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T EIL 2
Physiologie und Pathophysiologie
Vertiefung Anatomie und Physiologie 2
FS 2019 Marike Weiss
Inhalt
Knochen – Anatomie und Physiologie ... 2
Die Knochenzellen und ihre Funktion ... 4
Knochen Remodeling ... 5
Dietary Modulation of Lifespan ... 8
Calorie restriction... 8
Dietary Restriction ... 9
Fasting ... 10
CR mimetics... 10
Herz-Kreislauf-Pathophysiologie ... 12
1. Thrombose vs. Embolie ... 12
2. Endotheliale Dysfunktion ... 12
3. Atherosklerose ... 13
4. Peripher arterielle Verschlusskrankheit (PAVK) ... 13
5. Diabetische Mikroangiopathie ... 13
6. Gefäss-Aneurismen ... 13
8. Chronisch venöse Insuffizienz ... 14
9. Raynaud – Syndrom ... 15
10. Vaskulitis ... 15
Herzinsuffizienz ... 16
Atmungs-Pathophysiologie ... 19
Restriktive Lungenerkrankungen ... 22
Restriktive Lungenfunktion mit extrapulmonaler Ursache ... 23
Höhenbedingte Krankheiten ... 24
Medizintechnische Optionen der Blutzuckermessung und Insulinapplizierung ... 26
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Knochen – Anatomie und Physiologie
Funktion des Skeletts
Anatomisch: Stabilität, Ansatz für Muskeln, Schutz von Organen, Verankerung der Zähne, Schallübertragung Physiologisch: Wachstum, Anpassung, Heilung Metabolisch: Mineralspeicher, Fettspeicher, pH-Regu- lation, Detoxifikation, Bildung von Blutzellen
Zusammensetzung
70% Mineralstoffe: Hydroxyapatit, andere Mineralien 20% Matrix: Kollagen, Proteoglykane, Matrix Proteine, Zytokine
10% Wasser 1% Zellen Knochenmatrix Anorganische Matrix
Hydroxyapatite, Caliumphosphate, andere Salze
Organische Matrix
Kollagen 1 (95%), Proteoglykane, Cytokine, Matrixproteine
Knochenzellen Osteozyten
Reife Knochenzellen, in der Matrix eingebet- tet, Mechenosensoren
Osteoblasten
Produzieren Matrix, Vorläufer Osteuzyten Osteoklasten
Resorbieren Matrix Endost-Zellen (lining cells)
Bedecken die Oberfläche, Abgrenzung zum Knochenmark
Aufbau des Knochens (Röhrenknochen) Diaphyse
Kortikalis, Fettmark Metaphyse
Dünne Kortikalis Spongiosa
Rotes Knochenmark
Epiphyse
Dünne Kortikalis, Spongiosa, rotes Knochen- mark
Knochentypen Röhrenknochen
Lange Diaphyse mit Fettmark, Metaphysen mit Spongiosa und rotem Knochenmark, E- piphysen, Extremitäten inkl. Finger und Zehen Platte Knochen
Zwei Lagen Kompakta mit Spongiosa, rotes Knochenmark, Schädel, Sternum, Rippen, Be- cken
Kurze Knochen
Dünne Kortikalis, Spongiosa, Knochen des Kar- pal- und Tarsalgelenks
Unregelmässige Knochen
Wie kurze Knochen, aber unregelmässige Form, Wirbel
Sesambeine
3 Kleine Knochen, die in Sehnen eingebettet
sind, Kniescheibe, Erbsenbein Knochenarten
Geflechtknochen (Primärknochen)
Schnelle Bildung, Kollagenfasern chaotisch an- geordnet, geringer Mineralgehalt, geringe Fes- tigkeit
Lamellenknochen (Sekundärknochen)
Entsteht durch Remodelierung, Kollagenfasern parallel angeordnet, höherer Mineralgehalt (je nach alter), hohe Festigkeit, Substantia com- pacta, Substantia spongiosa
Substantia spongiosa
Knochenbälkchen (Trabekel), Ausrichtung ge- mäss Belastung, Grosse Oberfläche -> schnelle Remodelierung
Substantia compacta
Gefässversorgung
A. nutriticae treten durch Foramen nutricium in den Knochen ein und versorgen Knochenmark und 2/3 des Kortex
Periostale Arterien versorgen Periost und äusseres 1/3 des Kortex
Epiphysen-Arteren versorgen Epiphysen, bilden im Er- wachsenen Anastomosen zu A. nutriciae
Havers’sche Kanäle verlafen im Osteon, enthalten dünnwandige Gefässe (Sinusoide), Lymphgefässe und Nerven
Volkmann-Kanäle (Canales perforantes) verbinden Os- teone
Venen verlaufen parallel zu den Arterien
Knochenentwicklung Embryonaler Ursprung
Mesoderm (medialer Teil der Somiten) Ektoderm (Neuralleiste) -> Schädelkalotte, Ge- sichtsknochen
Desmale Ossifikation
Knochen entsteht direkt
Flache Knochen (Schädel, Rippen, Becken…) Schaft der Rohrenknochen
Enchondrale Ossifikation
Erst Bildung von hyalinem Knorpel, der später in Knochen umgebaut wird
Röhrenknochen, Wirbel Desmale Ossifikation
Mesenchymale Stammzellen
Osteoblasen machen Matrix, Trabekel, Remo- delierung, Bildung eines Periosts, Spongiosa und Kompakta
4 Enchondrale Ossifikation
Mesenchymale Stammzellen -> Chondroblasten ->
Knorpelmatrix -> Modell aus hyalinem Knorpel Osteoblasten bilden Manschette aus Knochen (desmale Ossifikation)
Primäre Ossifikationszentren entstehen durch Verkalkung der Matrix
Blut liefert Stammzellen, Differenzierung zu Osteoblasten und Osteoklasten -> Remodelierung
Die Knochenzellen und ihre Funktion
Osteoblasten
Differenzieren von mesenchymalen Stammzellen Würfelförmig, viele Mitochondrien, viel ER ->
Proteinsynthese
Einschichtig auf Knochenoberfläche Durch gap junctions verbunden
Produzieren Kollagen (Osteoid) und alkalische Phosphatase
Differenzieren zu Osteozyten, Endostzellen oder sterben ab (Apoptose)
Endost-Zellen (bone lining cells)
Flache Zellen, bedecken Knochenoberfläche (95% des kortikalen Knochens, 75% der Spongiosa)
Entstehen aus Osteoblasten
Wenig Aktivität (ruhende Osteoblasten) Können aktiviert werden
Grenzen Knochenmatrix vom Knochenmark ab Osteozyten
Entstehen aus Osteoblasten
In Knochenmatrix eingebettet, in Lakunen
Fortsätze in Canaliculi, durch gap junctions verbunden -> funktionelle Syncytium
Transportieren Nährstoffe
Sensoren für Scherkräfte/Fluid flow, Microcracks Regulieren Aktivität von Osteoblasten und Osteoklasten
Ca2+ Stoffwechsel (Osteozytische Osteolyse)
5 Osteoklasten
Differenzieren von hämatopoetischen Stammzellen Befinden sich auf Knochenoberfläche
Gross (100 m), multinukleär (5-8 Nuclei) Polarisiert, sekretorische Bürstensaummembran, durch Siegelzone abgeschlossen
Resorbieren Knochen
Sezernieren HCl und Proteinasen
Mechanostat-Theorie
Knochen Remodeling
Findet immer statt, 5% des Skeletts/jahr
Matrix-erneuerung, Reparatur von Mikrofrakturen Ca-Homeostase
6 Adaptation an mechanische Belastung (Modeling)
Zusammenspiel von Osteoblasten und Osteoklasten = Bone Multicellular Unit (BMU)
Initiierung
Mikrofrakturen, mechanische Belastung, Serum-Ca, Zytokine
Erhöht: PTH, IGF, IL-1, IL-6, PGE, Kalzitriol, TNF, NO Erniedrigt: Östrogen
Lining cells heben sich ab und bilden abgegrenzte Nische
Resorptionsphase
Osteoklasten-Rekrutierung
M-CSF -> Pre-Osteoklasten RANKL (von Pre-Osteoblasten)
➔ Multinukleation und Aktivierung von Os- teoklasten
Erhöht: RANK-Lingand, M-CSF
Erniedrigt: Osteoprotegrin (OPG), GM-CSF Resorption
Erhöht: Integrine, Interleukine, Azidose, Vita- min A
Erniedrigt: Östrogen, Kalzitonin, Interferon, TGF, Interleukine
Reversal
Reinigung der Knochenoberfläche durch Makropha- gen
Osteoblasten-Rekrutierung
Runx2 -> mesenchymale Stammzellen -> Oste- oblasten
Erhöht: Wnt, BMPs, IGF, FGFs, PDGFs, CSF, PTH, Kalzitriol, Runx2, GST-RANK-Ligand, TGF- beta
Erniedrigt: Leptin?
Knochenbildung Osteoid-Bildung
Osteoblasen sezernieren Kollagen und andere Bestandteile der Matrix
Erhöht: TGF-beta, BMPs, IGF
Erniedrigt: FGFs, PDGFs, Glukokortikoide Mineralisierung
Ab ca. 6 m Osteoid-Dicke, findet über Mo- nate statt
Osteoblasten sezernieren alkalische Phospha- tase
Erhöht: Kalzium, Phosphat Erniedrigt: Pyrophosphat
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Dietary Modulation of Lifespan
Ageing
progressive loss of physiological integrity, impaired function, vulnerability to death exponential rise in age-specific death rate (and decline in reproductive output) Senescence
technical term, refers to changes in an organisms biological function (cellular and organismal level)
Hallmarks
Altered intercellular communication, stem cell exhaustion, genomic instability, telomere attrition, epigeneticic alterations, loss of proteostasis, deregulated nutrient sensing, mitochondrial dysfunction, cellular
senescence
Factors which impact ageing Food
Education, social interaction, transport, home and shelter, safety, finances, health
Calorie restriction
Undernutrition = Malnutrition
Food intake is usually 30-40% less than ad libitum (nachbelieben)
Experiments
McCay: calorie-reduces diet (rich in vitamins and minerals) with rats
➔ First only male life linger
➔ Second experiment (reformulated diet), both life longer
Also with mice -> longer life
Reduced food uptake due to eat-2 mutation increase lifespan in C. elegans
Limitation of glucose extends replicative lifespan in yeast
Yeast lacking the glucose transporter hxk2 extended lifespan
Rhesus Monkeys Calorie Restriction
Limited food intake without causing nutritional deficiencies
Until recently the only intervention known to result in a consistent positive cross species effect on lifespan
1. Lower plasma glucose and IGF-1 level 2. Protection against autoimmune disorders 3. Elevated levels of apoptosis in tumors 4. Reduced angiogenesis
5. Postponed or attenuated onset of cancer, immunosenescence and inflammation
8 6. Delayed onset of other age-related
diseases Possible explanations
Reduced oxidative damage Downregulation of GH/IGF-1 axis Low level stress
Experiment Centenarians (Hundertjährige) from Okinawa
Low caloric intake in school children on the island more than 40 years ago and later 20%
CR in adults in Okinawa compared to mainland japan
CR: low caloric intake, high consumption of vegetables (root and green yellow
vegetables), high consumption of legumes (soybean), moderate consumption of fish products, low consumption of meat products, low consumption of dairy products, low fat intake, emphasis on low glycemic index carbohydrate, high fiber intake, moderate alcohol consumption
Glycemic Index (GI)
High GI: rapidely digested or absorbed carbohydrates
Low GI: slowly digested or absorbed carbohydrates
Experiment unexpected CR in biosphere 2 Ecological enclosure, unexpectedly low availability of food, 8 individuals housed inside for 2 years in 1990s
Experiment CALERIE Study
Provides the first evidence from a randomized controlled trial that sustained CR is both feasible and without adverse effects on quality of life in nonobese humans Intervention achieved a degree of CR
sufficient to affect some, but not all, potential modulators of longevity that have been induced by CR in laboratory animal studies These factors are associated with longevity in human observational studies, and reduced risk for age-related cardiovascular and metabolic diseases
Calorie restriction group, compared with the control group had: improved mood, reduced tension, improved general health and sexual drive and relationship at year two, improved sleep at year one
Dietary Restriction
Glucose metabolism: Non-Oxidative vs. Oxidative
Experiments
Inhibition of glucolysis extends lifespan in C.
elegans
Knock-down of glucose transporter increases lifespan in C. elegans
Dietary restriction in D. melanogaster (fly) increases lifespan
Dietary restriction in Rodents increases maximum life span
Dietary restriction (protein) increases lifespan, weniger diabetes, cancer
Methionine restricition in D. melanogaster (fly) extends lifespan, amino acid substitution reverses lifespending extending effects of Protein restriction The same in mice and rats
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Fasting
CR mimetics
Mimicking biochemical response of CR
Rapamycin has potent antitumor and immunosuppressive properties
Targets of Rapamycin are TOR1 and TOR2 Inhibiting effect
Experiments
C. elegans: cTOR increased lifespan
S. cerevisiae: deletion of TOR1 increases replicative lifespan
mTOR regulates lifespan across different species:
genetic inhibition of TOR increases lifespan Rapamycin
extends murine lifespan but has limited effects on aging: rapamycin does not prevent the signs and symptoms of aging in a universal fashion
inhibits mTOR
Use: cancer reduction, metabolic and cardiovascular disease treatment
Risks: Immunosuppressant, insulin resistance, cataract formation, degeneration of testis
Resveratrol
Natural polyphenol produced by several plants Found in skin of red grapes and other fruits and roots
10 Red wine contains it
Mouse and rat experiments show health beneficial effects but fail to increase lifespan
Improves health and survival of mice on a high-calorie diet
It extends lifespan in different model organisms
Use: health extension in obese subjects Risks: (in humans) at high doses, nausea,
gastrointestinal discomfort, (in mice) at high doses, nephrotoxicity
Metformin
Reduces blood sugar
Oral antidiabetic drug for type 2 diabetes
Use: prevention of weight gain, cancer prevention, metabolic disease treatment
Nebenwirkungen: gastrointestinal irritation, lactic acidosis
Risks: unknown
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Herz-Kreislauf-Pathophysiologie
1. Thrombose vs. Embolie
Thrombose: Blutgerinnung und Gerinnselbildung innerhalb von Blutgefässen
Embolie: Gefässverschluss durch mit Blut
eingeschwemmtes Material (Blutgerinnsel, Fett, Luft) Thrombus: Gerinnsel das wandert
Risikofaktoren
Angeborene Thromboseneigung, Genetik, frühere Thrombose/Embolie, frühere Krebserkrankung, Alter > 75 Jahre, Übergewicht, Rauchen, Orale
Kontrazeptiva/Antibabypille, Aspirin (aktiviert Thrombocyten), Immobilität (Bettlägerigkeit, Economy-Class-Seat), post-operative Periode, aktive Krebserkrankung, Erkrankungen, die mit einem starken Flüssigkeitsverlust einhergehen (Durfall), schwere
Verbrennungen, akute Herzmuskelschwäche Virchow Trias: Endothel-Schaden, Erhöhte Gerinnungs-neigung, Reduzierter oder gestörter Blutfluss
Prophylaxe
Bewegung, Venen-Kompression, Antikoagulation
Therapie
Fibrinolyse
2. Endotheliale Dysfunktion
Def. Einschränkungen, resp. Verlust der endothelvermittelten Vasodilatation Unabhängiger Prädiktor für Myokardinfarkt (Herzinfarkt), Herztot
Endothel hat anti-atherosklerotische Eigenschaften:
NO-Produktion, Prostazyklin-Produktion
Ursachen
Bluthochdruck, hoher Blutzucker (Diabetes) und Blutfettwerte, Rauchen
Diagnose
Messung des endothelabhängigen Anteils der Durchblutung: am Unterarm mittels
Plethysmographie, am Herzen
(Koronardurchblutung) mittels Ultraschall
… vor und nach der Freisetzung von NO durch:
Infusion von Agonist (Acetylcholin) oder Steigerung der Wandschubspannung durch Erzeugen einer reaktiven Hyperämie Therapie
Rauchstop, Ernährungs-Umstellung,
Bewegungs-Steigerung, Gewichts-Reduktion (wenn nötig), Blutdruck-Senkung (wenn nötig, Nifedipin)
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3. Atherosklerose
Folgen
Bluthochdruck, Stenose der A. carotis, Angina pectoris, Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Perpher arterielle Verschlusskrankheit, Embolie
4. Peripher arterielle Verschlusskrankheit (PAVK)
20% der Senioren betroffen
30-40% Risiko für Herzinfarkt oder Hirnschlag zB. Femoralarterien-Verengung
(Schaufensterkrankheit) Therapie
Reduktion der Risikofaktoren (Rauchen, Übergewicht, Blutfette, Bluthochdruck) Gehtraining: 3x/Woche 1.5 h > 3 Monate Langzeiterfolge mehr mit Training als mit Operation
5. Diabetische Mikroangiopathie
Pathophysiologie
Nicht-enzymatische Glykosylierung von
Serumproteinen, korpuskulären Blutbestandteilen und Gefässwandzellen
➔ Durchblutungsstörung in der Mikrozirkulation von Füssen, Herz, Glomeruli (Niere), Netzhaut
➔ Polyneuropathie: Verlust von
Oberflächensensibilität und Reflexen, Entwicklung von Parästhesien
Ursache von
30% aller dialysepflichtigen Niereninsuffizienzen
30% aller Erblindungen
Man spürt Wunden nicht, für die Heilung braucht man eine gute Durchblutung
6. Gefäss-Aneurismen
Eine Zeitbombe, wenn sie reisst ist das Lebensgefährlich
Gefäss-Aneurismen Vorkommen
Häufig in Brust- und Bauch- Aorta, möglich in allen Gefässen
Ursachen
Bluthochdruck Arteriosklerose
Chronische Gefässwand-Entzündung (mykotisch, bakteriell)
Schwäche des kollagenen Bindegewebes Symptome
Keine oder evtl. Druckwahrnemungen auf umliegende Gewebe
Ruptur: Starker, schneidender Schmerz in Brust-, Bauchraum und/oder Rücken bei Riss des Aneurismas
Lebensgefahr!!
Therapie
Blutdruck-Senkung, wenn nötig Operation
13 Aorten-Dissektion
Cerebrales Aneurisma Vorkommen
Hirngefässe Ursachen
Anlagestörung (basale Hirnarterien) Schwäche des kollagenen Bindegewes Symptome
Keine
Evtl. Kopfschmerzen, Übelkeit Evtl. epileptische Anfälle
Bei Riss des Aneurismas = hämorrhagischer Hirninfarkt
Ausfälle
Evtl. Lebensgefahr Therapie
Blutdruck-senkung, wenn nötig Operation vor dem Riss
Ischämischer und hämorrhagischer Infarkt
8. Chronisch venöse Insuffizienz
Entstehung
Venenklappen nicht mehr dicht (die Venen dehnen sich aus und die Klappen berühren sich nicht mehr) Blut wird in den Venen gestaut
14 Venen erweitern, verlängern und krümmen sich
Am häufigsten an der Innenseite der Ober- und Unterschenkel
Frauen sind dreimal häufiger als Männer betroffen (Progesteron macht das Bindegewebe weicher) Symptome
Müdigkeit und Schwere in den Beinen Schwellungen
Juckreiz (Wasser im Interstezium, andere Ionenkonzentration lösen APs aus) Hautveränderungen
Nächtliche Fuss- oder Wadenkrämpfe Folgen
Thrombophlebitis (Entzündung durch Blutverlangsamung)
Auswärtsfiltration -> Ödeme
Kapillaritis alba (Atrophia alba, weisse Atrophie) Ulcus cruris (schlecht heilende Wunden aufgrund kleiner Verletzung)
Therapie-Möglichkeiten Kompressionsstrümpfe Medikamentöse Therapie Sklerotherapie (Verödung)
Phlebektomie (mildere Version von Stripping) Lasertherapie (Durchmesser < 1mm)
Stripping (Entfernung ganzer Venen)
9. Raynaud – Syndrom
Definition: Gefässerkrankung, hervorgerufen durch vorübergehende Gefässspasmen (Krämpfe)
Merkmale
Meistens an Fingern und Zehen
Blutzufuhr des betroffenen Gebietes vermindert Anfallsweise nacheinander: Blässe, Blauverfärbung und Rötung der Finger oder Zehen
Schmerzen nach Lösen des Anfalls nicht ungewöhnlich Attacken können Stunden andauern
Ursachen Primär
Ursache unbekannt Sekundär
Begleiterscheinungen von Grunderkrankung (Kollagenosen, Vaskulituden, u. a.)
Auslöser
Arbeitern an vibrierenden Maschinen, Schreibmaschine, Klavierspiel
Kälte, Medikamente
Hormonelle Schwankungen, psychische Belastungen Tumore
Therapie
Starke Temperaturwechsel und Kälteexposition meiden
Hand- und Fusswärmer nutzen Hände in der Achselhöhle aufwärmen Armkreisen (Windmühle)
15 Einkaufstaschen nicht an den Schlaufen tragen
Entspannungstechniken /Biofeedback (nicht bewusst wahrnehmbare Reize an das Bewusstsein geben (akustisch, visuell))
Rauchverzicht
Behandlung einer allfälligen Grunderkrankung
10. Vaskulitis
Definition
Autoimmunerkrankung, die zur Entzündung der Blutgefässe führt
Primäre Vaskulitiden:
eigenständige Erkrankungen Sekundäre Vaskulitiden:
Durch Infektionen bedingt Durch Medikamente bedingt
Begleiterscheinung anderer Krankheiten Eine Gefässentzündung heisst nicht, dass das ganze Gefässsystem entzündet ist. Und spezifisch nach Erkrankung. Die Erkrankung muss behandelt werden nicht nur die Symptome, sonst verschwinden sie nicht Diagnostik
Immunologische Parameter
(zB ANCA, antineutrophile cytoplasmatische Antiköroer)
Gewerbe-Histologie Therapie
Medikamentöse Immunsuppression
Herzinsuffizienz
Def. Herz ist nicht in der Lage die peripheren Organe – in Ruhe oder unter Belastung – ausreichend mit Blut zu versorgen
Koronare Herzkrankheit 60-70%
Hypertensive Herzkrankheit 20-30%
Kardiomyopathien 5-10%
Valvulären Herzkrankheiten 3-10%
Kongenitale Herzerkrankung 1-2%
Prävalenz
Jedes Alter 1.45%
> 80 Jährige > 10%
Einteilung
Akute/ chronische Herzinsuffizienz Links-/ Rechtsherz – Insuffizienz Ruhe-/ Belastungs – Insuffizienz
Mechanische/ metabolische Insuffizienz Low output/ high output Syndrom Systolische/ diastolische Dysfunktion
New York Heart Association
NYHA I keine klinischen Symptome NYHA II in Ruhe keine Beschwerden
Symptome bei grösserer körperlicher Belastung
NYHA III in Ruhe keine Beschwerden Symptome bei kleiner körperlicher Belastung
NYHA IV Ruhe-Beschwerden
Ursachen einer systolischen Funktionsstörung Eingeschränkte Sauerstoff-Versorgung
Folge lang andauernder Druckbelastung (Herz klemmt sich die Blutzufuhr zu lange ab)
Kardiomyopathie (Virale Erkrankungen)
Valvuläre Herzkrankheit (Klappenprobleme: Stenose, Insuffizienz)
Kongenitale Herzerkrankungen
Ursachen einer diastolischen Funktionsstörung Verminderte Compliance des Herzmuskels (Dehnbarkeit)
Gestörte Relaxation des Herzmuskels (wegen Mitral- Stenose, Ischämie)
Perikarderguss (gestörte Füllung)
16 Folgen
Hypertrophie durch Aortenstenose, Mitralinsuffizienz, Ventrikelseptum-Defekt
Symptome Dyspnoe
Orthopnoe (stärkste Dyspnoe mit Einsatz der Atemhilfsmuskulatur)
Paroxysmal-nächtliche Dyspnoe Periphere Ödeme
Nykturie Kalte Akren
Leistungsintoleranz
Müdigkeit, Konzentrationsschwäche Klinische Zeichen
Lungenstauung Lungenödem Periphere Ödeme Halsvenenstauung
3. Herzton (Einstrom in vermehrt mit Blut gefüllten (dilatierten) Ventrikel)
Leberstauung Aszites
Ausgeprägte Herzinsuffizienz: erhöhte Werte von Adrenalin, Noradrenalin, Angiotensin 2, Endothelin
➔ Vasokonstriktion Aldosteron
➔ Na+ Rückresorption Natriuretische Peptide (ANP, BNP)
➔ Natriuretikum, Diuretikum, Vasodilatation Remodelling!
Remodelling
Reduktuion 1-Rezeptoren am Herzmuskel Reduktion Ca2+ ATPase am sarkoplasmatischen Retikulum -> Energie sparen, aber auch
leistungshemmend
Re-expression embryonaler Proteinisoformen ->
Verminderung der Kontraktilität Dilatation des linken Ventrikels
Vermehrung der intrazellulären Matrix -> dilatative Kardiomyopathie
Dilatative Kardiomyopathie
Def. Hauptsächlich den linken Ventrikel betreffende Kontraktionsstörung, die mit einer Vergrösserung des
17 Herzvolumens ohne Verdickung des Herzwand
einhergeht
Pathologische Veränderungen
Wanddicke/ Durchmesser reduziert, Bindegewebe vermehrt -> weniger Wandspannung
Ursachen
20-50% idiopathisch (genetisch) -> kann schon im Kindesalter zu Insuffizienz führen
Virusmyokarditis
Folge langandauernder Überlastung (Hypertonie, Klappenfehler, koronare Herzkrankheit)
Therapie
Keine kausale Therapie bekannt Summary
Medikamente bei Herzinsuffizienz
Blutdrucksenkung (ACE-Hemmer, Angiotensin-2- Rezeptor-Blocker, Diuretika, -Blocker, Kalzium- Antagonisten)
Erhöhte Blutfettwerte senken
Gerinnungsrisiko senken (Aspirin, Heparine, Cumarine)
Herzrhytmusstörungen vermindern (Antiarrhythmika:
Natrium-Kanalblocker, -Blocker, Kalzium- Antagonisten)
Pumpfunktion verbessern (Digoxin)
Im Notfall: Gefässe rasch erweitern (Nitrate) Exercise Training
Ziel der Therapie
Verhinderung/ Verzögerung der Progression Symptom-Verminderung
➔ Erhalten/ Verbessern der Lebensqualität Verbesserung der Prognose
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Atmungs-Pathophysiologie
Innerhalb der verschiedenen Atmungserkrankungen gibt es Überlappungen und sie beeinflussen sich gegenseitig
Dyspnoe = Atemnot
Unterschiedliche Mechanismen, unterschiedliche sensorische Qualitäten, oft nicht ein einziger Mechanismus involviert, Emotionale Bedeutung Borg-Skala von 0-10, VAS (Visual Analoge Scale) 10 cm Strich
Efferente und afferente Informationen
Corollary discharge von Medulla, Primärem Motorkortex, Limbischem System
Chemorezeptoren: Aorte, A. carotis, Medulla Vaskuläre Rezeptoren
Afferente Informationen
Pulmonale Dehnungsrezeptoren
C – (IV) – Afferenzen : Pulmonal, Atemwege Atmungsmuskulatur: Muskelspindeln, Sehnenorgane, Metabo-Rezeptoren
Thorax: Gelenksrezeptoren, Hautrezeptoren
Amygdala, Insula nehmen Schmerz und Atemnot wahr Ursachen
Pulmonal (Obstruktiv = engere Atemwege, Asthma, COPD, CF…)
Kardiovaskulär (Herzinsuffizienz, Perikarderguss…)
Neuromuskulär (Multiple Sklerose, Amyotrophe Lateralsklerose, (Dychenne) Muskeldystrophie, Tetraplegiker…)
Skelettal (Skoliose, Rippenfraktur, M.
Bechterew…) Übergewicht
Metabolisch (Schilddrüsenüberfunktion, Leber- oder Nierenversagen, Störung im Säure-Base-Haushalt…)
Blutarmut/Anämie
Psychogen (Angst, Hyperventilations- Syndrom…)
Diagnostik
Gasaustausch: Menge O2 aufgenommen/abgegeben Mechanik
Entzündung: Bluttest Tumore: Röntgenbild Sauerstoff-Sättigung Blutgas-Analyse Lungen-Volumina
Lungen-Kapazitäten (in der Kammer mit Druckmessungen von Druckveränderungen) Lungenfunktion-Vitalkapazität (Messbar sind Einschränkungen beim Einatmen)
Muskelfunktion
Meisten Probleme : COPD und Asthma (beides beim Ausatmen, obere Kurve)
19 Ein Knick (gelb): sehr typisch für eine Obstruktion, bei einer forcierten Ausatmung werden die Atemwege komprimiert (Traped Air), wenn die Person langsam ausatmen hat die Person eine gute Vitalkapazität Nach Behandlung: grün
Herzinsuffizienz: Herz viel zu gross, Flüssigkeit wird in der Lunge abgelagert
Lungenentzündung
Entzündung des Lungengewebes aufgrund von Bakterien, Viren, Pilze, Parasiten, Gifte, Folge von Kreislaufstörungen,
Bronchialveränderungen und anderen Erkrankungen
Je nach Erreger, Lokalisation und Schweregrad Krankheitsgefühl, Tachypnoe, Tachykardie Fieber
Produktiver oder trockener Husten Schmerz (nur bei Pleurabeteiligung) Vielleicht Feuchte Rasselgeräusche (Stethoskop)
Klopfschalldämmung (Finger) Bronchophonie (66 sagen) verstärkt Stimmfremitus (99 sagen) verstärkt Labor (Senkung, C-reaktives Protein=CRP, Leukozytenzahl…)
Thorax – Röntgenbild
Identifikation des Erregers (Sputum (ausgehustet), Blut)
Therapie
(Bett)ruhe
Genügend Flüssigkeits- und Nahrungszufuhr Fiebersenkung (wenn > 38.5 °C)
20 Evtl. Inhalation
Evtl. Mukolytika (Schleimlöser) Je nach Erreger und Schweregrad:
Bekämpfung des Erregers (zB Bakterien) Asthma bronchiale
Verengung der Bronchien (intrathorakale Obstruktion) Chronisch, saisonal, Leistungsasthma
-> 7-10% der Bevölkerung Ursachen
Pollen, Hausstaubmilben Ernährungsallergie
Ausdauersport: ausatmende Luft muss mehr entfeuchtet werden, besonders wenn man kalte Luft atmet. Die Atemwege werden sehr beansprucht
Genetische Prädisposition
Zigarettenrauch, Luftverschmutzung Emotionaler Stress
Infektion der Atemwege
Schmerzmedikament (zB Aspirin) Symptome/Klinik
Übermässige Schleimproduktion Husten (nachts)
Pfeifende Geräusche – Attacken oder beim/nach dem Sport
Kurzatmigkeit bei Anstrengung
Pfeifende Geräusche, Engegefühl, Atemnot, Husten (nach Allergen-Exposition)
Pathologie
Übermässige Reaktivität der Atemwege (tiefe Inspiration) -> Bronchokonstriktion
Chronische Entzündung
Histamin aus Mastzellen (Sofortreaktion)
Leukotriene, Prostaglandine, Interleukine (verzögerte Reaktion) T-Lymphozyten, eosinophile Granulozyten (Spätreaktion) Remodelling der Atemwege
Diagnostik
Anamnese (wann, wo , wie oft, Symptome) Lungenfunktion
FEV1 (maximales ausgeatmetes Volumen nach 1s), PEF (grosse Variabilität der Messungen) Signifikante Verbesserung nach 4 Wochen Behandlung
21 Asthma-Challenge: Test der Hyperreaktivität (Methacholin, Histamin, Mannitol,
Hyperpnoe, Exercise) Haut-Test
Ausgeatmetes NO -> weist auf eosinophile Entzündung hin
Eosinophile im Blutstrom
Evtl. Sputum (inflammatorische Zellen) Therapie
Vermeidung der Auslöser
Medikamente (ICS = inhaled corticosteroids, SABA = short-acting beta2-agonist, LABA = long-acting beta2-agonist)
Sport?
Risk factors
Uncontrolled symptoms, low FEV1, incorrect inhaler technique, smoking, obesity,
pregnancy, blood eosinophilia, frequent oral steroids, high dose ICS
COPD oder Asthma?
COPD
Beginnt im mittleren Lebensalter
Symptome werden progressiv schlechter (Ex-)Raucher, Exposition zu anderen Gasen Enhances chronic inflammatory responses Asthma
Beginnt früh, oft Kindheit Symptome variieren
Symptome werden nachts/gegen Morgen schlimmer
Allergien, allergische Rhinitis und/oder Ekzem oft auch vorhanden
Familienangehörige mit Asthma Often chronic airway inflammation ACOS = Asthma-COPD overlap syndrome
Persistent airflow limitations with several features usually associated with asthma and COPD
COPD Ursachen
Inhalative Schadstoffe (90% (Ex-)Raucher), Genetik (alpha-1 Trypsin Mangel)
Auch bei E-Zigaretten (Liquids-test) Risikofaktoren
Cigarette smoke, dust and chemicals, environmental tabacco smoke, indoor and outdoor air pollution, infections, socio- economic status, aging populations Symptome/Klinik
Chronische Bronchitis: Def. Husten + Auswurf (am Morgen) an den meisten Tagen von >= 3 Monate in 2 Jahren
15-25% der Bevölkerung
Dyspnoe: Anfangs nur bei Belastung, dann auch in Ruhe
Diagnose
Anamnese, Fragebogen über Symptome (Asthma, COPD, ACOS), Lungenfunktionstest GOLD (Global Initiative for COPD) Stages: FEV1/FVC <
0.7
GOLD 1: Mild = FEV1 > 80%
GOLD 2: Moderate = 50% < FEV1 < 80%
GOLD 3: Severe = 30% < FEV1 < 50%
GOLD 4: Very severe = FEV1 < 30%
Therapie
Rauchstop oder Stop der Exposition zu anderen Gasen, Rehabilitation, Sauerstoff, Lungenvolumen-Reduktions-Chirurgie Medikamente: Bronchodilatation (beta2- Agonisten), Entzündungshemmung (Cortison), evt. Antibiotika, Mukolytika
Reha
Krafttraining, Ausdauertraining (evtl. mit Sauerstoff oder Heliox = Sauerstoff-Helium- Gemisch)
Atmungsmuskeltraining:
Widerstand inspiratorisch, Threshold inspiratorisch, Ausdauer inspiratorisch und exspiratorisch
22
Restriktive Lungenerkrankungen
Fibrose = Veränderungen der Lungenstruktur Lungenkrebs
Tuberkulose
Pleuramesotheliom (Tumor der Pleuramesothelzellen) Lungenkrebs
Sarkoidose (granulomatöse Entzündung) Cystische Fibrose
Mutation auf Chromosom 7
Gen codiert für CFTR Chlorid-Kanal in Zellmembran Störung überall, wo Sekrete gebildet werden Entzündungen in der Lunge
Weitere Probleme:
Darmobstruktion beim Säugling
Bauchspeicheldrüse -> Diabetes mellitus Leberzirrhose, Gallensteine
Unfruchtbarkeit (Männer), reduzierte Funktion (Frauen)
Symptome:
Husten
Lungenentzündung Mangelernährung
Uhrglas-Nägel, Trommelschläger-Finger Diagnose:
Schweisstest (Chloridgehalt hoch) Therapie:
Physiotherapie/Sport Antibiotika (wenn nötig) Inhalation/Mukolytikum Fettlösliche Vitamine Evtl. Sondenernährung Lungentransplantation Tuberkulose
Erreger
Makobakterium tuberkulosis: aerobes, gram- positives Stäbchenbakterium
Übertragung
Meist Tröpfchen-Infektion
Ältere Personen: Immunsystem ist schwach (als Kinder eine Infektion, die nie manifest war, im Alter bricht sie dann aus)
Im Rahmen einer Tumorbehandlung wird das Immunsystem unterdrückt -> man behandelt auch gleichzeitig gegen Tuberkulose
Risikofaktoren HIV/AIDS Rauchen Symptome aktiver TB
Husten mit Sputum und zT Blut, Thorax- Schmerzen, Schwäche, Gewichtsverlust, Fieber, Nächtliches Schwitzen
Diagnose
Infektions-Anamnese
Sputum-Untersuchung (nicht alle Fälle detektierbar)
Nachweis des Erregers in Kultur Thorax-Röntgen
Therapie früher
Ausschalten der Lunge: durch Pneumothorax, Rippenentfernung
Streptomycin, Para-amino-Salicylsäure, Rimifon
Therapie
Kombination verschiedener Antibiotika Dauer des Behandlungs-Schemas: 6 Monate Problem: Multi-Drug-Resistant-TB in Asien
Pleuramesotheliom
Bösartige Wucherung des Rippenfells (Pleura-Tumor), das mit einer Verzögerung von meist mehr als 15 Jahren nach Kontakt zu Asbestfasern auftreten kann Therapie
Chemotherapie
Operation (6 Wochen nach Ende Chemotherapie)
Evtl. Bestrahlung
23 Schlechte Aussichten auf Besserung
Restriktive Lungenfunktion mit extrapulmonaler Ursache
Skoliose
Neuromuskuläre Erkrankungen (Muskeldystrophie, Querschnittlähmung…)
Übergewicht (Folgen Chronische Hypoventilation) Chronische Hypoventilation
Ursachen
Obesitas Hypoventilations-Syndrom (OHS) – restriktiv
Zentrales (kongenitales) Hypoventilations- Syndrom
Schwere COPD CF – restriktiv Skoliose – restriktiv
Neuromuskuläre Erkrankungen – restriktiv (Muskeldystrophie, Querschnittlähmung) Obstruktive Schlaf- Apnoe (OSA), -Syndrom (OSAS) Def. Vermehrte Anzahl Apnoen (> 10s)
Milde OSA: > 5 Apnoen/Schlaf-Stunde, Moderate OSA:
> 15, Schwere OSA: > 30 Symptome/Klinik
Lautes, unregelmässiges Schnarchen mit Atempausen (Zunge fällt nach hinten) Nächtliches Schwitzen
Tagesmüdigkeit Konzentrationsmangel
(Morgendliche) Kopfschmerzen Depressionen
Sexuelle Funktionsstörungen Risikofaktoren
Übergewicht
Männliches Geschlecht
Übermässiger Alkoholkonsum, vor allem am Abend
Rauchen
Regelmässiger Gebrauch von Schlaf- und Beruhigungsmitteln
Enge Stellen im Nasen-Rachenraum Vergrösserte Mandeln
Schlafapnoe-Syndrom in der Verwandschaft
Diagnose
Anamnese
Epworth Sleepiness Scale (Fragebogen) Schlafuntersuchung mit Atemflussmessung Konzentrationstest
Obstruktive Schlaf-Apnoe: Zunge fällt nach hinten Zentrale Schlafapnoe: Regulationsstörung im Hirn
24 Langzeitfolgen
Therapie
CPAP (continuous positive airway pressure) Orale Geräte
Training (Atmung oder Ganzkörper) Didgeridoo spielen
Höhenbedingte Krankheiten
Cheyne – Stokes – Atmung
Vorkommen
Grosse Höhe, Herzinsuffizienz, Schlaganfall, Traumatische Hirnverletzung, Hirntumoren, Enzephalopathie, wenn dem Tod nahe
AMS (Acute Mountain Sickness)
neurologisch determinierter Symptomkomplex infolge eines subakuten O2-Mangels in grossen und extremen Höhen bei ungenügender Akklimatisation
vermutlich Vorstufe von HACE
ab ca. 2000 m. ü. M., bei 20-40% der Erwachsenen Symptome
Starke Kopfschmerzen (Leitsymptom) Appetitlosigkeit, Übelkeit, Erbrechen, Schwindel
Müdigkeit bis zur Lethargie, Schlafstörungen Periphere Ödeme (Augenlider, Hände, Füsse) Genauer Mechanismus ist nicht geklärt: Theorie
Hypoxie (Vasodilatation, Durchblutungssteigerung)
Weniger Hypokapnie (Vasokonstriktion) Hoher Druck in Hirnkapillaren
Mechanisches Leck Therapie
Sauerstoff aus Gasflasche, Abstieg, mobile Überdruckkammer, bewusste
Hyperventilation, Kälteschutz, kein Alkohol, keine zentral wirksamen Schmerzmittel oder Schlafmittel
Medikamente: Nicht-steroidale Schmerzmittel, Glukokortikoide
(Entzündungshemmend), Acetazolamid (Atmungssteigerung)
HACE (High Altitude Cerebral Edema)
Therapie wie AMS + Oberkörper 30° hochlagern Letalität 40%
HAPE (High Altitude Pulmonary Edema) Therapie wie AMS + Blutdrucksenkung
25 Prävention?
Gedopt auf den Berg
Acetazolamid als vorbeugende Massnahme gegen AMS bei 21% der Wanderer auf einen 4810 hohen Berg
Echte Prävention
Langsamer Aufstieg, Akklimatisation über Tage (für grosse Höhen), 1. Nacht nicht über 2800 müM schlafen, bei Ziel > 3000 müM Schlafhöhe nicht mehr als 500m/Tag erhöhen, 1 Ruhetag pro 1000m
Aufstieg, Hoch klettern aber tief schlafen, Alkohol und Schlafpillen vermeiden
26
Medizintechnische Optionen der Blutzuckermessung und
Insulinapplizierung
Typ 1 Diabetes
Kompletter Insulinmangel, deshalb Insulinersatz
Insulinbedarf bei fastenden Gesunden 20 IU/day
Insulinbedarf bei essenden Gesunden 40 IU/day
Insulintypen
Altinsulin = Normalinsulin Durchsichtig
Wirkmaximum nach 2h Wirkdauer: 4-6h Verzögerungsinsuline
Suspension (trübe)
Wirkmaximum: nach 5-10h Wirkdauer: bis 30h
Künstliche Insuline
Zb Humalog/LisPro Durchsichtig
Wirkmaximum: nach 30 min Wirkdauer: bis 3h
Insulintherapie
Konventionelle Insulineinstellung (CT) veraltet!
Feste Mischung von Normal- und Verzögerungsinsulin
Injektion 2x/day, gleiche Menge und Urzeiten
Intensivierte Insulintherapie (ICT) 1-2x/day Verzögerungsinsulin 3-5x/day Normalinsulin
27 Intensivierte Insulintherapie (ICT) mit kurzwirksamen Insulinen
1-2x/day Verzögerungsinsulin 3-5x/day künstliche Insuline (LisPro)
Insulinpumpen
Kontinulierliche subkutane Insulin-Infusion (CSII)
Insulin Infusionssysteme (ohne Feedback-Steuerung) Seit 1950er
Seit 1990er:
Glucose Bestimmung First generation
Based on hydrogen peroxide production by glucose oxidase utilising dissolved oxygen
Second generation
redox mediator to transfer electrons from the enzyme to the working electrode surface no need of oxygen for electron transfer at the electrode surface
28 Third generation
Based on the direct electron transfer between the active center of enzyme and the electrode Intrinsic barrier: structure of glucose oxidase with the active site, containing FAD/FADH2 is a major hinderance for direct electron transfer -> carbon nanotubes immobilized electrode surface provide suitable orientation for enzyme immobilization and establish connection
Continuous glucose monitoring Four generation
Non-invasive monitoring Minimal invasive glucose monitoring
Subdermal Implant: measured glucose in skin fluids, sensor lifespan 72 hours
Smart contact lens: Sensors and microchip embedded in contact lens, measures glucose in tear fluid in eye
Non-Invasive glucose monitoring
Spectroscopic techniques, transdermal glucose extraction…
GlucoTrack : Ultrasound, electromagnetic and heat capacity, spot measurements on earlope with a ear clip, sensor lifespan (ear clip) is 6 months
Symphony: advanced micro-abrasion system, enhances the flow of intestitial fluids and molecules across skin to transdermal sensor, sensor lifespan 24-48h
Closed-Loop Insulin Infusionssysteme
2010…
29 Ziel: kontinuierliche Blutzuckermessung steuert
automatisch Insulinfreisetzung aus Pumpe Probleme: Messgenauigkeit /Fehlmessungen,
Verzögerung bei Glukosemessung, Verzögerung in der Insulinfreigabe nach Abgabe
Alternativen
Pankreas-(Ko)Transplantation Bioengeneering von beta-Zellen (IPS)
