische Unterernährung (verminderte Zufuhr, Maldigestion, Malabsorption), chronisch konsumierende Erkrankungen, chronische Infekte, Bildungsstörungen. Durch Proteinmangel kommt es aufgrund osmotischer Prozesse zur Ödembildung.
Mukoviszidose (zystische Fibrose)
Mangel an Transportprotein für Chlorid führt in den Bronchien, im Pankreas und im Gallengangsystem sowie dem Darm zu einer verminderten Sekretion von Chloridionen in das Lumen, was einen verminderten Wassereinstrom nach sich zieht und zu zähem, stark viskösem Sekret führt und damit zur Erkrankung der genannten Organe. In den Schweißdrüsen fördert das Protein normalerweise den Transport der Chloridionen vom Lumen in die Zelle, was beim Fehlen zu einer erhöhten Chlorid- und Wasserabgabe der Schweißdrüsen führt (Nachweis durch den sog. Schweißtest: Chloridgehalt > 60 mmol/l, bei Neugeborenen > 90 mmol/l).
Leberzirrhose
Die Leber ist das größte albuminproduzierende Organ. Bei einer Zirrhose werden vermindert Albumine gebildet, was zu einem Mangel im Interstitium führt. Durch osmotische Prozesse kommt es zur Ausbildung einer Bauchwassersucht (Aszites).
Nierenerkrankungen
Bei Verlust von Eiweißen durch Schädigung der Glomeruli (z.B. Glomerulonephritis) kommt es zur Ausbildung von Ödemen.
α-1-Antitrypsinmangel
Der Mangel führt zum Lungenemphysem bei Erwachsenen und zu Lebererkrankungen bei Kindern; er ist genetisch bedingt.
Amyloidose
Hierbei handelt es sich um veränderte Proteine, die sich im Interstitium ablagern und so zu verschiedenen chronischen, meist tödlich verlaufenden Krankheiten führen.
Humane spongiforme Enzephalopathie (HSE), Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJK), Variante Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJK)
Es bilden sich pathologische Proteine (Prionen), was zur Zerstörung des Gehirns führt.
Zöliakie
Bei einer allergischen Reaktion auf das Eiweiß Gluten aus Weizen, Hafer, Roggen, Gerste bilden sich Antikörper (Transglutaminase-Antikörper, Gliadin-Antikörper), die die Dünndarmschleimhaut angreifen (Kap. ▶ 9.2.1).
Medikamente
Diuretika bei Ödemen
Wenn eine schnelle Entwässerung erreicht werden soll, ist Furosemid indiziert. Bei Dauermedikation werden eher kaliumsparende Diuretika gegeben, wie Amilorid, Triamteren (sie hemmen die Resorption von Natrium) oder Spironolacton (dies besetzt den Aldosteronrezeptor). Sie haben den Nachteil, dass die Diurese nur gering ist, deshalb werden häufig 2 Diuretika in Kombination verabreicht (Kap. ▶ 10.4).
2.2.8 Enzyme (Biokatalysatoren)
Enzyme sind Proteine bestehend aus 50–100 Aminosäuren, die jeweils eine spezifische biochemische Reaktion katalysieren. Nahezu jede biochemische Reaktion im Organismus wird durch Enzyme katalysiert und kontrolliert. Enzyme können irreversibel und reversibel gehemmt werden. Andererseits kann ein Enzym nach einer Reaktion auch abgebaut werden und muss anhand seines genetischen Schlüssels neu aufgebaut werden.
Die chemische Struktur von Enzymen variiert: Einige bestehen aus einfachen Eiweißketten (z.B. Trypsin), andere schließen sich mit anderen Enzymen zu einem Multienzymkomplex (z.B. Pyruvatdehydrogenase) zusammen und wieder andere bestehen aus Nichteiweißstrukturen (Kofaktor) und Eiweißen (Apoenzym), sog. Holoenzyme (z.B. RNS-Polymerase).
Enzyme, die verschiedene biochemische Reaktionen katalysieren können, bezeichnet man als multifunktionelle Enzyme. Sind Metalle in Enzyme eingebettet, nennt man sie Metalloenzyme (z.B. die zinkhaltige Carboanhydrase).
2.2.8.1 Funktion als Biokatalysatoren
Enzyme beschleunigen Stoffwechselvorgänge, indem sie mit dem Substrat einen Komplex eingehen (Enzym-Substrat-Komplex).
Die Affinität zu dem Substrat kann sehr spezifisch sein, so erkennt z.B. die Glukokinase nur Glukose, nicht aber Galaktose als Substrat. Daneben gibt es auch weniger spezifische Affinitäten, sodass ein breiteres Substratspektrum katalysiert werden kann. So können z.B. Alkoholdehydrogenasen neben Ethylalkohol auch andere Alkohole abbauen.
In manchen Fällen binden Enzyme auch mehrere Substrate nacheinander zu einem zentralen Komplex; dann erst kann sich das neue Produkt bilden.
Die ▶ Abb. 2.1 veranschaulicht einige Beispiele von Enzymfunktionen.
Abb. 2.1 Verschiedene Möglichkeiten enzymatischer Funktionen.
Eine Regulation der Enzyme unterliegt der Wechselwirkung von zu katalysierendem Substrat und dem Reaktionsprodukt. Es gilt: Ist viel Substrat vorhanden, muss eine Große Anzahl von Enzymen zur Verfügung stehen; sind viele Reaktionsprodukte vorhanden, hemmen diese das Enzym. Diese Zusammenhänge sind in der sog. Michaelis-Menten-Gleichung festgehalten.
2.2.8.2 Bedeutung in der Medizin
Enzyme sind in der medizinischen Diagnostik von großer Bedeutung. Je nach Gehalt im Blut und Kombination ihrer pathologischen Erhöhung oder Erniedrigung können Rückschlüsse auf Organschäden gezogen werden. Diese Zusammenhänge werden jeweils zum Verdauungssystem (Leber-, Pankreas- und Magenenzyme, Kap. ▶ 9) sowie dem Herz-Kreislauf-System (Herzenzyme, Kap. ▶ 12) detailliert ausgeführt.
Auch Labormethoden bedienen sich häufig enzymatischer Reaktionen, um Krankheiten oder Intoxikationen zu entdecken (enzymatische Messungen), z.B. bei der Alkoholbestimmung im Blut.
2.2.9 Hormone
Hormone sind Botenstoffe, die Informationen über das Blut an das Erfolgsorgan bringen und dort eine Reaktion veranlassen (z.B. sorgt Insulin für die Einschleusung von Glukose in die Zellen).
Chemisch gesehen gehören die Hormone zu verschiedenen Stoffklassen:
reine Proteine: z.B. Cholezystokinin (CCK), Sekretin, Gastrin, glukoseabhängiges insulinotropes Peptid (GIP; auch gastroinhibitorisches Peptid)
Glykoproteine: z.B. Luteinisierungshormon (LH), follikelstimulierendes Hormon (FSH), adrenokortikotropes Hormon ( ACTH)
niedermolekulare Aminosäurederivate: z.B. Adrenalin, Dopamin, Serotonin, Trijodthyronin (T3), Thyroxin (T4)
Steroide: Glukokortikoide, Mineralokortikoide, Geschlechtshormone
Sie können eingeteilt werden nach der Art der Regulation, nach der chemischen Zusammensetzung, nach der Herkunft oder nach ihren biochemischen Eigenschaften.
Dieses Buch beschäftigt sich mit der Art der Regulation. Dabei werden die Hormone betrachtet, die hypothalamisch-hypophysär geregelt werden (Kap. ▶ 15) und solche, die als Gewebshormone nicht hormonell reguliert werden (Kap. ▶ 9, Kap. ▶ 12 und Kap. ▶ 13).
Fazit
Eiweiße bilden Ketten, deren kleinste Einheit die Aminosäure ist. Durch „Verknäulen“ der Ketten bilden sie eine hochspezifische räumliche Struktur. Die Eiweiße werden nach der Anzahl ihrer Aminosäuren eingeteilt in Peptide und Proteine. Sie sind sowohl wasseranziehend als auch wasserabstoßend und können Zusatzverbindungen eingehen, z.B. mit Zuckern (Glykoproteine) oder Metallen (Metalloproteine).
Proteine haben im Körper verschiedene Funktionen, wie Transport-, metabolische, Schutzfunktionen, und dienen der Festigkeit (Keratine), Struktur und als Reservestoffe. Rezeptorproteine vermitteln z.B. Informationen oder den Transport von Substanzen in die Zelle, durch die in der Zelle gezielt Stoffwechselreaktionen ausgelöst werden können.
Eiweiße lassen sich durch das Verfahren der Elektrophorese (Serum- oder Urinelektrophorese) aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladung und Größe voneinander trennen und bestimmen.
Eiweiße müssen zunächst aus ihrer räumlichen Struktur gebracht werden (Denaturierung), damit sie abgebaut werden können. Das kann z.B. durch Hitze oder Kälte geschehen, aber auch durch Säuren oder Laugen. Die Eiweiße der Erythrozyten werden bei Temperaturen ab 42 °C zerstört, Bakterieneiweiße schon bei geringeren Temperaturen; die Verdauung von Nahrungseiweißen im menschlichen Organismus erfolgt zunächst durch die Magensäure, erst dann sind sie für den enzymatischen Abbau zugänglich.
Enzyme sind Eiweiße, die Stoffwechselreaktionen des Körpers katalysieren und kontrollieren. Ihre Regulation steht in direktem Zusammenhang mit dem Reaktionsprodukt. Auch im medizinischen Labor werden sie zu diagnostischen Zwecken eingesetzt.
Hormone sind Botenstoffe im Organismus, die unterschiedlichen chemischen Substanzklassen zuzuordnen sind. Sie veranlassen im Organismus Stoffwechselprozesse.
Häufig gestellte Fragen
Was sind Prionen?
Prionen sind Eiweiße im Gehirn. Sie sind in physiologischer, nicht pathogener Form oft Bestandteil der Hirnzellmembranen, können aber nur durch Veränderung der Faltung der Eiweißkette in hoch pathogene Formen übergehen und zum Tode führen (z.B. bei der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit).
Warum sind Prionen so schwer zu beseitigen?
Durch ihre spezielle Faltung sind die pathogenen Prionen sehr widerstandsfähig gegen enzymatischen Abbau, gegen Hitze, Bestrahlungen und andere Desinfektionsmittel oder Sterilisationsverfahren.
Warum führt der Befall mit Prionen zum Tod?
Weil die pathologischen Prionen die Faltungen physiologischer, nicht pathogener Prionen verändern, sich zusammenlagern zu sog. Amyloiden und so zur irreversiblen Schädigung der Nervenzellen führen.
Warum entstehen bei Eiweißmangel z.B. Lungenödeme oder Perikard- oder Pleuraergüsse?
Durch das grundsätzliche Bestreben des Organismus nach Konzentrationsausgleich (Homöostase), wird bei Eiweißmangel durch osmotische Prozesse Wasser an die Orte mit höherer Eiweißkonzentration gebracht, was zu Ödemen in verschiedenen Körpersystemen führt. Wenn also Bluteiweiße fehlen, wird Wasser aus dem Gefäßsystem ins Interstitium abgegeben, was innerhalb des Gefäßsystems zu einem niedrigeren hydrostatischen Druck führt. Dies wiederum aktiviert den Renin-Angiotensin-Aldosteron-Mechanismus der Nieren. Der sich daraus entwickelnde pathologische Kreislauf mit steigender Wasserrückresorption an den Nieren führt zur weiteren Verstärkung der Ödeme. Die Ödeme können überall im Körper auftreten, so z.B. bei einer Leberzirrhose oder Pankreatitis als Bauchwassersucht (Aszites), in den Lungenfellen als Pleuraerguss, im Herzbeutel als Perikarderguss, in den Beinen, an den Augenlidern oder auch in den Alveolen als Lungenödem.
Hat jede Ödembildung etwas mit Eiweißmangel zu tun?
Nein – Ödeme können ebenfalls durch zu viel Flüssigkeit, durch einen zu hohen Gefäßdruck, durch Herz- oder Nierenprobleme, Gefäßerkrankungen, Sauerstoffmangel etc. entstehen.
Gibt es Gefahren, wenn Ödeme punktiert werden?
Die Gefahr besteht darin, dass sich an der Punktionsstelle eine Infektion bilden kann und dass sich das Ödem schneller wieder ausbildet. Daher wird eine Indikation zu Punktionen eher zurückhaltend gestellt, wobei diese Entscheidung immer von der Hintergrunderkrankung abhängt. Manchmal ist eine Punktion unumgänglich, um dem Patienten Erleichterung zu verschaffen und/oder um Erkrankungen zu diagnostizieren.
Was bewirkt das Eiweiß Gluten?
Gluten kommt in vielen Getreidesorten vor, so in Dinkel, Weizen, Roggen, Hafer, Gerste, Triticale. Es setzt sich zusammen aus Gluteninen und Prolaminen, wobei die Prolamine allergieauslösend sind. Die Struktur der Prolamine in den verschiedenen Getreidesorten ist unterschiedlich: Das Prolamin des Weizens heißt Gliadin, des Roggens Secalin, des Hafers Avenin etc. Sie werden auch Klebereiweiße genannt, weil sie dafür sorgen, dass Backwaren zusammenhalten. Die pathologische Reaktion auf Gluten ist eine allergische Reaktion, bei der die Darmzotten atrophieren. Das führt zu Durchfall, Fettstuhl, Bauchschmerzen und Resorptionsstörungen. Die Therapie besteht in glutenfreier Kost.
2.3 Kohlenhydrate
Kohlenhydrate (Zucker, Stärke, Zellulose) kommen im Pflanzen- und Tierreich in unterschiedlichen Formen vor. Chemisch stellen sie mehrwertige Alkohole dar, deren Molekül zusätzlich mit einer weiteren chemischen Gruppe ausgestattet ist, die bei Zuckermolekülen mit einem Grundgerüst von 5 oder 6 C-Atomen eine Ringform bilden. Beispiele für Moleküle mit 5 C-Atomen, sog. Pentosen, sind Ribose, Desoxyribose oder Xylose. Zuckermoleküle mit 6 C-Atomen sind z.B. Glukose, Galaktose, Mannose oder Fruktose.
2.3.1 Grundaufbau
Diese Zucker können als Einzelmolekül vorkommen (Monosaccharide), sich aber auch zu 2 (Disaccharide) oder zu vielen Molekülen (Polysaccharide) zusammenschließen. Von Oligosacchariden spricht man bei Verbindungen von 3–10 Monosacchariden.
2.3.1.1 Monosaccharide
Das wichtigste Monosaccharid für den menschlichen Organismus ist Glukose. Das Glukosedepot ist Glykogen. Im Zusammenwirken mit Sauerstoff ist Glukose für die Erstellung der Energie verantwortlich (Glykolyse).
2.3.1.2 Disaccharide
Die wichtigsten Disaccharide sind die Saccharose (Verbindung von Glukose und Fruktose), Maltose (Glukose und Glukose) sowie Laktose (Glukose und Galaktose).
2.3.1.3 Polysaccharide
Diese bilden im Pflanzenreich Gerüstsubstanzen (z.B. Zellulose) oder Reservestoffe (z.B. Stärke). Stärke ist reichlich in Samen und Knollen abgelagert und besteht aus 2 Glukoseketten: Amylose (250–300 Glukosemoleküle) mit ca. 20–30% der Stärke sowie Amylopektin (70–80%, bestehend aus mehreren 1000 Glukosemolekülen). Die Ketten unterscheiden sich in ihrer Bindungs- und Verzweigungsform.
Im Tierreich und beim Menschen kommen Polysaccharide als Reservestoff Gykogen (tierische Stärke) vor (Molekulargewicht > 1 Mio.). Glykogen besteht ausschließlich aus Glukosemolekülen. Es ist in jeder Zelle nachweisbar, insbesondere aber in der Skelettmuskulatur und der Leber (Kap. ▶ 9.3). Aus Glykogen kann durch Abbau mittels der Enzyme der Amylasen jederzeit Glukose zur Verfügung gestellt werden (Glykogenolyse).
2.3.2 Funktion der Glukose
Glukose ist ein wichtiger Energielieferant für den Organismus. Die beim Glukoseabbau (Glykolyse) in den Mitochondrien entstehende Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert. Aus einem Mol Glukose entstehen ca. 30 ATP. Zum Abbau wird Sauerstoff benötigt. Reaktionsprodukte sind u.a. ATP, Wasser und Kohlendioxid. Kohlendioxid wird über die Erythrozyten zur Lunge abtransportiert und abgeatmet oder in Wasser gelöst als Bikarbonat (Hydrogenkarbonat) vom Organismus als Puffer verwertet (Kap. ▶ 13.3).
Der Organismus ist auf die Zufuhr von Kohlenhydraten durch die Nahrung angewiesen. Um Polysaccharide (Stärke) für den Körper verfügbar zu machen, werden sie im Verdauungstrakt mittels Enzymen über die Stufe der Oligosaccharide in Monosaccharide, z.B. Glukose überführt (Kap. ▶ 2.2.8).
Bei Glukosemangel wird zunächst auf die Glykogenspeicher zurückgegriffen (Glykogenolyse). Sollte das nicht ausreichen, vermag der Körper auch Fette und Eiweiße in Glukose zu überführen (Glukoneogenese). Bei zu langer Hungerphase kommt es zum Abbau aller Fette (auch der Organfette), der Eiweiße und der Aminosäuren.
Pathologie
Ödembildung
Bei vermehrtem Eiweißabbau, z.B. in Hungerphasen (Anorexia nervosa, Hungersnot) kommt es zu Verschiebungen des kolloidosmotischen Drucks und Ausbildung von Ödemen (z.B. Perikarderguss, Pleuraerguss, Beinödeme, Aszites; Kap. ▶ 2.2.7).
2.3.3 Transport der Glukose
Damit die Glukose zur Energiegewinnung verfügbar ist, muss sie in die Zellen geschleust werden. Das dazu notwendige Hormon ist Insulin. Der wichtigste Sekretionsreiz ist ein steigender Blutzuckerspiegel durch kohlenhydrathaltige Nahrungsmittel. Dabei werden Glukosemoleküle insulinunabhängig von den B-Zellen des Pankreas aufgenommen, woraufhin Insulin ausgeschüttet wird (Kap. ▶ 15.7.1).
Eine weitere Möglichkeit des Glukosetransports in die Zelle ist der insulinunabhängige Transport über die sog. Glukosetransporter (Eiweiße) GLUT-1, -2, -3:
GLUT-1 ist der häufigste Transporter und kommt vor allem in den Zellen des ZNS und der Erythrozyten vor. Er besitzt eine starke Glukosebindung, sodass eine ständige Versorgung der Zellen mit Glukose gesichert ist.
GLUT-2 kommt in den Leberzellen, B-Zellen des Pankreas, in der Darmschleimhaut und den Nieren vor. Hier ist die Bindungskapazität nicht so ausgeprägt und abhängig von der Glukosekonzentration des Blutes. Erst bei höheren Blutzuckerwerten kann die Glukose in die Zellen geschleust werden.
GLUT-3 ist zusätzlich zu Glut-1 überwiegend in den Nervenzellen des ZNS zu finden. Die Bindung ist so stark, dass auch bei niedrigen Blutzuckerspiegeln eine Grundversorgung des Gehirns gewährleistet bleibt.
Fazit
Bei den Kohlenhydraten unterscheidet man Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide. Physiologisch bedeutsam sind das Monosaccharid Glukose und verschiedene Polysaccharide als Glukosereservoir (Glykogen) oder als Gerüstbildner. Glukose ist ein wichtiger Energielieferant. Der Organismus speichert Glukose in Form von Glykogen. Bei Glukosemangel baut der Körper zunächst Glykogen (Glykogenolyse) ab, um im weiteren Verlauf Glukose aus Fetten und Eiweißen herzustellen (Glukoneogenese). Die Verfügbarkeit der Glukose für die Körperzellen muss gesichert sein. Dies wird einerseits über Insulin und andererseits über insulinunabhängige Glukosetransporter gewährleistet.
2.4 Fette
Fette, Phospholipide (z.B. Lecithin), Glykolipide (auf deren vertiefende Darstellung verzichtet wird) und Lipoproteine werden unter dem Sammelbegriff Lipide geführt. Als Lipidbegleitstoffe sind die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K anzusehen. Lipide und Lipidbegleitstoffe sind schwer wasserlöslich, dagegen aber sehr gut löslich in Fetten und Ölen.
2.4.1 Grundaufbau
Fette sind Ester des Dreifachalkohols Glyzerin mit Fettsäuren (Triglyzeride). Die Vielfalt der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Fette beruht auf der Verschiedenheit der Fettsäuren.
Die Fettsäuren der Fette bestehen aus geradzahligen Kohlenstoffketten mit in der Regel 10–22 Kohlenstoffeinheiten. Sie werden eingeteilt in:
gesättigte Fettsäuren: mit untereinander einfach gebunden Kohlenstoffatomen (-C-C-C-C-C-; Valerian-, Palmitin-, Stearinsäure).
ungesättigte Fettsäuren: mit Doppelbindungen der Kohlenstoffatome (-C=C-); bei einfach ungesättigten Fettsäuren liegt nur eine Doppelbindung in einem Molekül vor (Ölsäure), bei mehrfach ungesättigten mehrere Doppelbindungen (Linol-, Linolen-, Arachidonsäure).
Fette mit vielen gesättigten Fettsäuren haben eine feste Konsistenz. Je größer der Anteil an ungesättigten Fettsäuren ist, desto flüssiger ist das Fett.
Essenzielle Fettsäuren müssen mit der Nahrung zugeführt werden, weil der Organismus sie nicht selbst herstellen kann (z.B. Linolsäure und α-Linolensäure).
2.4.2 Funktion der Fette
Fette sind die wichtigsten Energiereserven im menschlichen Körper. Sie sind durch Lipasen leicht spaltbar und somit schnell verfügbar. Die Lipasen werden aktiviert z.B. durch Adrenalin, Kortisol, Somatotropin und Glukagon, jedoch gehemmt durch Insulin. Insulin vermittelt gleichzeitig die Synthese der Fette aus Glycerol und Fettsäuren.
Im Blut werden die Fette als Lipoproteine transportiert. Freie Fettsäuren nutzen Albumine als Transporter (Carrier; Kap. ▶ 9.3).
Der Fettaufbau findet im Zytoplasma der Leber-, Nieren-, Lungen-, Milchdrüsen- und Fettzellen statt. Der Abbau der Fettsäuren geschieht in den Mitochondrien der Zellen. Beim Abbau entstehen über einen speziellen Abbauweg Moleküle des Acetyl-Coenzym A (kurz Acetyl-CoA), die in der Leber in sog. Ketonkörper, z.B. das Acetacetat überführt werden. Zur Bildung von Ketonkörpern ist ausschließlich die Leberzelle befähigt. Da die Leber diese Ketonkörper aber nicht selbst verwerten kann, gibt sie sie ins Blut ab, wodurch sie anderen Zellen und Geweben als schnell verwertbarer Brennstoff zur Verfügung stehen. Jedoch gibt die Leber in der Regel nur so viele Ketonkörper ins Blut ab, wie in peripheren Organen benötigt werden (Kap. ▶ 4.1.2 und Kap. ▶ 8.3.2).
Den ebenfalls aus 2 Molekülen Acetyl-CoA entstehenden Ketonkörper Azeton (CH2-CO-CH2) kann der Organismus nicht verwenden und scheidet ihn mit dem Urin, bei hohen Konzentrationen zusätzlich auch über die Atemluft aus (z.B. bei schlecht eingestellten Diabetikern).
Pathologie
Ketoazidose
Eine Ketoazidose kann bei Diabetes mellitus, Fasten, kohlenhydratfreier Diät auftreten. Beim Abbau von Fetten kommt es zu einem vermehrten Anfall von Ketonkörpern (Azeton o.Ä.), die als saure Stoffwechselprodukte eine Übersäuerung des Blutes hervorrufen. Dies führt bei dauerhaftem Zustand zu Organschäden. Bei sehr hohen Konzentrationen erfolgt neben der Ausscheidung über die Nieren (Ketonurie, metabolische Azidose) auch eine Ausscheidung über die Atemluft (Kußmaul-Atmung). Kommt es in Mangelsituationen zum Abbau der Organfette, führt das zu einer Gefährdung der Organe bei mechanischer Einwirkung (z.B. auf die Nieren), da Fette auch eine Polsterfunktion besonders für die körperoberflächennahen Organe haben.
2.4.3 Cholesterin
Das Cholesterin (auch Cholesterol) wird aus Acetyl-CoA über lange biochemische Wege im endoplasmatischen Retikulum aller Zellen synthetisiert (Ausnahme: Zellen, die keinen Kern enthalten). Es ist das wichtigste Sterol des tierischen und menschlichen Organismus. Es ist am Aufbau der Zellmembranen beteiligt und Grundbaustein der Gallensäuren und der Steroidhormone (Aldosteron, Kalzitriol, Kortisol, Östradiol, Progesteron, Testosteron).
Seine Synthese wird gefördert durch Insulin, gehemmt durch Glukagon und Gallensäuren in der Darmmukosa. Je mehr Cholesterin mit der Nahrung zugeführt wird, desto weniger synthetisiert der Organismus.
Der tägliche Cholesterinbedarf liegt beim Menschen zwischen 0,5 und 1,5 g, wobei weniger als 50% aus der Nahrung stammen. Nahrungsmittel, die viel Cholesterin enthalten sind z.B. Butter, Eigelb, Fleisch, Gehirn, Leber, Sahne. Körpereigenes Cholesterin finden wir in den Membranen und den Speichern der Zellen sowie in den im Blut zirkulierenden Lipoproteinen. Der Abbau erfolgt in der Hauptsache durch die Leber, indem es zu Gallensäuren umgebaut und dann ausgeschieden wird. Jedoch wird auch unverändertes Cholesterin mit der Galle ausgeschieden (Kap. ▶ 9.3).
2.4.4 Phospholipide
Das wichtigste Phospholipid ist das Lecithin. Es besteht aus einer an Glycerol gebundenen gesättigten und einer mehrfach ungesättigten Fettsäure sowie einer Phosphorsäuregruppe. Das führt zu einem Fett, das einerseits wasserlöslich (Phosphatanteil) und andererseits fettlöslich (Fettsäuren) ist.
Phospholipide sind essenzielle Bestandteile der Zellmembranen. Als Bestandteil der Lipoproteine zirkulieren sie im Blut und sind außerdem an der Bildung von Mediatoren beteiligt.
2.4.5 Lipoproteine
Lipoproteine sind ein Gemisch aus Fetten (Triglyzeriden), Chylomikronen, Phospholipiden, Cholesterin, fettlöslichen Vitaminen und Eiweißen (Apolipoproteine). Sie verändern ihre Zusammensetzung ständig, da sie Lipide aufnehmen und wieder abgeben und untereinander austauschen.
Lipoproteine bilden einen kugeligen Komplex, bei dem die Apolipoproteine außen liegen und die Lipide im Inneren. Sie werden nach ihrer Dichte, hervorgerufen durch den Anteil der Eiweiße, in verschiedene Klassen eingeteilt: Diejenigen mit einem hohen Lipid- und einem geringen Eiweißanteil weisen eine geringe Dichte, diejenigen mit niedrigem Lipid- und hohem Proteinanteil eine hohe Dichte auf. Dabei werden folgende wichtige Hauptklassen unterschieden:
VLDL (very low-density lipoprotein – sehr geringe Dichte)
IDL (intermediate-density lipoprotein)
LDL (low-density lipoprotein)
HDL (high-density lipoprotein – hohe Dichte)
Die VLDL werden in der Leber aufgebaut und verteilen über die Blutbahn Lipide im Organismus. Dadurch, dass sie die Lipide abgeben, werden sie kleiner und zu IDL- oder LDL-Komplexen, wobei ihr Anteil an Cholesterin zunimmt und der der anderen Fette abnimmt. IDL und LDL bringen nun das Cholesterin an die Zellen.
HDL-Komplexe werden in der Leber und in der Darmmukosa gebildet. Im Blut nehmen sie Phospholipide und Cholesterin auf und übertragen sie auf VLDL oder bringen sie zurück zur Leber und zu steroidhormonbildenden Geweben. Damit können sie Cholesterin aus arteriosklerotischen Plaques herauslösen und entsorgen (Kap. ▶ 9.5).
Bezogen auf den Gesamtcholesteringehalt sollte ein gesundes Verhältnis von HDL zu LDL 1:3 (z.B. 50 mg/dl HDL:150 mg/dl LDL) betragen. Das Gesamtcholesterin sollte 200 mg/dl nicht überschreiten.
Pathologie
Arteriosklerose
Ein erhöhter Anteil an LDL bringt zu viel Cholesterin in die Zellen der Blutgefäße, was zu erhöhter Ablagerung an den Membranen und damit zu arteriosklerotischen Plaques führt. Ein zu niedriger HDL-Gehalt fördert die Bildung von Arteriosklerose.
Magersucht (Anorexia nervosa)
Durch die fehlende Zufuhr von Nahrungsmitteln ist der Organismus gezwungen, seine Fettreserven zur Energieproduktion aufzubrauchen. Das führt auch zu einem Mangel an Cholesterin, was wiederum einen Hormonmangel, z.B. der Sexualhormone, nach sich zieht, sodass die Patientin eine Amenorrhöe (das Ausbleiben der Menstruation) entwickelt.
Cholesterinsteine
Ein zu hoher Cholesterinanteil in der Gallenflüssigkeit fördert die Bildung von Cholesterinsteinen.
Medikamente
Cholesterinsenker
Die meisten Cholesterinsenker sind sog. Statine, auch CSH-Hemmer (Cholesterinsynthesehemmer) genannt, die die körpereigene Cholesterinsynthese blockieren. Im Handel befinden sich Medikamente wie Simvastatin, Pravastatin, Lovastatin.
Fazit
Fette sind ein Gemisch aus mehreren fettlöslichen Substanzen, wie Cholesterin, Lecithin, Vitaminen und Triglyzeriden. Sie werden in Form von Lipoproteinen im Blut transportiert. Triglyzeride bestehen aus Glycerol und Fettsäuren. Fettsäuren sind wichtige Energiereserven im Organismus. Wie bei den Aminosäuren findet man auch bei den Fettsäuren essenzielle, also nicht vom Körper synthetisierbare Fettsäuren. Gesättigte, langkettige Fettsäuren sind schwer wasserlöslich und bilden eher Hartfette. Je mehr Doppelbindungen die Fettsäuren besitzen, desto flüssiger und besser in Wasser löslich sind sie. Der Abbau von Fetten führt zu Ketonkörpern, die der Energiegewinnung dienen oder über die Nieren ausgeschieden werden.
Fette sind ein Gemisch aus vielen fettlöslichen Stoffen wie Phospholipiden, Cholesterin, Triglyzeriden, Chylomikronen und Vitaminen A, E, D, K. Sie werden mithilfe einer Proteinhülle als Lipoproteine durch den Körper geschleust. Cholesterin ist ein wichtiger Grundbaustein für die Zellmembranen und für verschiedene Steroide (Kortison, Sexualhormone, Gallensäuren, Vitamin D); es wird vom Körper selbst synthetisiert, aber auch mit der Nahrung aufgenommen. Je nach dem Fettgehalt der Lipoproteine unterscheiden sie sich in ihrer Dichte; ein gesundes Verhältnis sehr dichter (HDL) zu geringfügig dichten (LDL) Lipoproteinen sollte bei 1:3 liegen.
Häufig gestellte Fragen
Warum ist ein höherer Anteil von HDL auch von Nachteil?
Diese Frage konnte bisher nicht geklärt werden. Es zeigte sich, dass eine gute Verteilung von HDL:LDL vorliegt, wenn diese ein Verhältnis von 1:3 oder 1:4 hat.
