Taschenlehrbuch Physiologie E-Book

• Herausgeber: Thieme
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 1377

Veröffentlichungsjahr: 2015

Beschreibung

Physiologie:kompakt, handlich, anspruchsvoll

• Allgemeine Physiologie und Zellphysiologie: Grundlagen, Transport, Elektrophysiologie, Muskelkontraktion
• Vegetative Physiologie: Organe und Funktionssysteme
• Integrierte Körperfunktionen: Temperatur- und Leistungsphysiologie, Altersphysiologie
• Sensomotorik und höhere Funktionen: Sinnesphysiologie, Sensomotorik, integrierte Gehirnfunktionen
• Einleitungen geben einen Überblick über das jeweils folgende Kapitel
• Viele farbige Grafiken erklären die Zusammenhänge
• Mit wissenswerten Details, die das Prüfungswissen optimal ergänzen
• Zahlreiche klinische Bezüge zur späteren ärztlichen Tätigkeit

2. Auflage: Komplett überarbeitet und aktualisiert

Leseprobe

Taschenlehrbuch Physiologie

Michael Gekle, Hugo Marti, Erhard Wischmeyer, Stefan Gründer, Marlen Petersen, Albrecht Schwab, Fritz Markwardt, Nikolaj Klöcker, Hans-Christian Pape, Rosemarie Baumann

2., überarbeitete Auflage

471 Abbildungen

Vorwort

Physiologie? Was ist Physiologie? Diese Frage stellen sich viele zu Beginn eines entsprechenden Studiums – und manche ein Leben lang. Physiologie ist nicht bekannt aus Film und Fernsehen, wie z.B. die „Anatomie" mit Franka Potente oder die Rechtsmedizin im „Tatort", ganz zu schweigen von Dr. House.

Der Philosoph Arthur Schopenhauer bemerkte zur Physiologie: „Physiologie ist der Gipfel der gesamten Naturwissenschaft und zugleich ihr dunkelstes Gebiet." Der erste Halbsatz hat selbstverständlich nach wie vor Gültigkeit; zum Glück hat sich die Dunkelheit des zweiten Halbsatzes über die Jahrhunderte gelichtet und wird sich für Studierende und andere Interessierte weiter lichten, nicht zuletzt durch das hier vorliegende Taschenlehrbuch der Physiologie.

Physiologie ist die Lehre von der Logik des Lebens. Sie lehrt uns, was mit/in einem Menschen geschieht, warum es geschieht und was los ist wenn es einmal nicht mehr geschieht. Warum wird bei plötzlicher Gefahr der Puls schneller, das Gesicht blass, und wieso tritt die eine oder andere Schweißperle auf die Stirn? Das heißt, es geht um das Verständnis von Zusammenhängen und Prinzipien, in qualitativer und quantitativer Form, und nicht so sehr um das schiere Anhäufen von Fakten, die nur allzu rasch wieder verloren gehen (wiewohl ein Grundkanon an Fakten für dieses Verstehen essenziell ist). Dieses Verständnis benötigen die Ärztin oder der Arzt im klinischen Alltag sowie der forschende Biowissenschaftler – denn die Kenntnis der physiologischen Grundlagen trägt wesentlich zum Verständnis der Entstehung von Erkrankungen bei, fördert die Entwicklung diagnostischer Verfahren und ist häufig sogar hilfreich bei der Therapie. Die Beschäftigung mit der Physiologie bedeutet also hauptsächlich den Erwerb von Fähigkeiten und Fertigkeiten zum Umgang mit Fakten, d.h. man muss das „physiologische" Denken lernen, um die Körperfunktionen verstehen zu können.

Die Medizin und damit das Medizinstudium stehen ganz besonders im Spannungsfeld zwischen Wissenschaftlichkeit und Praxisbezug, da die Medizin Wissenschaft ist und bleiben muss, die Studierenden und ärztlich Tätigen jedoch den Bezug dieser Wissenschaftlichkeit zur praktischen Tätigkeit auch erkennen, verstehen und akzeptieren sollen. Der hierbei nötige Brückenschlag erlangt im Medizinstudium eine zunehmend größere Bedeutung. Für diese Brückenfunktion in einer modernen Medizin bietet sich die Physiologie in besonderem Maße an.

Das vorliegende Taschenbuch stellt das hierfür notwendige Wissen in einem Band mit hoher inhaltlicher und formaler Qualität bereit. Zusätzlich orientiert es sich an den prüfungsrelevanten Lernzielkatalogen. Somit ist es ein passender Begleiter für die Vorbereitung auf die 1. Ärztliche Prüfung und andere „physiologische" Prüfungen, wie auch zur effizienten Erstellung von Referaten. Darüber hinaus bleibt es auch ein Begleiter in späteren Lernphasen, da es die funktionellen Grundlagen für klinische Disziplinen beschreibt und verstehbar macht.

Den zunehmenden zeitlichen und inhaltlichen Anforderungen im Studium Rechnung tragend wurde das Taschenlehrbuch (TLB) als handliches, kompaktes und trotzdem gut lesbares sowie erschwingliches Werk konzipiert. Es passt in jeden Rucksack und enthält doch alles, was der Medizinstudent heute wissen und verstehen muss. Wichtiger Klinikbezug und pathophysiologische Ergänzungen sind im Text farblich hervorgehoben. Außerdem finden sich im Kleingedruckten vertiefende Inhalte und Bezüge zu anderen Fächern.

Die Autoren dieses Lehrbuchs sind alle aktiv in der Lehre und der physiologischen Forschung eingebunden und haben ihre täglichen Erfahrungen einfließen lassen, in der Hoffnung, dass die zukünftigen Leser von ihrer Begeisterung für die Physiologie, d.h. für das Abenteuer, den Körper verstehen zu lernen, „angesteckt" werden und Spaß am Lesen, Denken und Verstehen haben.

In der Zeit seit Erscheinen der 1. Auflage vor fünf Jahren stellte sich bei uns und allen an der Entstehung des Buches Beteiligten die Freude über seine positive Aufnahme ein. Zahlreiche dezidiert sachliche Rezensionen und Zuschriften, deren Verfassern wir hier nochmals unseren ausdrücklichen Dank aussprechen, nehmen uns in die Pflicht, die einmal begonnene Arbeit fortzuführen und dabei die Anregungen und Kritiken zu beachten.

Wir bedanken uns ganz herzlich beim Georg Thieme Verlag für die Gelegenheit, dieses Buch realisieren zu dürfen. Ein besonderer Dank geht an Frau Marianne Mauch, Frau Dr. Karin Hauser und Herrn Dr. Willi Kuhn für die redaktionelle Unterstützung bei der Umsetzung des Projekts und an Frau Julia Belitz, Frau Linda Lubitz und Frau Yvonne Straßburg, die sich um die technische Herstellung des Buches gekümmert haben. Ein ganz herzliches Dankeschön auch an Herrn Thomas Heinemann, der mit großer Kompetenz und Sorgfalt die Grafiken gestaltet hat.

Die Autoren im Juni 2015

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Teil I Allgemeine Physiologie und Zellphysiologie

1 Grundlagen der Zellphysiologie

1.1 Der menschliche Organismus als offenes System mit innerem Milieu

1.2 Regelung

1.2.1 Prinzip des Regelkreises

1.2.2 Kennlinie eines Regelkreises

1.2.3 Zeitverhalten eines Regelkreises

1.2.4 Totzeit eines Regelkreises

1.3 Die Zelle und ihre Kompartimente

1.3.1 Membranen

1.3.2 Zellkompartimente

1.3.3 Zytoskelett

1.3.4 Zellkontakte

2 Transportprozesse und Signaltransduktion

2.1 Transportprozesse

2.1.1 Triebkräfte von Transportprozessen

2.1.2 Passiver und aktiver Transport

2.1.3 Vermittelter und unvermittelter Transport

2.1.4 Osmose und Filtration

2.1.5 Passiver Transport

2.1.6 Aktiver Transport über Zellmembranen

2.1.7 Transepithelialer Transport

2.2 Signaltransduktion

2.2.1 Allgemeines

2.2.2 Rezeptoren

2.2.3 Intrazelluläre Botenstoffe (Second Messenger)

3 Membranpotenzial

3.1 Überblick

3.2 Pumpen und Kanäle in der Zellmembran

3.2.1 Na+/K+-ATPase

3.2.2 Ionenkanäle

3.3 Ruhemembranpotenzial

3.3.1 Das K+-Gleichgewichtspotenzial

3.3.2 Gleichgewichtspotenziale verschiedener wichtiger Ionen

3.3.3 Mischpotenziale

3.4 Ionenströme und Membranpotenzial

3.4.1 K+-Ionen

3.4.2 Cl–-Ionen

3.5 Aktionspotenzial

3.5.1 Entstehung des Aktionspotenzials

3.5.2 Verlauf des Aktionspotenzials

3.5.3 Schwellenwert und Erregbarkeit

3.5.4 Codierung der Reizstärke

4 Erregungsleitung und -übertragung

4.1 Überblick

4.2 Erregungsleitung

4.2.1 Elektrotonische Fortleitung von Depolarisationen

4.2.2 Fortleitung des Aktionspotenzials in marklosen Nervenfasern

4.2.3 Fortleitung des Aktionspotenzials in markhaltigen Nervenfasern

4.2.4 Extrazelluläre Aktionspotenziale von Nervenfasern und Nerven

4.3 Erregungsübertragung

4.3.1 Synapsen

4.3.2 Erregende Synapsen im ZNS

4.3.3 Hemmende Synapsen im ZNS

4.3.4 Neuromuskuläre Endplatte

4.3.5 Elektrische Synapsen

4.4 Synaptische Plastizität

4.4.1 Cotransmitter

4.4.2 Weitere Neuromodulatoren

4.4.3 Langzeitpotenzierung und Langzeitdepression

4.5 Präsynaptische Hemmung und Bahnung

5 Muskulatur

5.1 Überblick

5.2 Morphologische Charakteristika der drei Muskelarten

5.2.1 Skelettmuskel

5.2.2 Herzmuskel

5.2.3 Glatte Muskulatur

5.2.4 Muskelfilamente

5.3 Erregung der Muskelzellen

5.3.1 Innervation von Skelettmuskelzellen

5.3.2 Elektrische Erregung der Skelettmuskelzelle

5.3.3 Elektrische Erregung der Herzmuskelzelle

5.3.4 Elektrische Erregung der glatten Muskulatur

5.4 Elektromechanische Kopplung in Muskelzellen

5.4.1 Elektromechanische Kopplung in Skelettmuskelzellen

5.4.2 Elektromechanische Kopplung in Herzmuskelzellen

5.4.3 Elektromechanische und pharmakomechanische Kopplung glatter Muskelzellen

5.5 Kontraktion der Muskelzellen

5.5.1 Kontraktion der Skelettmuskelzellen

5.5.2 Kontraktion der Herzmuskelzellen

5.5.3 Kontraktion glatter Muskelzellen

5.5.4 Ende der Muskelkontraktion

5.6 Regulation der Kontraktionskraft

5.6.1 Skelettmuskel

5.6.2 Herzmuskel

5.6.3 Glatte Muskulatur

5.7 Ermüdung der Skelettmuskulatur

5.8 Muskelmechanik und Energiestoffwechsel

5.8.1 Kontraktionsformen

5.8.2 Ruhedehnungskurve, isotonische und isometrische Maxima

5.8.3 Verkürzungsgeschwindigkeit und Arbeit eines Muskels

5.8.4 Energiestoffwechsel der Muskelzelle

Teil II Vegetative Physiologie: Organe und Funktionssysteme

6 Herz-Kreislauf-System

6.1 Das Herz im Kreislaufsystem

6.1.1 Herzerregung und Ablauf der Herzfunktionen

6.1.2 Aktionspotenziale in Kardiomyozyten

6.1.3 Hierarchie der Herzschrittmacherzentren

6.1.4 Refraktärphase des Myokards

6.1.5 Das Elektrokardiogramm (EKG)

6.1.6 Kopplung von Erregung und Kontraktion in Kardiomyozyten

6.1.7 Herzmechanik

6.1.8 Regulation der Herzaktivität

6.1.9 Ernährung des Herzens

6.1.10 Metabolismus des Myokards

6.2 Herz-Kreislauf-System

6.2.1 Überblick: Aufbau und Funktion des Herz-Kreislauf-Systems

6.2.2 Das Blutgefäßsystem

6.2.3 Arterielles Gefäßsystem

6.2.4 Strömungswiderstand im Gefäßsystem

6.2.5 Venöses Gefäßsystem

6.2.6 Blutdruck bei Orthostase

6.2.7 Mikrozirkulation

6.2.8 Lymphgefäßsystem

6.2.9 Lokale Regulation der Durchblutung

6.2.10 Systemische Kontrolle des Blutdrucks

6.2.11 Spezifische Durchblutung verschiedener Organe

6.2.12 Lungenkreislauf

7 Blut und Immunsystem

7.1 Blut

7.1.1 Zusammensetzung des Blutes

7.1.2 Das Blutplasma

7.1.3 Die zellulären Bestandteile des Blutes

7.1.4 Blutgruppen

7.2 Hämostase

7.2.1 Thrombozyten

7.2.2 Primäre Hämostase (Blutstillung)

7.2.3 Sekundäre Hämostase (Blutgerinnung)

7.2.4 Fibrinolyse

7.2.5 Physiologische Antihämostasemechanismen

7.2.6 Störungen der Hämostase

7.2.7 Gerinnungstests

7.3 Das Abwehrsystem

7.3.1 Das angeborene Abwehrsystem

7.3.2 Das adaptive Abwehrsystem

7.3.3 Impfung

7.3.4 Allergien

7.3.5 HIV-Infektion und AIDS

8 Atmung und Säure-Basen-Haushalt

8.1 Einführung

8.2 Aufbau und Funktion der luftleitenden Wege

8.2.1 Aufbau der luftleitenden Wege

8.2.2 Funktionen der luftleitenden Wege

8.2.3 Atemwegswiderstand

8.3 Atemmechanik

8.3.1 Inspiration und Exspiration

8.3.2 Druckverhältnisse bei Inspiration und Exspiration

8.3.3 Mechanische Eigenschaften von Lunge und Thorax

8.3.4 Compliance

8.3.5 Atemarbeit

8.4 Gasaustausch in der Lunge

8.4.1 Fraktionelle Gaskonzentration, Partialdruck und Konzentration

8.4.2 Lungenvolumina

8.4.3 Totraumvolumen

8.4.4 Aufbau der Alveolarmembran

8.4.5 Alveolärer Gasaustausch

8.4.6 Respiratorischer Quotient

8.5 Ventilation und Perfusion

8.5.1 Ventilations-Perfusions-Quotient

8.6 Transport von O2 und CO2

8.6.1 Physikalische Lösung der Atemgase im Blut

8.6.2 Sauerstoffbindung am Hämoglobin

8.6.3 Regulation der Sauerstoffbindung am Hämoglobin

8.6.4 Sauerstoffverbrauch im Gewebe

8.6.5 CO2-Transport im Blut

8.6.6 Haldane-Effekt

8.7 Atmungsregulation

8.7.1 Atemrhythmus

8.7.2 Regulation der Atmung

8.7.3 Störungen des Atemrhythmus

8.8 Künstliche Beatmung

8.8.1 Beatmungsdrücke

8.8.2 Überwachung der Beatmung

8.9 Atmung in der Höhe und Tauchen

8.9.1 Atmung in der Höhe

8.9.2 Tauchen

8.10 Säure-Basen-Haushalt

8.10.1 pH-Werte im menschlichen Körper

8.10.2 Der pH-Wert des Blutes

8.10.3 Pufferung

8.10.4 Säure-Basen-Bilanz

8.10.5 Säureausscheidung durch die Niere

8.10.6 Störungen des Säure-Basen-Haushalts

9 Niere, Wasser- und Mineralhaushalt

9.1 Überblick

9.2 Bau und Funktion der Niere

9.2.1 Renales Gefäßsystem

9.2.2 Aufbau des Nierenkörperchens

9.2.3 Aufbau des juxtaglomerulären Apparates

9.2.4 Aufbau des Tubulusapparates

9.2.5 Endokrine Nierenfunktion

9.2.6 Renale Innervation

9.3 Prinzip der Ausscheidung

9.3.1 Renale Ausscheidung

9.3.2 Glomeruläre Filtration

9.3.3 Renaler Blutfluss

9.3.4 Regulation von RBF und GFR

9.4 Renaler Transport und Regulation von NaCl

9.4.1 Transportprozesse

9.4.2 Regulation

9.5 Renaler Transport von H2O

9.5.1 Transportprozesse

9.5.2 Regulation

9.6 Renaler Transport und Regulation von Kalium

9.6.1 Kaliumaufnahme

9.6.2 Interne Kaliumverteilung

9.6.3 Kaliumfiltration und -resorption

9.6.4 Transportprozesse

9.6.5 Regulation

9.7 Renaler Transport und Regulation von Phosphat, Calcium und Magnesium

9.7.1 Phosphat

9.7.2 Calcium

9.7.3 Magnesium

9.8 Renaler Transport und Regulation von Glucose, Aminosäuren, Peptiden und Proteinen

9.8.1 Glucose

9.8.2 Aminosäuren

9.8.3 Oligopeptide

9.8.4 Proteine

9.9 Renaler Transport und Regulation weiterer organischer Substanzen

9.9.1 Carboxylate

9.9.2 Harnsäure

9.9.3 Organische Anionen

9.9.4 Organische Kationen

9.10 Renaler Transport von Säuren und Basen

9.10.1 Ausgeschiedene Säuren sind sezernierte Säuren

9.10.2 Die H+-Bilanz der Niere

9.10.3 Beitrag der Tubulusabschnitte

9.10.4 Zelluläre Transportmechanismen

9.11 Renaler Transport und Regulation von Harnstoff

9.11.1 Transportprozesse

9.11.2 Regulation

9.12 Urinkonzentrierung und Wasserhaushalt

9.12.1 Aufbau des osmotischen Gradienten

9.12.2 Gegenstromaustausch in den Vasa recta

9.12.3 Konzentrierung des Urins

9.13 Integration von Salz- und H2O-Haushalt

9.13.1 Kontrolle des Extrazellulärraumes

9.13.2 Kontrolle des H2O-Gehaltes

9.13.3 Diuretika

9.14 Hormonbildung

9.14.1 Erythropoetin (EPO)

10 Ernährung, Energiehaushalt und Verdauung

10.1 Ernährung

10.1.1 Anforderungen an die Ernährung

10.1.2 Regulation der Nahrungsaufnahme

10.2 Energiehaushalt

10.2.1 Energiebilanz

10.2.2 Speicherung von Energie

10.2.3 Energiefreisetzung

10.2.4 Energieumsatz

10.2.5 Energiegehalt der Nahrung

10.2.6 Messung des Energiebedarfs

10.3 Verdauung

10.3.1 Abwehrfunktion des Magen-Darm-Traktes

10.3.2 Integrative Steuerung

11 Vegetatives Nervensystem

11.1 Überblick

11.2 Sympathikus und Parasympathikus

11.2.1 Organisation von Sympathikus und Parasympathikus

11.2.2 Neurotransmitter und Rezeptoren

11.2.3 Effekte von Sympathikus und Parasympathikus auf die Organe

11.3 Enterisches Nervensystem

11.3.1 Organisation

11.3.2 Funktion

11.4 Supraspinale Einflüsse auf das vegetative Nervensystem

11.4.1 Kortikale Einflüsse

11.4.2 Hypothalamische und limbische Einflüsse

11.4.3 Einflüsse aus dem Pons und der Medulla oblongata

11.5 Der afferente Anteil des vegetativen Nervensystems

11.6 Vegetative Kontrolle von Rektum, Harnblase und Genitalien

11.6.1 Vegetative Kontrolle von Rektum und Harnblase

11.6.2 Vegetative Kontrolle der Genitalien

12 Endokrines System

12.1 Grundlagen der endokrinen Regulation

12.1.1 Peptidhormone und ihre Rezeptoren

12.1.2 Steroidhormone und ihre Rezeptoren

12.1.3 Aminosäurederivate

12.1.4 Hormonelle Regelkreise

12.2 Hypothalamus und Hypophyse

12.2.1 Organisation des hypothalamisch-hypophysären Systems

12.2.2 Hormone der Adenohypophyse

12.2.3 Hormone der Neurohypophyse

12.3 Hormone der Nebennierenrinde

12.3.1 Funktionelle Anatomie der Nebennierenrinde

12.3.2 Synthese der Steroidhormone

12.3.3 Mineralokortikosteroide

12.3.4 Glukokortikosteroide

12.4 Hormone der Schilddrüse

12.4.1 Funktionelle Anatomie der Schilddrüse

12.4.2 Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3)

12.5 Hormone des endokrinen Pankreas

12.5.1 Funktionelle Anatomie des endokrinen Pankreas

12.5.2 Insulin

12.5.3 Glukagon

12.5.4 Somatostatin

12.6 Hormone zur Steuerung des Calcium- und Phosphathaushalts

12.6.1 Parathyrin

12.6.2 Calcitriol

12.6.3 Calcitonin

12.7 Hormone des Fettgewebes

12.7.1 Leptin

13 Sexualfunktionen, Schwangerschaft

13.1 Sexualentwicklung

13.2 Gametogenese

13.2.1 Weibliche Gametogenese

13.2.2 Männliche Gametogenese

13.3 Kohabitation

13.3.1 Sexualreflexe des Mannes

13.3.2 Sexualreflexe der Frau

13.4 Fertilisation und Implantation

13.4.1 Aszension der Spermien

13.4.2 Fertilisation

13.4.3 Implantation

13.5 Schwangerschaft und Geburt

13.5.1 Embryonal- und Fetalentwicklung

13.5.2 Plazenta und fetoplazentare Einheit

13.5.3 Geburt

13.6 Sexualsteroide

13.6.1 Androgene

13.6.2 Östrogene

13.6.3 Gestagene

Teil III Integrierte Körperfunktionen

14 Physiologie des Fetus und des Neugeborenen

14.1 Einführung

14.2 Herz-Kreislauf-System

14.3 O2-Versorgung und Atmung

14.4 Blut und Immunsystem

14.5 Niere

14.6 Endokriner Pankreas und Nebennieren

14.7 Gastrointestinaltrakt

14.8 Thermoregulation

15 Thermoregulation

15.1 Körpertemperatur und Thermoregulation

15.1.1 Physiologische und pathophysiologische Schwankungen der Köpertemperatur

15.2 Wärmebildung und Transfer im Körper

15.2.1 Wärmebildung

15.2.2 Wärmetransfer im Körper

15.3 Wärmetausch mit der Umgebung

15.3.1 Strahlung und Leitung

15.3.2 Konvektion

15.3.3 Verdunstung und Schweißbildung

15.3.4 Gesamtwärmebilanz

15.4 Temperaturregulation

15.4.1 Thermosensoren

15.4.2 Regulationszentrum

15.4.3 Effektoren

15.4.4 Regulationsstrategien

15.5 Angewandte Thermoregulation und Pathophysiologie

15.5.1 Angenehmes Raumklima

15.5.2 Körperliche Arbeit/Training

15.5.3 Ein Saunabesuch

15.5.4 Hyperthermie/Hitzschlag

15.5.5 Fieber

15.5.6 Hypothermie

15.5.7 Neugeborene

15.5.8 Alte Menschen

15.5.9 Akklimatisierung

16 Leistungsphysiologie

16.1 Einführung

16.2 Definition von Arbeit und Leistung

16.3 Energiebereitstellung

16.3.1 Anaerobe und aerobe Energiebereitstellung

16.3.2 Substrate und Produkte

16.4 Leistungsdauer und -intensität

16.4.1 Kurzzeitbelastung und Ausdauerleistung

16.4.2 Anaerobe Schwelle

16.4.3 Energieumsatz

16.5 Leistungsmessung

16.5.1 Indirekte Kalorimetrie

16.5.2 Leistungstests

16.6 Organanpassung

16.6.1 Herz und Kreislauf

16.6.2 Atmung

16.6.3 Blut

16.6.4 Thermoregulation

16.7 Leistungssteigerung

16.7.1 Training

16.7.2 Doping

16.8 Leistungsgrenzen

16.8.1 Ermüdung

16.8.2 Erholung

17 Altern und Tod

17.1 Einführung

17.2 Gesellschaftliche Aspekte

17.3 Veränderungen des Organismus

17.4 Zelluläre und molekulare Aspekte

Teil IV Sinnesphysiologie und höhere Funktionen

18 Allgemeine Sinnesphysiologie

18.1 Einführung

18.2 Umwandlung von Sinnesreizen in neuronale Signale

18.2.1 Transduktion

18.2.2 Amplifikation

18.2.3 Transmission

18.2.4 Input-Output-Funktionen

18.2.5 Unterschiedsschwelle und Weber-Gesetz

18.2.6 Adaptation

18.2.7 Rezeptorsysteme

18.3 Verarbeitung von Sinnesreizen im ZNS

18.3.1 Einige Prinzipien der Sinnesreizverarbeitung

18.3.2 Verarbeitung der Sinnesinformation im Thalamus

19 Somatosensorik

19.1 Überblick

19.2 Tastsinn

19.2.1 Qualitäten und Adaptation

19.2.2 Typen von Mechanorezeptoren

19.2.3 Molekulare Mechanismen der Mechanorezeption

19.3 Temperatursinn

19.3.1 Typen von Thermorezeptoren

19.3.2 Molekulare Mechanismen der Thermorezeption

19.4 Viszerale Sensibilität

19.5 Schmerz

19.5.1 Nozizeptoren

19.5.2 Molekulare Mechanismen der Nozizeption

19.5.3 Entzündungsschmerz

19.5.4 Pathologische Schmerzen

19.6 Zentrale Verschaltung

19.6.1 Tastsinn

19.6.2 Temperatursinn

19.6.3 Schmerz

20 Hören und Sprechen

20.1 Physiologische Akustik

20.2 Äußeres Ohr und Mittelohr

20.3 Innenohr

20.3.1 Aufbau des Innenohrs

20.3.2 Mechanoelektrische Transduktion

20.3.3 Codierung in afferenten Nervenfasern

20.4 Zentrale Hörbahn

20.5 Stimme und Sprache

21 Gleichgewichtssinn

21.1 Das periphere Vestibularorgan

21.1.1 Sinneszellen

21.1.2 Bogengänge

21.1.3 Die Makula-Organe

21.2 Zentrale vestibuläre Verschaltung

21.3 Vestibuläre Reflexe

21.3.1 Nystagmus

22 Visuelles System

22.1 Überblick

22.2 Dioptrischer Apparat

22.2.1 Licht

22.2.2 Aufbau des Auges

22.2.3 Lichtbrechung am Auge

22.2.4 Pupillen- und Akkommodationsreflex

22.3 Signalverarbeitung in der Retina

22.3.1 Aufbau der Retina

22.3.2 Neurone in der Retina

22.3.3 Phototransduktion

22.3.4 Farbensehen

22.3.5 Adaptationsmechanismen

22.3.6 Signalverarbeitung in der Netzhaut

22.3.7 Klassifizierung von Ganglienzellen

22.4 Die Sehbahn und die zentrale Verarbeitung der visuellen Information

22.4.1 Verlauf der Sehbahn bis zum Thalamus

22.4.2 Der visuelle Kortex

22.4.3 Tiefenwahrnehmung

23 Geschmacks- und Geruchssinn

23.1 Geschmackssinn

23.1.1 Geschmacksqualitäten

23.1.2 Geschmacksrezeptorzellen

23.1.3 Rezeptoren für Geschmacksstoffe und Signaltransduktion

23.1.4 Die zentrale Geschmacksbahn

23.2 Geruchssinn

23.2.1 Geruchsqualitäten

23.2.2 Geruchsrezeptorzellen

23.2.3 Rezeptoren für Duftstoffe und Signaltransduktion

23.2.4 Die zentrale Geruchsbahn

24 Sensomotorik

24.1 Überblick

24.2 Spinalmotorik

24.2.1 Elemente der Spinalmotorik

24.2.2 Efferenzen der Spinalmotorik (Reflexe)

24.2.3 Hemmmechanismen der Spinalmotorik

24.2.4 Kontrolle der aufrechten Haltung

24.2.5 Lokomotionsgenerator

24.3 Kleinhirn

24.3.1 Funktionelle Gliederung des Kleinhirns

24.3.2 Aufbau und neuronale Verschaltung des Kleinhirns

24.4 Basalganglien

24.4.1 Einteilung der Basalganglien

24.4.2 Projektionen und Verschaltungen innerhalb der Basalganglien

24.4.3 Transmitter innerhalb der Basalganglien

24.5 Motorkortex

24.5.1 Motorische Kortexareale

24.5.2 Neuronale Verbindungen des Motorkortex

24.5.3 Zielbewegungen des Armes und der Hand

24.6 Augen- und Blickbewegungen

24.6.1 Augenmuskeln und ihre Innervation

24.6.2 Augenbewegungen

24.6.3 Neuronale Kontrolle der Augenbewegungen

24.7 Planung einer Bewegung und motorischer Handlungsantrieb

25 Integrative Funktionen des Gehirns

25.1 Allgemeine Physiologie des zerebralen Kortex

25.1.1 Organisation des zerebralen Kortex

25.1.2 Kommunikation zwischen den Hemisphären

25.2 EEG, MEG und bildgebende Verfahren

25.2.1 Elektroenzephalogramm (EEG)

25.2.2 Magnetenzephalogramm (MEG)

25.2.3 Bildgebende Verfahren

25.2.4 Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

25.3 Zirkadiane Rhythmen

25.3.1 Neurobiologie der Rhythmusgeber

25.4 Wachen und Schlafen

25.4.1 Die Schlafstadien

25.4.2 Neuronale Regulation der Schlafphasen

25.4.3 Funktion des Schlafs

25.5 Bewusstsein und Aufmerksamkeit

25.5.1 Neuronale Korrelate von Bewusstsein und Aufmerksamkeit

25.6 Lernen und Gedächtnis

25.6.1 Lernen

25.6.2 Informationsspeicherung im Gedächtnis

25.6.3 Neurobiologie des Gedächtnisses

25.7 Emotion und Motivation

25.7.1 Limbisches System

25.7.2 Neurobiologie der Furcht

25.7.3 Mesokortikolimbisches Belohnungssystem

25.8 Sprache und Sprachverständnis

25.8.1 Sprachbildung

25.8.2 Elemente der Sprache

25.8.3 Funktionelle Sprachregionen im Gehirn

25.8.4 Genetische Komponenten der Sprache

25.9 Entwicklung und Plastizität

25.9.1 Zelluläre und molekulare Entwicklung des ZNS

25.9.2 Hirnstoffwechsel

Anschriften

Sachverzeichnis

Impressum

Teil I Allgemeine Physiologie und Zellphysiologie

1  Grundlagen der Zellphysiologie

2  Transportprozesse und Signaltransduktion

3  Membranpotenzial

4  Erregungsleitung und -übertragung

5  Muskulatur

1 Grundlagen der Zellphysiologie

Fritz Markwardt

1.1 Der menschliche Organismus als offenes System mit innerem Milieu

Zusammenfassung

Zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen muss der Mensch ständig Stoffe mit der Umwelt austauschen. Die Stoffaufnahme dient der Versorgung des Körpers mit Energie und Stoffen, welche der Mensch selbst in ungenügendem Ausmaß herstellt. Die Ausscheidung dient der Entfernung von Stoffwechselendprodukten. Der Stoffaustausch zwischen den Körperzellen und der Umgebung verläuft über das Interstitium, welches die Körperzellen als inneres Milieu umgibt. Die gleichbleibenden Eigenschaften der interstitiellen Flüssigkeit (Homöostase) sorgen für konstante Betriebsbedingungen der Körperzellen.

Physikochemische Reaktionen und Kompartimentierung Ein wesentliches Merkmal des Lebens sind zielgerichtete physikochemische Prozesse. Diese setzen zeitlich und räumlich verschiedene Verteilungen von Energie und Stoffen voraus. Um diese unterschiedlichen Verteilungen zu gewährleisten, werden im Organismus sogenannte Kompartimente geschaffen, zwischen denen der Stoffaustausch eingeschränkt wird, d. h. Stoffflüsse nur in bestimmte Richtungen und im festgelegten Umfang stattfinden. Diese Kompartimente sind durch Membranen voneinander abgegrenzt. So bestehen Organismen aus Zellen, die durch ihre Zellmembran (Plasmamembran) nach außen begrenzt werden. Innerhalb der Zellen werden mittels Membranen weitere subzelluläre Kompartimente (Organellen) abgegrenzt.

Unterschiedliche Stoffkonzentrationen können räumlich und zeitlich begrenzt auch dadurch auftreten, dass physikochemische Reaktionen durch Aktivierung von Katalysatoren (Enzyme oder Ionenkanäle) Stoffe deutlich schneller erzeugen, abbauen oder transportieren als sie durch Diffusion innerhalb des Kompartiments verteilt werden.

Homöostase durch Stoffaustausch Die zielgerichteten physikochemischen Reaktionen laufen fern vom chemischen Gleichgewicht ab. Dadurch können sich prinzipiell die Konzentrationen der Ausgangsstoffe und Endprodukte verändern, was wiederum die Reaktionsgeschwindigkeiten bis zum Erliegen der Reaktion herabsetzen kann. Da dies die Zellfunktion beeinträchtigen würde, müssen die Zellen für eine weitgehende Konstanz der meisten ihrer Inhaltsstoffe sorgen. Einzeller im Urmeer konnten das, indem sie aus dem schier unerschöpflichen Reservoir des sie umgebenden Mediums Stoffe aufnahmen und ihre Stoffwechselendprodukte nach außen abgaben, wo diese schnell verdünnt wurden. Das heißt, dass die Zellen Teil eines offenen Systems waren, in dem physikochemische Reaktionen im Fließgleichgewicht möglich waren. Durch ständige Aufnahme der Ausgangsstoffe und Abgabe der Endprodukte entstanden also Fließgleichgewichte, bei denen die Konzentrationen der reagierenden Stoffe weitgehend konstant blieben. Dadurch, dass das Volumen des Urmeers viel größer als das Zellvolumen war, veränderten sich im Urmeer die Stoffkonzentrationen praktisch nicht.