Physiologie © Manuel Kuhlmann 2015 · akute Azidose: Wirkt sich auch Na/K-ATPase aus höhere Extrazelluläre Kalium-Konzentration zu geringer Aldosteronspiegel • Calcium (99% als

Physiologie 30.06.2015 1

Physiologie Allgemeine Physiologie • Osmolarität des Blutes: 300 mosmol/l • Hypoton: Osmolarität <3 300 mosmol/l höhere Konzentration in Zelle Wasser strömt in Zelle

• Ficksches-Diffusionsgesetz: ∆𝑄𝑄∆𝑡𝑡

= 𝐷𝐷 ∗ 𝐴𝐴 ∗ ∆𝑐𝑐𝑑𝑑

[𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠

]

• Natrium o osmotisch wichtig. Kraftvoller Gradient, z.B. für Kanäle o intestinal resorbiert, renal eliminiert

• Kalium o Hypokaliämie

hoher Aldosteronspiegel (stimuliert Ka+ Ausscheidung in Niere) o Hyperkaliämie

terminale Niereninsuffizienz, Zellzerfall Kalium wird frei akute Azidose: Wirkt sich auch Na/K-ATPase aus höhere Extrazelluläre Kalium-Konzentration zu geringer Aldosteronspiegel

• Calcium (99% als Calcumphosphat in Knochen gebunden, Rest nur zur Hälfte frei) o bei Azidose mehr freies Calcium, da H+ mit Calcium um Proteinbindung an Albumin konkurriert. o Oft IP3-abhänig aus intrazellulären Speichern freigesetzt o wichtig für Muskelkontraktion, Glykogenolyse, Exozytose, Prothrombinaktivierung

• elektrochemische Triebkraft: 𝐸𝐸 = 𝐸𝐸𝑚𝑚 (𝑀𝑀𝑀𝑀𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑚𝑚𝑡𝑡𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑚𝑚) − 𝐸𝐸𝑥𝑥 (𝐺𝐺𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀𝑐𝑐ℎ𝑔𝑔𝑀𝑀𝑔𝑔𝑀𝑀𝑐𝑐ℎ𝑡𝑡𝑠𝑠𝑀𝑀𝑚𝑚𝑡𝑡𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑚𝑚) o positive Ströme: Auswärtsbewegung von Kationen o negative Ströme: Einwärtsbewegung von Kationen

• Nernst-Gleichung: Gleichgewichtspotenzial für bestimmtes Ion

o 𝐸𝐸 = 𝑅𝑅∗𝑇𝑇𝑍𝑍∗𝐹𝐹

∗ 𝑙𝑙𝑙𝑙 [𝐼𝐼𝑚𝑚𝑀𝑀]𝑖𝑖[𝐼𝐼𝑚𝑚𝑀𝑀]𝑎𝑎

= −61 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑍𝑍

∗ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 [𝐼𝐼𝑚𝑚𝑀𝑀]𝑖𝑖[𝐼𝐼𝑚𝑚𝑀𝑀]𝑎𝑎

o 𝐹𝐹 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 − 𝐾𝐾𝑙𝑙𝑙𝑙𝐾𝐾𝐾𝐾𝐹𝐹𝑙𝑙𝐾𝐾𝐾𝐾;𝑍𝑍 = 𝑊𝑊𝐾𝐾𝐹𝐹𝐾𝐾𝑊𝑊𝑙𝑙𝑊𝑊𝐾𝐾𝑊𝑊𝐾𝐾 𝐹𝐹𝐾𝐾𝐾𝐾 𝐼𝐼𝑙𝑙𝑙𝑙𝐾𝐾 (𝑧𝑧.𝐵𝐵.𝐶𝐶𝑙𝑙𝑙𝑙𝐹𝐹𝑊𝑊𝐹𝐹: − 1,𝐶𝐶𝐹𝐹𝑙𝑙𝑐𝑐𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐: 2) • Ruhemembranpotenzial: -70 mV

o Hauptsächlich von Kalium bestimmt (-90 mV) o Hängt von Membrandurchlässigkeit von Ionen ab. o Wird positiver wenn Öffnungswahrscheinlichkeit von Kaliumkanälen erhöht.

• Aktionspotenzial o monophasisch: Eine Elektrode intrazelluär, eine extrazelluär o biphasisch: Beide Elektroden extrazellulär an zwei verschiedenen Orten

Wasserhaushalt • Wasseranteil des Körpers, wenn Fettfrei: 73% • Verteilt auf verschiedene Räume: transzellulär (2%), Plasma (7%), Interstitium (31%), intrazellulär (60%) • Verdünnungsmethode: Messung der verschiedene Kompartimente durch verschiedene Indikatoren

o 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑚𝑚𝑀𝑀𝑠𝑠𝑚𝑚𝑀𝑀 = 𝑆𝑆𝑡𝑡𝑚𝑚𝑆𝑆𝑆𝑆𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀𝑔𝑔𝑀𝑀𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚

• Hypotone Dehydratation: Durstlöschung nur durch Salzarmes Wasser NaCl Extrazellulär ↓ Wassereinstrom • Hypotone Hyperhydratation: Zu viel Wasser vergrößerter Intrazellulärraum • Hypertone Hyperhydratation: z.B. Salzwasser (> Harnosmolarität) Kann von Niere nicht ausgeschieden werden da Salze im Körper verkleinerter Intrazellulärraum, ADH Antidiurese mehr Durst

• Isotone Dehydratation: z.B. Blutverlust, Verminderung Extrazellulärraum ADH Ausschüttung • Glucose-Infusion führt zu hypotonen Extrazellulärraum, da Glucose sofort verstoffwechselt und nur Wasser übrig • Filtrationsdruck: Kraft mit der Flüssigkeit in Kapillaren / Bowman-Kapsel abgepresst wird

o Blutdruck, Gewebedruck (interstitieller), onkotischer Druck (durch Plasmaproteine) o 𝑃𝑃𝑀𝑀𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝑃𝑃ℎ𝑦𝑦𝑑𝑑 − 𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀𝑡𝑡 − 𝑃𝑃𝑐𝑐𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 o nimmt entlang der Kapillare ab (hydrostatischer Druck wird kleiner)

Ion [Ion]innen [Ion]außen Potenzial K+ 150 4 – 5 -90 Na+ 14 140 – 145 +60 Cl- 5 105 Ca2+ 10-4 1 +120 HCO3

- 10 25

© Manuel Kuhlmann 2015 https://mkuhlmann.org/skripte

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• Ödeme (Pathologische Flüssigkeitsansammlung) o Erhöhung hydrostatischer Druck, Abflussbehinderung durch großen venösen Druck, Senkung onkotischer

Druck (hypoproteinämie, Proteindrucklässigkeit Kapillaren), Histamin Ausschüttung, Blockierung Lymphabfluss

• Autoregulation o Für konstante Filtrationsleistung wichtig, in Glomerulumschlingen immer gleicher Blutdruck. GFR ist

unabhängig von Kreislaufdruck (80-160 mmHg) o Baylisseffekt: Erhöhung systemischer Blutdruck Erhöhung renaler Gefäßwiderstand (präglomerulär) o Nur eingeschränkt im Nierenmark möglich

Blut • Allergische Reaktion

o Typ 1: soforttyp – Mastzellen, basophile Granulozyten starke IgE Bildung o Typ 2: IgG u. IgM binden an zellständige Antigene Oponisierung, Aktivierung Komplementsystem

• Coombs-Test: serologischer Nachweis inkompletter Antikörper gegen Erys (IgG) • Rh-System: IgG, plazentagängig

Niere Wichtige Größen • Glomeruläre Filtrationsrte (GFR): Volumen, dass in einer Zeit vom Bowmanfilter filtriert wird: 120 ml/min • Renaler Plasmafluss (RPF): Blutplasmavolumen, dass in einer Zeit durch Niere fließt = ClPAH = 600-650 ml/min • Renaler Blutfluss (RBF): 20% des HZV ≈ 1l Blut

o 𝑅𝑅𝐵𝐵𝐹𝐹 = 𝑅𝑅𝑃𝑃𝐹𝐹(1−𝐻𝐻𝐻𝐻𝑡𝑡)

• Filtrationsfraktion (FF): Nur etwa 20% des Blutplasmas welches durch Niere fließt gelangt in Tubulussystem 80% bleiben ungefiltert.

o 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝐺𝐺𝐹𝐹𝑅𝑅𝑅𝑅𝑃𝑃𝐹𝐹

• Fraktionelle Ausscheidung: Anteil eines Stoffes, der filtriert und ausgeschieden wird. o z.B. Inulin und Kreatinin = 1 alles was filtriert wird, wird auch ausgeschieden o Wasserausscheidung: 99% des Wassers rückresorbiert 1,5-2l von 150l / Tag werden ausgeschieden. o Calciumausscheidung: Steigt bei Schleifendiuretika. Parathormon: fördert Rückresorption und steigert

Phosphat Ausscheidung mehr freies Calcium im Blut. • Clearance: Plasmavolumen, das in einer bestimmten Zeit von einem Stoff gereinigt wird

o 𝐶𝐶𝑙𝑙𝑋𝑋 = 𝑐𝑐𝑈𝑈𝑈𝑈𝑖𝑖𝑖𝑖𝑐𝑐𝑃𝑃𝑃𝑃𝑎𝑎𝑃𝑃𝑃𝑃𝑎𝑎

∗ �̇�𝑉 [ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀

]; 𝑐𝑐: 𝑆𝑆𝐾𝐾𝑙𝑙𝑆𝑆𝑆𝑆𝑊𝑊𝑙𝑙𝑙𝑙𝑧𝑧𝐾𝐾𝑙𝑙𝐾𝐾𝐹𝐹𝐾𝐾𝑊𝑊𝑙𝑙𝑙𝑙𝐾𝐾𝑙𝑙; �̇�𝑉:𝐻𝐻𝐹𝐹𝐹𝐹𝑙𝑙𝑧𝑧𝐾𝐾𝑊𝑊𝐾𝐾𝐻𝐻𝑙𝑙𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐𝐾𝐾𝑙𝑙

o Größer oder kleiner GFR, je nachdem ob noch sezerniert, resorbiert wird. o Clearance-Quotient: in Relation zu ClInulin

0: nicht filtriert oder vollständig rückresorbiert < 1: wird netto resorbiert = 1: netto weder resorbiert noch sezerniert: Cl entspricht GFR > 1: zusätzlich noch sezerniert.

o Inulin / Kreatinin: frei filtriert, weder sezerniert noch resorbiert entspricht GFR = 125 ml/min Kreatinin zusätzlich noch leicht sezerniert

o Glucose / Aminosäuren: frei filtriert, nicht sezerniert aber fast vollständig rückresorbiert 0 ml/min. Bei erhöhter Plasmakonzentration nicht mehr genügend Transporter für Rückresorption im Urin. Nierenschwelle bei Transportmaximum: 180 mg/dl; 10 mmol/l.

o Paraaminohippursäure (PAH): frei filtriert, fast vollständig sezerniert 750 ml/min, da alles ausgeschieden wird ist PAH-Clearance Maß für RPF.

o Harnstoff: frei filtriert, nicht sezerniert aber teilweise rückresorbiert, da wichtig für osmotischen Gradienten in Nierenmark 75 ml/min


Rückresorption verschiedener Stoffe • Prinzip

o proximaler Tubulus: größte Rückresorption, da Tubulusflüssigkeit isoton. (Außnahme: Mg2+) o Henle-Schleife: Salzresorption: 2Cl—Na+-K+-Cotransporter. Starke Wirkung der Diuretika. o Distaler Tubulus / Sammelrohr: Rückresorption kleiner Substanzmengen gegen großen Gradienten.

hormonelle Feinregulierung der Urinzusammensetzung. • Natrium und Chlorid

o Proximaler Tubulus: Rückresorption 2/3 des Natriums. 95% bis Sammelrohr. o frühproximal: Na+/Glucose-Symport resorbiert apikal passiv folgt Wasser (solvent drag)

lumennegatives Potenzial Antrieb basolaterale Na+/K+-ATPase, die Natriumgradienten aufbaut.

o spätproximal: K+-Resorption, allerdings langsamer als Wasser lumenpositives Potenzial Cl- > Na+ > HCO3

- noch 40-50% des Cl- verbleibend.

o proximal auch Na+/HCO3—Symporter NBC1, der Na+ durch HCO3

—Konzentration resorbiert. o Henle-Schleife: Na+-K+-2Cl—Cotransporter, durch Furosemid hemmbar.

Natrium und Chlorid verlassen basolateral, Kalium besitzt luminalen Kanal • Kalium

o kann zurückgehalten oder ausgeschieden werden – Fraktionelle Auscheidung: 1% bis 200% o Größter Teil parazellulär im proximalen Tubulus o Sammelrohr: Hauptzellen sezernieren Aldosteron-abhängig

Schaltzellen können im Austausch mit H+ Kalium resorbieren o Hemmung proximaler Na+-Resorption gesteigert, Hemmung Na+-Resorption im Sammelrohr gesenkt. o Liddle-Syndrom: Öffnungswahrscheinlichkeit der spannungsunabhänigen Natrium-Kanäle erhöht

auch erhöhte K+-Ausscheidung Hypokaliämie. • Magnesium

o größtenteils in Henle-Schleife: Mg2+ durch lumenpostives Potenzial abgestoßen und drängt nach außen o durch Schleifendiuretika erhöhte Mg2+-Ausscheidung, da Potenzial erniedrigt.

• Calcium o größtenteils parazellulär in proximalem Tubulus auch durch lumenpostives Potenzial o auch in dicker, aufsteigender Henle-Schleife über Parathormon-abhänige Carrier.

Säure-Basen-Haushalt • Niere kann durch H+-Ionen, HCO3

-, Ammoniak und Ionen (NH3, NH4+)

• Bicarbonat (Bild links) o 90% in proximalen Tubulus resobiert.

• Ammoniak / Ammoniakionen o durch Desaminierung von Glutamin und Glutamat. Glutamin 2 NH4

+ + 2-Oxoglutarat2- 2 mol 2-Oxoglutarat2- 1 Mol Glucose

o Ausscheidung von > 1/3 der fixen Säuren • Phosphat

o vom filtrierten Phosphat nur geringe Ausscheidung sekundär-aktive Rückresorption mit Natrium-Gradienten.

o Ausscheidung durch Parathormon gefördert. o Puffert im Tubulus System H+-Ionen ab.

• Proteine: zu groß für Glomeruli / Abstoßung negative Proteine an negatvier Basalmembran • Aminosäuren: Natriumgradient für sekundär-aktive Rückresorption • Harnstoff:

o Stickstoffstoffwechsel – hoche Fettlösigkeit, geringe Proteinbindung Diffusion durch Membranen o proximaler Tubulus: Teil wird resorbiert NICHT vollständig ausgeschieden o distaler Tubulus: Wand durchlässig für Wasser aber nicht für Harnstoff Konzentration steigt o Ende Sammelrohr: Wand Harnstoff-durchlässig, diffundiert zurück. Großer Anteil an osmotischem Grad.

• Harnkonzentrierung


o Maximale Harn Zentrierung: 1300 mosmol/l; Minimale Verdünnung: 50 mosmol/l o osmotischer Gradient v.a. durch Na+-K+-2Cl—Cotransporter und Harnstoff o maximale Osmolarität nie über Nierenmark o Antidurese: hohe Osmolarität im Nierenmark. Viele Teilchen ausgeschieden, wenig Wasser

rückresorbiert Osmolarität in A. renalis höher als in V. renalis

Hormone • Hormone: Aldosteron, Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, ADH, ANF, Erythropoetin, Calcitriol • Aldosteron: Hormon der Nebennierenrinde (Stimulus: K+-Zunahme)

o aus Cholesterin synthetisiert Mineralcorticosteroid o spätdistaler Tubulus, basolateral Produktion Na+/K+-ATPase-Transporter o Sammelrohr, luminal Synthese von Natriumkanalproteinen (ENaC) o fördert Resorption von Na+ und Wasser o sekretion von H+ und K+

• Renin-Angiotensin-Aldosteron-System o Renin wird freigesetzt durch

renaler Blutdruck akut unter 90 mmHg Barorezeptoren / Minderdurchblutung Niere Stimulierung renaler ß-Adrenorezeptoren Abfall NaCl-Konzentration an Macula densa (Vasokontriktion)

o Kreislauf Renin spaltet aus Angiotensinogen Angiotensin 1 ab ACE spaltet Angiotensin 1 in Angiotensin 2 über second messanger cAMP wirkt Angiotensin

• vasokonstriktorisch, durstfördernd, erhöhung Aldosteron, hemmend Renin • ADH / Adiuretin / Vasopressin

o Wasserrückresorption ↑, Gefäßkonstriktor o Hypothalamus: Synthese aus neun Aminosäuren axonaler Transport in Hypophysenhinterlappen o Exozytose: wenn Osmorezeptoren zu hohe Plasmaosmolarität messen (Verminderte Dehnung in

Herzvorhöfen) Henry-Gauer-Reflex o ACTH: ADH in Hypothalamus Ausschüttung von ACTH Aldosteron-Ausschüttung in Nebennierenrinde o Wirkung: Bindet an V2-Rezeptor in Sammelrohr luminal cAMP vermittelter Einbau von Aquaporinen mehr Wasser rückresorbiert.

• Diabetes insipidus: Vermehrte Urinausscheidung und gesteigertes Durstgefühl o wird zu wenig getrunken: Hypernatriämie, hypertone Dehydratation o Diabetis insipidus centralis: gestörte Produktion oder Ausschüttung im Hirn, kann durch ADH-

Nasenspray behandelt werden o Diabetis insipidus renalis: genügend ADH, aber gestörte Bindung an V2-Rezeptor

• Atriopeptin – Antagonist von Aldosteron o Hypervolämie Reizung Vorhofrezeptoren Vorhofzellen schütten ANF aus o Wirkung: Verkleinerung Plasmavolumen, durch Steigerung: GFR, Harnzeitvolumen, Na+-Ausscheidung.

Verminderung Blutdruck durch Hemmung der Reninausschüttung • Calcitonin und Parathormon

o Calcitonin: Peptidhormon der Schilddrüse – Senkt Ca2+-Plasmakonzentration Hemmt Ostoklastentätigkeit, fördert Calcium- und Phosphatausscheidung in der Niere

o Parathormon: Nebenschilddrüse – Antagonist des Calcitonins – stellt Calcium PARAt schnelle Mobilisierung aus Knochen, Steigert Calciumresorption / Phosphatausscheidung in

Niere, stimuliert Bildung von Calcitriol in Niere • Erythropoetin

o Glkoprotein der Niere zur Stimulierung der Erythropoese o Sekretionsreiz: Hypoxie

• Calcitriol (1,25-Dihydroxy-cholecalciferol) o In Niere durch zwei Hydroxylierungen aus VItamim D3 Caclium-/Phosphataufnahme aus Darm über

ligandenabhänigen Transkriptionsfaktor stimuliert.


Neurophysiologie • Rezeptoren • Ionotrop: sind selber Ionenkanal

o EPSP: Na+-Einstrom, Membran postivier; IPSP: Cl—Einstrom, K+-Ausstrom, Membran negativer • Metabotrop: leitet Signal an Protein weiter (z.B.: G-Protein) • G-Protein: durch GTP-Bindung aktiviert aktiviert Enzym was Second Messanger bildet

o Gs: Adenylatcyclase cAMP o Gi: Adenylatcyclase Phosphordiesterase Abfall cAMP o Gq: Phosphatidylinositol-Phospholipase C IP3 + DAG

• Gifte o Botulinustoxin: Blockade Ach-Freisetzung o Tetanospasmin: Rückenmark – Blockade Freisetzung Glycin u. GABA an inhibitorischen Synapsen

Spasmus o Curare: Blockiert nikotinergen ACh-Rezeptor kompetitiv

• Hemmung: o presynaptisch: Hemmendes Axon verminderte Vesikelfreisetzung in Präsynapse o postsynaptisch: Ein erregendes und ein hemmendes Axon an Postsynapse

• EEG: gamma > beta > alpha > theta > delta (von Aufmerksamkietslevel her)

Motorisches System Muskulatur Quergestreifte Muskulatur • Faser; Durchmesser: 50 - 100 µm; Länge: bis 20 cm; Jede Zelle durch ein Axon innerviert • Motorische Einheit: Alle von einem Vorderhornneuron innervierten Zellen; kleiner feiner; größer kraft • Myofibrillen (kontraktiler Apparat)

o Regelmäßiger Anordnung Myofilamente o A-Bande: Myosinfilamente o I-Bande: Aktinfilamente o Verknüpfung von Aktinfilamenten im Z-Streifen (α-Aktin), von Myosinfilamenten in M-Bande

(Myomesin). o H-Zone: keine Überlappung von A u. I! o Zwischen 2 Z-Steifen: Sarkomer o Titin: In A-Bande Steif, in I-Bande elastisch Länge bestimmt Steifigkeit d. Muskels, Verbindung mit Z-

Streifen • Aktinfilament

o 2 F-Aktin Stränge die aus 200 G-Aktin Monomeren bestehen Doppelhelix o G-Monomer besitzt Bindungstelle für Myosinkopf o Am Ende Befestigung an Zellmembran über Dystrophin o Tropomyosin: Pro 7 G-Monomere 1 Tropomyosin Molekül o Troponin: alle 40 nm an Troponin; TnT: Verbindung; TnI: Hemmung Bindung Myosin, Aktin; TnC: Ca2

• Myosinfilament: 300-400 Myosinmoleküle o Myosinmolekül: Dimer aus je einer schweren, zwei Leichten ketten

Schweres C-Terminal: stabförmig α-Helix, Dimerisierung Schweres N-Terminal: kopfförmig - Bindung Aktin und ATPase An N-Terminal zwei leichte Ketten: essenziell MLC-1; regulatorisch MLC-2

• MLC-2: Durch Kinase (MLCK) Ca2+ abhängige Phosphorylierung, rückgänig durch MLCP Bewirkt effizientere Kontraktion (bei glatten Muskel direkt Kontraktion)

• L-System: Röhrchensystem longitudinal zur Myofibrille (Ca2+ Ionen) sarkoplasmatisches Retikulum • T-System Auspreitung des EPP • Elektromechanische Kopplung


o Motorische Endplatte Acetylcholin nikotinerger (ionotrop) ACh-Rezeptor Na+ Einstrom, K+-Ausstrom Endplattenpotenzial (EPP) Anstieg: 1 – 2 ms; Abfall: 5 – 20 ms; Amplitude: 50 mV Kann spannungsabhänige Kanäle öffnen: Muskelaktionspotenzial (130 mV, 10 ms)

o AP öffnet Dihydropyridin-Rezeptoren (geringer Ca2+ Einstrom). Konformationsänderung öffnet kovalent gebundene Ryanodinrezeptoren (Herzmuskel: durch Bindung von Ca2+) großer Ca2+ Einstrom.

o Ca2+ bindet an Troponin C, Konformationsänderung TnT, TnI Tropomyosin gibt Bindungsstellen auf Aktin frei

o Ca2+-Pumpen (Ca2+-ATPase) und Ca2+/Na+-Antiporter transportieren wieder in SR • Kontraktion / Querbrückenzyklus!

o Aktin-/Myosinfilamente gleiten in Sarkomer aneinander vorbei (I-Bande kleiner) o Je nach Sarkomerlänge Anzahl Verbindungen Kraft o ATP bindet an Myosinkopf (löst Bindung) ADP + Pi gebunden unter Ca2+ Bindung mit Aktin unter Pi

Abspaltung Kippung des Kopfes von 90° auf 45° unter ADP Abspaltung, Wanderung um 10 nm ATP o Willürlich zunehmende Kraft höhere Entladungsfrequenz, mehr motorische Einheiten

• Blockade durch Medikamente o Präsynaptisch: z.B. Butulinustoxin, blockiert ACh-Freisetzung o Postsynaptisch: Muskelrelaxanzien

Nichtdepolarisierende: Typ Curare – größere Affinität als ACh zum Rezeptor keine Öffnung der Ionenkanäle kein Muskel-AP

Depolarisierende: Typ Succinylcholin – größere Affinität als ACh zum Rezeptor lange Öffnungszeit Dauerdepolarisation; Typ Esterin, Neostigmin – Cholinesterasehemmer, Abbau von ACh verzögert. „Kampfgas“: irreversible Hemmung

Typ / Eigenschaften S (I) FR (IIA) FF (IIB) Stoffwechsel oxidativ glykolytisch + oxidativ glykolytisch Kontraktion langsam schnell schnell Ermüdbarkeit gering mittel rasch Myoglobin hoch hoch gering • Energieproduktion und Geschwindigkeit der Kontraktion korrelieren, maximale isometrische Kraft jedoch gleich • Kontraktionsformen

o Isotonisch: unveränderte Spannung (z.B. Freigewicht) o Isometrisch: unveränderte Länge, ändert Spannung (z.B. Treppengehen, abbremsen) o Auxotonisch: gleichzeitige Änderung von Spannung und Länge o Unterstützungszuckung: zu hebendes Gewicht erst isometrisch bis genügend Spannung, dann isotonisch o Anschlagszuckung: frei Gewicht zuerst isotonisch bis Anschlag, dann isometrisch

• Gesamtkraft: Differenz Gesamtspannung und passiv erzeugten Spannung, L0 Maxima. Sarkomer = 2,2 µm • Kalziumsensitivität nimmt mit Dehnung zu Troponin C als Längensensor • Tetanische Kontraktion: Folgt auf Reiz ein Zweiter Reiz summieren sich Einzelzuckungen Superposition. Noch

höhere Frequenz Ca2+-ATPasen können nicht schnell genug zurücktransportieren Tetanische Kontraktion. Ab Fusionsfrequenz vollständige Tetanische Kontraktion

• Kontraktionsgeschwindigkeit: Hill-Hyperbel. Bei v = 0 ist Fmax erreicht • Maximale Leistung: 0,3 Fmax; mechanischer Wirkungsgrad = 30%

o maximal isometrisch kontrahierter Muskel kann 1,6 Faches Fmax widerstehen bevor Verlängerung mehr als Kraft mit Verkürzung. Wichtig bei Abstoppen, Bergabgehen.

• Regulation Kontraktionskraft o Frequenzcodierung, tetanische Erregung, Ca2+ kann länger wirken o Rekrutierung, mehrere motorische Einheiten werden aktiviert. Abfolge Fasern: S FR FF

• Energieumsatz o Isometrisch: geringe Querbrückenzyklusfrequenz o Isotonisch: hohe Frequenz, v.a. hohe Geschwindigkeit bei niedriger Kraft hoher ATP-Verbrauch o Schnelle Fasern: Mysoin-Isoenzym mit hoher ATP-Hydrolyse-Aktivität o ATP aus: Kreatinphosphat, anaerobe Glykolyse, oxidative Phosphorylierung; 70% Wärme


o O2 Stoffwechsel erst nach 1 – 2 min eingestellt Laktat

Glatte Muskulatur • Zentral gelegener Kern; Durchmesser: 5 µm, Länge mehrere 100 µm • Minisarkomere: keine Myofibrille

o Dense-Band (α-Aktin) - Dense-Bodies (Wie Z-Scheibe) – Dense-Band Stuktur • Dünne Filamente: F-Aktin und Tropomyosin

o Kein Troponin. Calmodulin als Kalziumsensor (zytoplasmatisches P. mit 4 Ca2+, aktiviert MLCK) • Dicke Filamente: Myosinfilamente, Bandförmig, antiparallele Anordnung • Intermediär Filamente: Vernetzen Dense-Bands mit Dense-Bodies: Desmin, Vimentin, Filamin • Typen:

o kontraktil – wenig EZM Synthese, viel kontraktile Proteine ↔ sekretorisch-proliferativ o Multi-Unit-Typ: stark vegetativ, geringe elektrische Kopplung, neurogen o Single-Unit-Typ: starke elektrische Kopplung, myogen: Kontraktionskraft durch Nerven moduliert o Phasisch: schnelle Kontraktion, keine große Aufrechterhaltung. Kleine Tetanusfusionsfrequenz o Tonisch: langsame Kontraktion, hohe Spannungsaufrechterhaltung

• Deutlich dehnbarer ohne schnellen Kraftfähigkeitsverlust Harnblase, Hohlorgane • ATPase-Aktivität 100- bis 500x niedriger als Skelettmuskel weniger O2 verbrauch bessere Halteökonomie • Kalziumabhänige Regulation

o Elektromechanisch: über Potentiale o Pharmakomechanisch: Agonisten an Rezeptoren G-Protein IP3 Ausschüttung o Spannungsgesteuerte Ca2+ Kanäle in Zellmembran (Ca2+ in EZR) o Rezeptorgesteuerte (ACh, ATP, Noradrenalin) sowie Dehnungsabhänige unspezifische Kationenkanäle o Ryanodinrezeptoren und IP3-Rezeptor im Sarkoplasmatischen Retikulum o Kaliumkanäle durch cAMP, cGMP, Ca2+ Verschluss Ca2+-abhängige Kanäle weniger Einstrom Ca2+ o Ca2+-Anstieg Calmodulin aktiviert Myosin-Leichtketten-Kinase (MLCK) Phosphorylierung MLC der

Myosinköpfe können nun an Aktin binden Querbrückenzyklus o MLCP: Antagonist zu MLCK Regulatorische und katalytische Untereinheit dauerhaft aktiv, arbeitet

gegen MLCK. Je mehr MLCK durch Ca2+ aktiviert, desto mehr Myosin-Bindung und Kraftentwicklung o Aktive Relaxation: cAMP, cGMP fördern Rückaufnahme Ca2+ in SR, aktivieren MLCP sowie K+-Kanäle

• Kalziumunabhänige Reaktion o Ca2+-Sensitivierung: Noradrenalin, Acetylcholin, Hormone aktiveren Rho/Rho u. Phospholipase-C-

Proteinkinase Signalkaskaden Aktivitätsminderung MLCP o Ca2+-Desensitivierung: Hormone cAMP, cGMP aktivieren PK A/G Aktivitätssteigerung MLPC o Klinik: Inhalation Medikament Lunge β2-Adenorezeptoren cAMP / PKA Erschlaffung

Motorik • Entschluss (limisches System) Planung (assoziativer Kortex) Programmierung (Basalganglienschleife,

Kleinhirnschleife über Thalamus z. Kortex) Durchführung (Pyramidenbahnen) • Im EEG etwa 1 Sekunde vor Bewegungsbeginn Bereitschaftspotentizal • Sensorische Afferenzen:

o Rahmenbedingungen: Umwelt, Körperstellung o Anpassung: bewegendes Ziel o Reafferenz: Bewegung aktiviert Rezeptoren o Bewegungskorrektur: Efferenzkopie im Gehirn wird mit Reafferenz vergleichen!

Motorische Kortexgebiete • Primär-motorischer Cortex (M1, 4) • Ventraler prämotorischer Kortex (PMV, 6): visuomotrische Steuerung des Greifens • Dorsaler prämotorischer Kortex (PMD): motorisches Gedächtnis (z.B Gewicht Milch) • Supplementär-motorischen Area (SMA): „Starterfunktion“, Projektion Basalganglien motorische Thalamuskerne.

Kinästhetische Imagination. Bimanuelle Kordination. • Posterior-parietaler Assoziationskortex: Liefert Sinnesinfos für Bewegungsplanung

!


• Sensomotorischer Kortex (Area 1, 2, 3: Gyrus postcentralis) • Homunkulus: somatotopische Repäsentation M1 • Pyramidenbahn: Durch Capsula interna, Pons und Pyramide

o 40% kortikospinale Efferenzen aus primär-motorischem Cortex (M1, Gyrus precentralis), 30% aus prä- und supplementär motorischen, 30% aus somatosensorischen sowie posterior-parietal

o Tr. corticospinalis lateralis: gekreuzte (80%) Faseranteile ziehen zu Interneuronen o Tr. corticospinalis anterior: nichtgekreuzte Faseranteile (20%) enden im Zervikalmark, kreuzen auf

segmentaler Ebene. o Unterbrechung: Eher selten. Kein kompletter Ausfall, Zusammenbruch der Feinmotorik. o Läsionen: Babinski-Zeichen – Dorsalextension Großzehe

• Basalganglien: o Direkter Weg: o Indirekter Weg: o Pars. Compacta substanzia nigra

D1-Neurone: fördernd auf Neurone von Striatum in Pars interna globus pallidus D2-Neurone: hemmend auf Neurone vom Striatum in Pars externa globus pallidus

o Pars. • Hirnstamm

o Verantwortlich für Stützmotorik (Sicherung der Körperhaltung im Raum) o Kerngebiete: Ncl. ruber, Formatio reticularis, Ncl. vestibularis (v.a. lateralis) o Efferenzen aus Kortex über Tr. corticoruberis / Tr. corticoreticularis, Kleinhirn, Propriozeptoren o Tr. ruberospsuminalis / Tr. reticulospinalis lateralis

Erregung Motorneurone Flexoren, Hemmung Motorneurone Extensoren o Tr. vestibulospinalis / Tr. reticulospinalis medialis (Am Fest umarmt man alle ganz medial)

Erregung Motorneurone Extensoren, Hemmung Motorneurone Flexoren • Parkinson: Selektiver Untergang von dopaminergen Neuronen in Subs. Nigra

o Überaktivierung Ncl. subthalamicus Hemmung Motorik • Ballismus: Verminderte Aktivität vom Ncl. subthalamicus • Aktivität

o Je Aktiver Neurone in M1 desto stärker die Kontraktion. Neurone in M1 mit bestimmter Richtung ähnliche Richtungen bilden Neuron-Populationen

o Dynamische Bewegungen benötigen mehr Aktivität; Komplexe benötigen andere Cortex-Gebiete • Sensorische Afferenz: kurze U-Fasern von primär-sensorischen (S1) zu M1. Wird z.B. Bewegung durch externe

Last verhindert kann durch transkortikaler Reflex (ca. 40 ms, nicht bewusst) Bewegung verstärkt werden.

Organisation des Rückenmarks • α-Motorneuron: innervieren Muskelzellen (60 - 100 m/s), nur sie lösen Kontraktion aus • γ-Motorneurone: Innervieren Muskelspindeln (30 m/s) und regulieren Empfindlichkeit dieser • Muskelspindel: Messung der Dehnung

o intrafusal, parallel zur Arbeitsmuskulatur, PD-Sensor o Kernkette: Ia + II; Kernsack: Ia o Afferente Inn.: markhalte Ia-Fasern spiralförmig um mittleren Abschnitt. Feuern mit kontanter

Grundfrequenz. Höhere Dehnung oder Geschwindigkeit höhere Entladungsfrequenz. Klasse II-Fasern (schneller) v.a. Muskellänge über Interneurone auf Flexoren.

o Efferente Inn.: γ-Motorneurone mit Endplatte oder Endnetz Verkürzung intrafusale Muskelfasern regelt Empfindlichkeit. (dynamische: Dehnungsgeschwindigkeit, statische: Muskellänge)

o α-γ-Coaktivierung: Wenn intrafusale Fasern so erschlafft, da Muskel verkürzt Regulation über γ-MN. • Golgi-Sehnenorgane: Messung der Spannung

o extrafusal, in Serie zu Muskelfasern, am Übergang zur Sehne o Langsame PD-Rezeptoren (überwiegend P). Afferente Inn. durch Ib-Fasern (Geschw. zw. Ia u. II) o Inhibitorische Synapse Hemmung α-Motorneuron autogene Hemmung (Begrenzung Spannung)

• Gelenksensor: PD-Sensor: Gelenkstellung und Geschwindigkeit d. Änderung Verarbeitung im Thalamus.


• Sensomotorische Integration: Deszendierende Bewegungsprogramme (Intermediär) und Informationen d. somatosensorischen Rezeptoren werden prämotoneuronal in gemeinsamen Interneuronen zusammengeführt.

• Reflex: gleichbleibende automatische unwillkürliche Antwort auf Afferenzen durch Reflexbögen. o Reflexantwort mit Latenz, Intensität, Muster an Erregung der Rezeptoren gebunden. o Eigenreflex: Reiz und Antwort in einem Organ. Nur bei Muskeldehnungsreflex.

Monosynaptisch. Afferenter Schenkel des Reflexbogens direkt an α-Motorneuron Hoffmann-Reflex (H-Reflex): Substitution der mechanischen Einwirkung durch elektrische Reize

• Bei kleinen Reizstärken (20 – 40 V) Depolarisation Ia-Fasern Verarbeitung wie Muskeldehnungsreflex. Auf EMG entsteht H-Welle.

• Höhere Reizstärke auch α-Motorneurone M-Welle mit geringerer Latenzzeit. • Bei steigender Reizstärke Amplitudenzunahme M-Welle und Abnahme H-Welle, da Ia-

Fasern auf refraktäre Motorneurone treffen. o Fremdreflex: Reiz und Antwort aus unterschiedlichen Organen. z.B. Rückziehreflex.

Polysynaptisch. Afferenter Schenkel verbindet sich prämotoneuronal mit Interneuron. Reflexantwort kann konditioniert werden. Auch: Habituation (Gewöhnung). Summation mehrerer unterschwelliger Fremdreize kann zu überschwelligem Reflex führen.

o Beendigung Reflexantwort: nach Reflex 100 – 500 ms Muskelinaktivität: silent period Fehlene Aktivität der Ia- und Ib-Afferenzen Renshaw-Zellen: Interneuron; Feedback-/rekurrente Hemmung

• Motorneuron an Renshaw-Zelle (Acetylcholin); Renshaw-Zelle an Motorneuron (Glycin)

Herz • Schlagvolumen: pro Herzschlag vom linken Ventrikel gefördertes Volumen = ca. 80 ml

• Herzzeitvolumen (HZV): 𝐻𝐻𝐹𝐹 ∗ 𝑆𝑆𝑐𝑐ℎ𝑙𝑙𝐹𝐹𝑙𝑙𝐻𝐻𝑙𝑙𝑙𝑙𝑐𝑐𝑐𝑐𝐾𝐾𝑙𝑙 = ~5,6 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀

o Durch Ficksches-Gesetz: 𝐻𝐻𝑍𝑍𝑉𝑉 = �̇�𝑚𝑂𝑂2𝐶𝐶𝑎𝑎𝑂𝑂2−𝐶𝐶𝑣𝑣𝑂𝑂2

Kontraktion • Systole: Anspannungs-/Austreibungsphase. Diastole: Entspannungs-/Füllungsphase • Anspannungsphase (0,05 s)

o Ventrikel gefüllt, Herzklappen geschlossen, isovolumetrische Kontraktion bis Druck in linken Ventrikel höher als in Aorta und rechten Ventrikel als Truncus pulmonalis Taschenklappen öffnen passiv

• Austreibungsphase (0,2-0,3 s) o Austreibung Blut durch weitere Kontraktion (zuerst im Septum und an Herzspitze, dann kranial in

Richtung Herzbasis) bis Taschenklappen wieder passiv geschlossen. Innenradius ↓, Wanddicke ↑ o ca. 80 ml von 120 ml ausgeworfen 40 ml verbleiben in Ventrikel o Ventilebene: Verkürzung Vorhofmyokard Ventilebene zur Herzspitze Unterdruck, Blut in Vorhöfe

• Entspannungsphase (0,06 s) o alle Herzklappen geschlossen. Muskel entspannt isovolumetrisch Druck sinkt. Wenn unterhalb des

Druckes der Vorhöfen Öffnung Segelklappen • Füllungsphase (0,5 s)

o Ventilebene: in Richtung Herzbasis gemeinsam mit Vorhofkontration und durckabhänige Öffnung der AV-Klappen rasche Füllung der Ventrikel

• Herztöne o I.: Beginn Anspannungsphase: Kontraktion Ventikelmyokard und Schluss Segelklappen (5. ICR li.) o II: Ende Austreibungsphase: Schluss Taschenklappen (2. ICR re. + li. parasternal) o III: Frühe Füllungsphase: Bluteinstrom o IV: Vorhofkontraktion.

• Vorhofdehnungsreflex: B-Rezeptoren zwischen Myozyten. o vermehrte Dehnung: Hemmung Freisetzung ADH, Ausschüttung ANF (Senkung Blutvolumen)


Herzerregung • autonome Steuerung – primärer Schnittmacher: Sinusknoten breitet sich über Vorhof zu AV-Knoten aus

über HIS-Bündel und Tawara-Schenkel zuerst an die Herzspritze (Purkinje-Fasern), danach konzentrische Erregungsweiterleitung über Ventrikel (zuerst Innenschicht, dann Außenschicht).

• Aktionspotenzial Ventrikelmyokard o schneller Aufstrich, Plateauphase, Repolarisation, Ruhepotenzial o Besonderheiten: lange Dauer, Plateauphase o Dauer abhängig von HF: Bei schneller HF fällt nächstes AP noch in die Zeit der erhöhten Kalium-

Leitfähigkeit Repolarisation geht schneller AP verkürzt. o Während Plateauphase: Natriumkanäle in absoluter Refraktärzeit: Schutz vor Herzrythmusstörung

Leitfähigkeit Membranpotenzial Dauer Aufstich Natrium ↑ Von -80 auf 40 mV 1-2 ms

Plateau Calcium ↑ (Aufrechterhaltung da Natrium geschlossen)

ca. 10 mV 200-250 ms

Repolarisation Kalium ↑ Von 0 auf -80 mV 50 ms

Gesamtes AP 300 ms

Ruhemembranpotenzial Kalium-Gleichgewichtspotenzial

-80 mV 700 ms

• Sinuskoten Aktionspotenzial o Ruhemembranpotenzial nicht konstant: Durch Repolarisation Auslösung von Schrittmacherstrom. o 1. Kalium-Leitfähigkeit nimmt bei Repolarisation schnell ab o 2. Durch Repolarisation werden HCN-Kanäle (durch Hyperpolarisation und cyclische Nukleotide

aktivierte, unspezifische Kationen-Kanäle (funny channels) geöffnet. Natrium Einstrom überwiegt o 3. Calcium-Ionen strömen in Zelle ein. o langsame Depolarisation bis zum AP-Schwellen Wert von -40 mV o HF beeinflusst Geschwindigkeit Depolarisation. Am Sinuskonten am schnellsten: primärer Schrittmacher

EKG • Vektortheorie:

o Membranpotenzial von Muskelzelle bei jeder Bewegung umgepolt: Zellen als Dipol. Da Herz funktionelles Synzytium kann es auf in Gesamtheit als Dipol gesehen werden.

o Summation der Einzelvektoren stark genug um sie auf der Haut zu registrieren. o Stärke des Gesamtvektors von Muskelmasse abhängig vor allem linker Ventrikel o Richtung des Summenvektors = Richtung der Erregung (von Herzbasis „oben“ nach Herzspitze „unten“)

EKG-Kurve • P-Welle: Erregungsausbreitung in Vorhöfen. Kleine P-Welle, da geringe Muskelmasse. • PQ-Strecke: Erregung muss sich über AV-Knoten ausbreiten isoelektrische Linie. • PQ-Intervall i.d.R. < 200 ms • QRS-Komplex: Erregungsausbreitung in den Kammern. Etwa 80 ms.

o Richtung des größten Summenvektors entspricht elektrischer und auch anatomischer Herzachse o Q-Zacke: Depolarisation kurz in Richtung der Ventrikel-Basis o R-Zacke: Depolarisation entlang Herzachse u. von subendokardial nach subapikardial (1-2 mV, < 100 ms) o S-Zacke: subapikardiale Anteile an Basis d. linken Ventrikels o Während Depolarisation d. Ventrikel: Repolarisation der Vorhöfe (Potenzialänderungen zu klein)

• T-Welle: Umgekehrte Repolarisation der Ventrikel • QT-Intervall: von Herzfrequenz abhängig. 300 – 400 ms • U-Welle: nur gelegentlich. Z.B. bei Hypokalämie und Antiarrhythmikagabe


EKG-Ableitungen • Extremitätenableitungen: Elektroden an rechter, linker Oberarm sowie linker Unterschenkel. Rechter

Unterschenkel: Erdung. V.A. Ströme in der Frontalebene. Aussagen über Lagetyp und Rhythmus. o Einhofen (I, II, III): bipolar – Messung der Potenzialdifferenz zwischen zwei Elektroden o Goldberger (aVR, aVL, aVF): pseudounipolar – Messung zweier Zusammengeschalteter Elektroden

gegenüber der übrig gebliebenen. aVF: linker + rechter Arm gegen linker Unterschenkel. • Unipolare Brustwandableitung (Wilson): Ströme in horizontaler Ebene

o Zusammen mit Extremitätenableitungen: dreidimensionale Beurteilung • Je steiler Summenvektor zur Ableitungsebene steht, desto kleiner ist diese.

o Erregung der Vorhöfe = Vorhofschleife ↔ Ventrikelschleife (QRS-Komplex)

Atmung Atemgase • Alveolen: Durchmesser 0,3 mm

o Epithel Typ 1: Blut-Gas-Barriere o Epithel Typ 2: Surfactant

• Austauschfläche: 50 – 100 m2 • Molvolumen Ideales Gas: 22,4 l/mol. 1 mmHg = 133 Pa bzw. 1 kPa = 7,5 mmHg • Messbedingungen:

o Körperbedingungen (BTPS) bei 37° o Spirometerbedingungen (ATPS) bei 20° o physikalische Standartbedinungen (STPD) bei 0° und Wasserfreiheit.

• Zusammensetzung Atemgase: (Frischluft / Alveolarluft) o O2: 150 mmHg (21%) / 100 mmHg (13%) o CO2: 0,2 mmHg (0,03%) / 40 mmHg (5%) o N2: 550 mmHg (79%) / 550 mmHg (79%)

• Löslichkeit: 𝐶𝐶𝑥𝑥 = 𝛼𝛼𝑥𝑥 ∗ 𝑝𝑝𝑥𝑥; αx = Bunsen-Löslichkeitskoeffizent (abhängig von Flüssigkeit und Temperatur)

Volumina / Einatmung • Bestimmung durch Spirometer. Residualvolumen nur durch Fremdgasverdünnungsmethode. • Atemmuskeln

o Einatmung: Mm. intercostales externi und Zwerchfell o Reserve forcierte Einatmung: Mm. sterocleidomastoidei, Mm. scaleni o Reserve forcierte Ausatmung: Mm. intercostales interni, Bauchmuskeln

• Inspirationsarbeit durch elastische Widerstände, visköse Kräfte der Atemluft • Expirationsarbeit durch gepeicherte Energie, Muskeln • Elastizität: elastische Fasern, Verankerung der Aveolen, Oberflächenspannung durch Surfactant • Surfactant: 90% Phospholipide, vier spez. Surfactant Proteine, geringe Kohlenhydrate

o kleidet Nischen und Hohlräume in Alveolen aus. Bei Ausatmung stoßen sich die unpolaren Teile ab Verminderung Oberflächenspannung

o Surfactantmangel: endexspiratorischre Kollaps, stärkerer negativer Pleuradruck • transmurale Druckdifferenz: 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑚𝑚 = 𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 − 𝑃𝑃𝑀𝑀𝑎𝑎ß𝑀𝑀𝑀𝑀

o 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑚𝑚 (𝐿𝐿𝑎𝑎𝑀𝑀𝑔𝑔𝑀𝑀) = 𝑃𝑃𝐴𝐴𝑚𝑚𝐴𝐴𝑀𝑀𝑚𝑚𝑚𝑚𝑀𝑀𝑀𝑀 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑚𝑚𝑀𝑀𝑎𝑎𝑀𝑀𝑀𝑀 o Alveolardruck durch Kabine (Bodyplethysmografie)

• Compliance: 𝐶𝐶 = ∆𝑚𝑚∆𝑃𝑃𝑡𝑡𝑃𝑃

Kehrwert ist Steifigkeit.

o Compliance Atemapperat: 1𝐶𝐶𝑇𝑇ℎ+𝐿𝐿

= 1𝐶𝐶𝑇𝑇ℎ

+ 1𝐶𝐶𝐿𝐿

• In Ruhe nach Ausatmung: PTh = -0,5 kPa, PL = +0,5 kPa Ptm = 0 o Thorax und Lunge gekoppelt: Gleichen sich aus!

• Resistance: 𝑅𝑅𝐿𝐿 = (𝑃𝑃𝐴𝐴𝑃𝑃𝑣𝑣𝑖𝑖𝐴𝐴𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖−𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀𝑖𝑖𝑀𝑀ℎöℎ𝑃𝑃𝑖𝑖)�̇�𝑚

= (𝑅𝑅𝑐𝑐ℎ𝐾𝐾) 0,05 − 0,3 𝐻𝐻𝑃𝑃𝑀𝑀𝐿𝐿/𝑠𝑠

o Widerstand durch glatte Bronchialmuskulatur


Sympathikus Adrenalin ß2-Rezeptoren Dilatation (auch NO von Epithel) Parasympathikus Erweiterung Bronchien Konstriktion (auch Bradykinin)

• Dynamische Atemgrößen o Tiffenau-Test: In Spirometer bei maximaler Einatmung so schnell wie möglich ausatmen. o Forcierte Vitalkapazität (FVC): schnellstmöglichste ausatembare Lungenvolumen. Kleiner als

Vitalkapazität durch kurzeitigen postiven Pleuradruck (nur bei forciert) o Einsekundenkapazität (FEV1): Volumen, was in 1 Sekunde ausgeatmet wird. (ca. 80% der FVC) o Atemgrenzwert: maximales Atemzeitvolumen. ca. 120-170 l/min

• Lungenfunktionsstörungen o Restriktive: Expansionsfähigkeit ↓ – Verminderung: Vitalkapazität, Lungenkapazität, Compliance

Lungenfibrose, Verwachsungen Pleura FEV1 NICHT verändert!

o Obstruktive: Erhöhung des Atemwegswiderstand chronische Bronchitis, Asthma oder Druck von außen durch Ödem / Tumor.

• Lungenperfusion: Druck der Lungenstrombahn < Systemkreislauf o passive Herabsetzung: Erweiterung Gefäße, passive Rekrutierung neuer Gefäße o aktive Erhöhung: hypoxische pulmonale Vasokonstriktion (Kapillaren), Alveolare PO2 < 60 mmHg o aktive Beeinflussung: NO, … o Durch Schwerkraft ist Blutdruck apikal geringer als basal Lungenperfusion nimmt zur Basis zu.

Quotient aus Gesamtventilation und –perfusion: 0,7 • Ventilation: O2-Aufnahme 310 ml/min, CO2-Abgabe 260 ml/min bei Atemzeitvolumen von 8000 ml/min, wobei

5600 ml/min in Alveolarraum. Maximale Sauerstoffaufnahme: 3000 ml/min.

o 𝐻𝐻𝑍𝑍𝑉𝑉 = �̇�𝑚𝑂𝑂2𝐶𝐶𝑎𝑎𝑂𝑂2−𝐶𝐶𝑣𝑣𝑂𝑂2

Herzzeitvolumen als begrenzender Faktor.

• Respiratorischer Quotient: 𝑅𝑅𝑅𝑅 = �̇�𝑚𝐶𝐶𝑂𝑂2�̇�𝑚𝑂𝑂2

. Auch aus Blutwerten errechenbar (Konz. Venös +/- Arteriell).

o Gilt nur im steady state. Normwert: 0,84 • Pro Atemzug (500 ml) 350 ml in Alveolarraum, mischen sich mit Residualkapazität

o anatomischer Totraum: Atemwege bis Bronchioli respiratori o funktioneller Totraum: belüftete aber nicht durchblutete Alveolen

o Bohr-Totraumformel: 𝑉𝑉𝐷𝐷 = 𝑚𝑚𝑇𝑇 (𝐹𝐹𝐴𝐴𝐶𝐶𝑂𝑂2−𝐹𝐹𝐸𝐸𝐶𝐶𝑂𝑂2)𝐹𝐹𝐴𝐴𝐶𝐶𝑂𝑂2

FACO2 = alveoläre CO2-Fraktion endexpiratorische Gasprobe

o Totraum: ca. 150 ml (2 ml / kg) • Hyperventilation: steigende alveoläre Ventilation PCO2 unter 5,3 kPa O2 ↑ • Hypoventilation: sinkende alveoläre Ventilation PCO2 über 5,3 kPa O2 ↓ • Ventilationsunterschied: Durch Schwerkraft und Verbindung der Alveolen obere werden nach unten gezogen gestrafft, geringere Compliance Untere Abschnitte werden stärker Ventiliert.

o �̇�𝑚𝑎𝑎�̇�𝑄

in oberen Abschnitten höher besser belüftet als perfundiert

o �̇�𝑚𝑎𝑎�̇�𝑄

in unteren Abschnitten kleiner besser perfundiert als belüftet

• Diffusion Alveolarmembran o Kontaktzeit: 0,5 sec. Fläche: 50 – 100 m2. o Strecke: Alveolarepithel, Interstitium, Kapillarendothel (0,2 – 1 µm) o CO2-Diffusion 20-mal schneller als O2

Sauerstofftransport • Sauerstofftransport: 200 ml/l. physikalische Löslichkeit nur 1/40. • chemische Bindung: Hämoglobin

o vier Häm-Moleküle (mit zentralem Fe2+, Sauerstoffbindung) + Globin (aus 4 Proteinketten) o HbA1: 98%, zwei α- und zwei β-Globinuntereinheiten o HbA2: 2%, zwei α- und zwei δ-Globinuntereinheiten o HbF: fetales Hämoglobin – höhere Sauerstoffaffinität, zwei α- und zwei γ-Untereinheiten o durch Oxygenierung HbO2 (hellrot), deoxygeniertes (bläulich-dunkelrot).


o 1,34 ml O2 / g Hömoglobin! o kooperative Wechselwirkungen: Erstes O2 gebunden Bindung für Weitere immer einfacher

• Inaktivierte Hämoglobine o CO bindet 300-fach stärker als Sauerstoff an Fe2+ o Methämoglobin (MetHb): Fe2+ zu Fe3+ oxidiert unter Verlust der reversiblen Sauerstoffbindefähigkeit

• O2-Sättigung: Anteil oxygeniertes Hämoglobin an Gesamthämoglobin o arterielles System: 97%, gemischt-venöses: 75%, V. pulmonalis: 98% o A. femoralis 90 mmHg, Beatmung mit reinem Sauerstoff – alveoläre PO2 670 mmHg

• Sauerstoffbindungskurve: O2-Sättigung zu Sauerstoffpartialdruck o Hämoglobin: S-förmiger Verlauf – Myoglobin: hyperboler Verlauf o Bei normaler alveolären PO2 = 100 mmHg SO2 = 98% o Rechtsverschiebung: Affinitätsabnahme Hämoglobin

H+ pH sinkt, CO2 (beide im Gewebe), Temperatur, 2,3-Bisphosphoglycerat. o Linksverschiebung: Affinitätszunahme Hämoglobin

• Kohlendioxidtransport: 500 ml/l. eng mit Säure-Base-Haushalt verknüpft o Bicarbonat: CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3

- in Erys u. Blutplasma. o weniger Carbamat: CO2 + R-NH2 ↔ H+ + R-NH-COO-

• Kohlendioxidbindungskurve: Bicarbonat + Carbamat + physikalisch keine Sättigung o Rechtsverschiebung: Affinitätsabnahme. Erniedrigung pH / Erhöhung Temperatur o Linksverschiebung: Affinitätszunahme

• allosterische Effekte o Bohr-Effekt: Hoher PCO2 (viele H+-Ionen) an Hämoglobin im Gewebe setzt Sauerstoff frei o Haldane-Effekt: Hoher PO2

in Lunge H+-Bindung gelöst CO2 wird freigesetzt o deshalb auch OxyHb: stärkere Säure als DesoxyHb

• Carbanhydrase: katalysiert Bicarbonatreaktion. o schneller Typ in Erythrozyten, da diese guter Nichtbicarbonatpuffer und H+ abgepuffert werden o langsamer Typ in Endothel. Bicarbonat hier nicht so wünschenswert, da H+ nicht gut abgepuffert. o Zwischen Erys und Plutplasma: Carriervermitteltes HCO3

-/Cl- Austauschsystem Hamburger-Shift

Regulierung • Rückkoppelnde Atemreize: Hemmung der Atmung

o Lungendehnungsrezeptoren in Trachealwand und Bronchien o zentrale Chemorezeptoren: Hyperkapnie, Azidose. Periphere: Hypoxie, Hyperkapnie, Azidose

• Nicht-rückkoppelnde Atemreize: Stimulation o Temperaturregulation, Pressorezeptoren, Schmerzreize, Adrenalin

• Höhenatmung bei 5500m hat sich Luftdruck halbiert Abfall PO2 Hypoxie o Schnelle Anpassung: periphere Chemorezeptoren Stimulation Atmung, Atemfrequenz (hypoxischer

Atemantrieb) Abfall PCO2 resp. Alkalose, wirkt hemmend auf Atmung (hypokapnische Hemmung) o Verzögere Anpassung (Tage – Wochen):

respiratorische Alkalose durch renale Kompensation (HCO3- Ausscheidung ↑). hypokapnische

Hemmung reduziert. Ausschüttung von Erythropoetin Sauerstoffgehalt in Blut erhöht.

o zudem Zunahme von 2,3-BPG Rechtsverschiebung • Tauchen: 10 m tiefe entsprechen Zunahme des Außendrucks um 1 bar • Kussmaul Atmung: tiefe und langsame Atmung zur Kompensation von einer metabolischen Azidose

Säure-Base-Haushalt • physiologischer pH-Wert: 7,4 • Puffer: schwache Säure mit korrespondierender Base (z.B. CO2 und HCO3

-) • Handerson-Hasselbalch-Gleichung: 𝑝𝑝𝐻𝐻 = 𝑝𝑝𝐾𝐾 + log 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑆𝑆𝑆𝑆𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑠𝑠𝑀𝑀 𝐴𝐴

𝑃𝑃𝑎𝑎𝑆𝑆𝑆𝑆𝑀𝑀𝑀𝑀𝑠𝑠ä𝑎𝑎𝑀𝑀𝑀𝑀 𝐴𝐴𝐻𝐻

o pK = pH-Wert der optimalen Pufferung • Puffersysteme


o Phosphat-Puffer: H2PO4- ↔ HPO4

2- + H+; pK = 6,8 H2PO4

- können durch Niere ausgeschieden werden geringe Konzentration in Extrazellulärraum nur eingeschränkt für Blutplasma

o Proteinpuffer: -NH2, –COOH und andere Reste. vor allem intrazellulär (z.B. Erythrozyten mit Hämoglobin)

o Bikarbonatpuffer: CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3-; pK = 6,1

offenes und damit wichtigstes Puffersystem. CO2 kann abgeatmet werden. • Standart-Bicarbonat, Pufferbasen, Basenüberschuss: Wird unter respiratorischen Standardbedingungen gemessen nur verändert bei metabolischen Störungen.

• BE > 2 mmol/l metabolische Alkalose; BE < - 2 mmol/l metabolische Azidose

Visuelles System Dioptrischer Apparat • 400 – 750 nm. optischer Apparat sorgt für scharfes, umgekehrtes, verkleinertes Bild. • Lichtbrechung: Schräges Auftreffen Trennfläche zweier unterschiedlicher optischer Medien (z.B. Brechungsindex

Luft = 1; Wasser = 1,33) • 𝐵𝐵𝐹𝐹𝐾𝐾𝑐𝑐ℎ𝑊𝑊𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝐾𝐾 [𝐹𝐹𝑝𝑝𝐾𝐾] = 1

𝑆𝑆 [𝑚𝑚] beim Auge mindestens 59 dpt (Cornea: 43 dpt, Linse: 19 – 34 dpt)

• Akkommodation: Änderung der Brechkraft der Linse, damit Lichtstrahlen auf einen Punkt fallen o Nahakkommodation: Kontraktion M. ciliaris Enspannung Zonulafasern Linse kugelt sich

(Brechkraft ↑) o Fernakkommodation: Zonulafasern gespannt Linse abgeflacht (Brechkraft ↓) o Akkommodationsbreite: 1

𝑁𝑁𝑀𝑀ℎ𝑀𝑀𝑎𝑎𝑀𝑀𝐻𝐻𝑡𝑡 [𝑚𝑚]− 1

𝐹𝐹𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑎𝑎𝑀𝑀𝐻𝐻𝑡𝑡 [𝑚𝑚] wobei Fernpunkt = ∞

Jugendliche 15 dpt, Erwachsene 10 dpt o Presbyopie (Alterssichtigkeit)

Brechkraft von elastischen Rückstellkräften abhängig, bei entspannten Zonulafasern Kugelform Im Alter weniger Elastizität Akkommodationsbreite kann auf 0 dpt Nahpunkt rückt in Ferne In der Ferne muss nicht gekugelt werden Ferne nicht beeinträchtigt Ausgleichung durch Lesebrille (Sammellinse)

• Refraktionsanomalien - Berechnungsfehler o Bei Kurz-/Weitsichtigkeit: Missverhältnis zwischen Brechkraft der Linse und Bulbuslänge Licht auf

Retina nicht als Punkt sondern als Fläche o Myopie (Kurzsichtigkeit) – Bulbus zur Brechkraft zu lang

Bei Nahsehen Ausgleich durch geringere Akkommodation Ferne: Lichtstrahlen vor Netzhaut Brechkraft muss verringert werden Zerstreuungslinse

o Hypermetropie (Weitsichtigkeit) – Bulbus zur Brechkraft zu kurz Nähe: Lichtstrahlen hinter Netzhaut Brechkraft muss erhöht werden Sammellinse

o Astigmatismus (Stabsichtigkeit) Cornea nicht gleichmäßig gekrümmt (meist mehr vertikal regulärer Astigmatismus) verzerrtes Bild zylindrische Linse zur Korrektur (bei Regulärer) bei irregulärer völlige Unregelmäßigkeit Kontraktlinsen / Hornhauttransplantation < 0,5 dpt: physiologischer Astigmatismus

o Sphärische Aberration Lichtstrahlen am Rande der Linse werden stärker gebrochen kann durch Engstellung Pupille

minimiert werden spiel kaum eine Rolle o Chromatische Aberration

Kurzwelliges (blaues) Licht wird stärker gebrochen als langwelliges Rottöne erscheinen näher o Katarakt (grauer Star): Eintrübung der Linse

• Die Pupille o M. sphincter pupillae, M. dilatator pupilae Pupillenreflex über veg. Nervensystem o Photosensoren N. opticus Area pretectalis (γ-Zellen) Ncl. Erdiner-Westphal (parasym.),

ziliopinales Zentrum (symp) Ggl. ciliare / Ggl. cerviacle superius sphincter / dilator


o Miosis - Engstellung Blockade durch Atropin (Blockung der muscarinischen Synapsen)

o Mydriasis – Weitstellung Iris wird etwas dicker Kammerwinkel kann mögl. verlegt werden Glaukomanfall

• Augenmotilität o konjugierte Augenbewegungen – gleichsinnig in dieselbe Richtung

Sakkaden: schnelle Bewegungen über Fixpunkte. Schnelle Bildverschiebungen während Augenbewegung (10 – 80 ms) werden unterdrückt, nur Fixbilder wahrgenommen (0,15 – 2 s)

gleitende Augenfolgebewegungen damit Objekt im Fokus bleibt Nystagmus: langsame Augenbewegungen + schnelle Rückstellsakkaden (Richtungsweisend)

o Vergenzbewegungen – Winkeleinstellung der beiden Sehachsen Konvergenzbewegung: gekoppelt mit Kontraktion Ziliarmuskel (Nahakkommodation),

Verengung Pupille Divergenzbewegung: Blickachsen „weichen“ wieder zu Fernobjekt

• Augeninnendruck o Kammerwasser von Epithel Proc. ciliaris in hintere Augenkammer sezerniert durch Pupille in vordere

Augenkammer - Abfluss über Trabekelwerk in Schlemm-Kanal. o konstanter Augeninnendruck von 14 – 20 mmHg wichtig für Formerhalt o Glaukom: Erhöhter Augeninnendruck langfristig Schädigung des N. opticus.

z.B. bei Kontraktion M. dilatator pupillae Iris dicker Kammerwinkel verlegt kein Abfluss • Tränenflüssigkeit

o Von Gl. lacrimalis als Ultrafiltrat des Blut über Cornea verteilt schützt vor Austrocknung und Schmutz. IgA zur Erregerabwehr.

o Leicht hypterton. hohe K+, niedrige Na+ Konzentration o Fremdkörper reizen mechano-/nozizeptive Endigungen N. trigeminus Ggl. pterygopalatinum

parasym. Erhöhung der Tränensekretion. • Visus (Sehschärfe)

o Auflösungsvermögen, in dem zwei Punkte noch als getrennt wahrgenommen werden o 𝑉𝑉𝑊𝑊𝐾𝐾𝑐𝑐𝐾𝐾 = 1

𝛼𝛼; 𝛼𝛼 = 𝑊𝑊𝑊𝑊𝑙𝑙𝑊𝑊𝐾𝐾𝑙𝑙 − 𝑆𝑆𝐾𝐾ℎ𝐾𝐾𝑐𝑐ℎä𝐹𝐹𝑆𝑆𝐾𝐾 [ 1

60°] sad

o Landolt-Ringe: Bei Breite von 1’ V = 1; Muss Breite verdoppelt werden V = 0,5

Signalverarbeitung Retina • Retina: Teil d. Diencephalons – lichtempfindlicher und unempfindlicher Teil • Pigmentepithel: Phagozytose alter Membranschichten • Konvergenz: Viele Photosensoren auf mehrere Bipolare Zellen auf weniger Ganglienzelle (erst dort

Aktionspotenzial) • Horizontale / Amakrine Zellen: Inhibitorische Querverbindungen

Photosensoren • erneuerbares Außensegement mit Farbstoff, permanentes Innensegment. • Verhältnis Zapfen : Stäbchen – 1:20. Fovea centralis: Nur Zapfen, im Randbereich nur Stäbchen. • Zapfen: photopische Sehen (Tageslicht, Farben)

o ca. 6 Millionen, 65-90 Bilder/sec o Enge Verbindung mit Ganglienzellen (Fovea centralis: 1 zu 1) Gute Auflösung o Drei Verschiedene Sehfarbstoffe für unterschiedliche Wellenlängen (Farbsehen).

• Stäbchen: skotopisches Sehen (Nacht, Schwarz-Weiß) o ca. 120 Millionen in Retinaperipherie, 20-25 Bilder/sec o Sehfarbstoff Rhodopsin (Opsin + 11-cis-Retinal): Absorbtionsmaximum bei 500 nm Blau wird heller

wahrgenommen (Purkinje-Erscheinung)

Signaltransduktion/-verarbeitung • Im Dunkeln (Ruhe) cGMP-abhänige Na+-Ca2+-Kanäle geöffnet Membranpotential ca. -30 mV • Signalkaskade (bei Zapfen halt mit anderen Stoffen)


o Belichtung: Umwandlung 11-cis-Retinal All-trans-Retinal; Rhodopsin Meta-Rhodopsin II o Meta-Rhodopsin stimuliert G-Protein Transducin Aktivierung Phosphatase, Hydrolisierung cGMP zu

GMP cGMP-abhängige Kanäle geschlossen Hyperpolarisation (K+ Leitfähigkeit überwiegt) Hemmung der Ausschüttung von Glutamat an Bipolarzellen.

o Beendigung: Neusynthese von cGMP (Ca2+-empfindliche Guanylatzyklase) Kanäle öffnen sich, Zelle depolarisiert.

o All-trans-Retinal wandert in Pigmentepithel und wird enzymatisch in 11-cis-Retinal umgewandelt. • Ganglienzellen

o 130 Millionen Photorezeptoren auf 1 Million Ganglienzellen Bündlung, Signalkonvergenz o α-(Y-)-Zellen (10%, magnozelluläres System)

schnelle Axone, Erfassung von Bewegung / Entfernung. Hauptsächlich von Stäbchen o β-(X-)-Zellen (80%, parvozelluläres System)

langsame Axone, Wahrnehmung Farbe und Gestalt. kleine rezeptive Felder o γ-(W-)-Zellen (koniozelluläres System)

Steuerung Pupillomotorik und reflektorische Augebewegungen. Ziehen ins Mittelhirn • Rezeptive Felder

o Netzhautbereich, dessen Reizung zu Aktivitätsänderung dieses Neurons führt. o Kreisförmige Gestalt: einige Sensoren im Zentrum, andere am Rand der Fläche o Kleine Felder (z.B. Fovea centralis): Gute Auflösung, geringe Lichtempfindlichkeit

• On-/Off-Zentrums-Neurone o Durch laterale Verschaltung über Horizontalzellen gegensätzliche Reaktion der Ganglienzelle, je nach

dem nur Zentrum oder Peripherie beleuchtet wird. o On-Zentrums-Neurone: Werden aktiviert (depolarisiert und erhöhte AP-Frequenz) wenn

Photorezeptoren im Zentrum beleuchtet werden. Werden bei Belichtung der Peripherie deaktiviert. o Off-Zentrums-Neurone: Gegenteil o Verstärkung Kontrastwahrnehmung

• Adaption o Auge braucht Zeit sich an Leuchtdichte zu gewöhnen o Bei Übergang auf skotopisches Sehen: Kohlrausch-Knick o Nachtblindheit (Nyktalopie): Vitamin A-Mangel – Stäbchen gestört o Mechanismen:

Schnelle Anpassung durch Pupille Änderung der Rhodopsinkonzentration Weniger Licht Auch laterale Hemmung nimmt ab Ausdehnung der Zentren (räumliche

Summation) Unterschwellige Reize können bei längerem Andauern überschwellig werden (zeitliche

Summation) • Retinales Farbensehen

o Additive Farbmischung: Mischung Licht versch. Wellenlänge Spektrum größer (z.B. rot + grün gelb) o Subtraktive Farbmischung: Mischung Farben Spektrum kleiner (z.B. rot + grün baun) o Farbeindruck dadurch in welchem Verhältnis Zapfen erregt o Gegenfarbentheorie: Farbkontrastverbesserung durch Verschaltung farbantagonistisch organisierte

rezeptive Felder (Rot – Grün, Blau – Gelb, Schwarz – Weiß) durch Gegenfarbneurone auch im GCL.

Auditorisches System Grundbegriffe • Ton: reine Sinusschwingung mit einer einzigen Frequenz (z.B. „Kammerton“ @ 440 Hz).

o Klang: Kompliziertere, periodische Schwingungen o Geräusch: ungeordnete Frequenzgemische

• Hörbereich: 16 Hz – 20 kHz • Schalldruck: Druck von Schall auf Fläche [𝑝𝑝] = 𝑁𝑁

𝑚𝑚2 = 𝑃𝑃𝐹𝐹. Niedrigster bei 𝑝𝑝0 = 2 ∗ 10−5 𝑃𝑃𝐹𝐹 (3000 𝐻𝐻𝑧𝑧)


• Schalldruckpegel: logarithmisches Verhältnis – Schalldruck zu minimalen noch wahrnehmbaren Schalldruck. 𝐿𝐿 =20 ∗ lg 𝑀𝑀𝑥𝑥

𝑀𝑀0 [𝐹𝐹𝐵𝐵 𝑆𝑆𝑃𝑃𝐿𝐿] (𝐷𝐷𝐾𝐾𝑐𝑐𝑊𝑊𝐷𝐷𝐾𝐾𝑙𝑙 𝑆𝑆𝑙𝑙𝑐𝑐𝑙𝑙𝐹𝐹 𝑃𝑃𝐹𝐹𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝑐𝑐𝐹𝐹𝐾𝐾 𝐿𝐿𝐾𝐾𝐻𝐻𝐾𝐾𝑙𝑙)

• Lautstärke: subjektive Empfindung in Phon. Bei 1000 Hz entsprechen 20 dB = 20 Phon o Isophone: Kombination (Line auf Graph) von Frequenz und Schalldruckpegel, welche gleich Laut klingen. o Sone-Skala: 1 Sone = 40 dB-SPL bei 1000 Hz, verdoppelt sich subjektive Lautstärke: 2 Sone.

• Hörbereich: 16 Hz – 20 kHz; 4 – 130 Phon. Hauptsprachfeld: 250 – 4000 Hz; 40 – 80 Phon • Unterschiedsschwellen: hier sukzessive, bei gleichzeitigen Tönen (simultane) höhere Werte

o Frequenz-Unterschiedsschwelle: bei 1000 Hz ca. 0,3% (3 Hz) o Intensitäts-Unterschiedsschwelle: 1 dB bei optimalen Bedingungen

Rezeption / Transduktion • Mittelohr: Gehörgang Membrana tympani wird in Schwingung versetzt Hammer, Amboss, Steigbügel auf

ovale Fenster und damit Innenohr. o Verstärkung um Faktor 22: Trommelfell ist 17x größer als ovale Fenster; Hebelwirkung der Knöchelchen

sowie Impendanzanpassung. • Innenohr: Cochlea mit Scala vestibuli, tympani, media

o Ovales Fenster an Scala vestibuli an Spitze (Helicotrema) Übergang in Scala tympani rundes Fenster. Beide gefüllt mit Perilymphe (ähnlich EZM).

o Scala media: Zwischen vestibuli und tympani Corti-Organ: innere + äußere Haarzellen sowie Tektorialmembran Gefüllt mit Endolymphe (ähnlich wie Intrazellulärraum, hohe Kalium, wenig Natrium, +80 mV)

o Basilarmembran: zum Helicotrema weniger steif und breiter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle wird kleiner, Wellenlänge kürzer, Amplitude größer Jede Welle erreicht Amplitudenmaximum an anderer Stelle: Frequenz-Orts-Abbildung.

o Haarzellen: Zilien durch top links verbunden. Durch Spannung / Entspannung Reiz für Öffnung von K+-Kanälen. K+ / Ca2+ strömt hinein, da Potenzial Endolymphe zu Haarzellen ca. +150 mV (70 + 80) äußere Haarzellen: Verstärker. Kontrahieren bei Depolarisation (Protein Prestin)

Verschiebung Tektorialmembran gegenüber Basilarmembran innere Haarzellen: Depolarisation durch Ca2+ Einstrom, Transmitter: Glutamat sek. Sinneszelle Na+/K+/2 Cl—Transporter: Aufrechterhaltung Konzentration in Stria vascularis

Hörprüfung • Stimmgabel: Schallleitungstörung (Mittelohr) / Schallempfindungsstörung (Innenohr)

o Rinne-Versuch: positiv wenn Ton erst an Mastoid gehört wird (Knochenleitung) und danach vor dem Ohr gehört wird. negativ, wenn Schall vor dem Ohr nicht wahrgenommen wird (pathologisch).

o Weber-Versuch: Stimmgabel mittig auf den Kopf. Schallleitungsstörung: Lateralisation ins kranke Ohr, da Cochlea an geringen Pegel adaptiert Schallempfindungsstörung: Lateralisation ins gesunde Ohr, da krankes Ohr unempfindlich

• Schwellenaudiometrie: Hörschwelle für bestimmte Frequenzen, d.h. steigender Schalldruckpegel bei gleich bleibender Frequenz Proband wird gefragt ob er noch gleichen Ton hört.

Vestibuläres System • Macularorgane: Sacculus und Urticus in 90° Winkel zueinander

o Aufgabe: Linearbeschleunigung. z.B. beim Fallen Streckreaktion der Extremitäten o Sacculus senkrecht zur Erdoberfläche: Erregt durch Erdanziehung und Hüpfen o Urticus parallel zur Erdoberfläche: Erregt z.B. durch Laufen o Haarzellen: mit Kinozilium – auch in Ruhe K+ Kanäle geöffnet / geschlossen PD-Sensor (Glutamat) o Umgeben von Endolymphen. Haare bedeckt von Statolithenmembran mit höherer Dichte als

Endolymphe Unterschiedlich starke Beschleunigung Ablenkung von Sterozilien zu Kinozilium Leitfähigkeit für Kationen steigt schnellere AP

• Cristaorgane: Sinnesepithel der 3 Bogengänge im Bereich der Ampulle o Haarzellen bedeckt von Cupula: Gleiche Dichte wie Endolymphe: Winkel-/Drehbeschleunigung


o Trägheitsströmung der Endolymphe Abschärung der Zilien • Nytagmus: Reflex der Anpassung der Kopf- an Augenbewegung sicherstellt. z.B. Punktfixierung durch schnelle

Sakkaden.

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Physiologie © Manuel Kuhlmann 2015 · akute Azidose: Wirkt sich auch Na/K-ATPase aus höhere Extrazelluläre Kalium-Konzentration zu geringer Aldosteronspiegel • Calcium (99% als