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ZHAW APBST1.Teil: Anatomie & Physiologie

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01/09/2015

ÓM.Casty ZHAW_APBST

ZHAW APBST

1.Teil: Anatomie & Physiologie

M.Casty

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1. Einführung

1.1 Inhalt

1.1 Anatomie

1.2 Physiologie

1. Einführung 6. Atmung 13.Sinne

2. Topographische Anatomie 7. Kreislauf

3. Stoffwechsel 8. Nervensystem

4. Zellen 9. Verdauungssystem

5. Kommunikation zwischen Zellen 10. Ausscheidung

Geschichte

Orientierung am Körper

Definitionen und Arbeitsweise

Der Beginn der naturwissenschaftlichen Medizin:

Griechische und lateinische Fachausdrücke

Körperachsen:

Körperebenen:

Definition:

Teilgebiete der Physiologie:

Die Anatomie, die ihre Wurzeln in der Antike hatte und für die seit dem 13. Jahrhundert schon systematische Forschung betrieben wurde, hat die Medizin in den Naturwissenschaften verankert. Anatomie war das Grundlagenfach, welches den gesunden und den kranken Menschen beschrieb. Der Name Anatomie leitet sich her von griech.

oder . Die Anatomie ist also die Lehre von den Strukturen des menschlichen Körpers.

in der Medizin: Die naturwissenschaftliche Denkweise basiert unter anderem auf einer exakten Beschreibung, Einordnung und Benennung von erarbeiteten Befunden oder Strukturen. In der Anatomie geht diese Ordnung und Benennung auf die Griechen zurück.

Die Römer haben die griechischen Ausdrücke übernommen, in ihre Sprache übersetzt und ergänzt. Im Mittelalter war die lateinische Sprache internationale Fachsprache an allen Bildungsinstituten, so dass die lateinischen Ausdrücke in der Medizin und damit in der Anatomie weiterverwendet und durch weitere Ausdrücke ergänzt wurden.

Wir unterscheiden die Längsachse, die Sagittalachse und die Querachse. Auf die Längsachse beziehen sich die Ausdrücke cranial (kopfwärts) und caudal (steisswärts). Die Sagittalachse liegt in der Richtung der Pfeilnaht (sagitta = Pfeil) und wir ordnen ihr die Ausdrücke ventral (bauchwärts) und dorsal (rückenwärts) bezüglich des Rumpfes und frontal (stirnwärts) und occipital (in Richtung Hinterhaupt) bezüglich des Kopfes zu. An der Querachse orientieren sich die Lagebezeichnungen lateral (seitwärts, an der Aussenseite liegend) und medial (in der Mitte liegend).

Eine Frontalebene steht senkrecht auf der Sagittalachse, sie ist parallel zur Stirn (frons = Stirn). Die Transversalebenen stehen senkrecht auf der Längsachse, sie bilden Körperquerschnitte ab.

Eine Sagittalebene letztlich steht senkrecht zur Querachse. Die mittlere Sagitalebene entspricht der Symmetrieebene oder der Median-ebene des Körpers, welche die bilateral-symmetrischen Körperhälften trennt.

Die Physiologie befasst sich mit den Vorgängen des Lebens. Sie untersucht die chemischen und physikalischen Abläufe, die mit den Lebensvorgängen zusammenhängen. In der physiologischen Forschung macht man sich die Tatsache zu Nutzen, dass sich viele grundsätzliche Lebensvorgänge über die evolutive Entwicklung im Tierreich etabliert haben. Es ist deshalb möglich, Erkenntnisse, die man an anderen Organismen gewonnen hat, auch in der menschlichen Physiologie zu verwerten.

Wenn wir Lebensvorgänge am intakten Organismus untersuchen und be- schreiben, dann sprechen wir von Systemphysiologie. In der Zellphysiologie untersucht man lebende Zellen und in der Membranphysiologie ist das Untersuchungsobjekt lediglich ein winziges Stück z.B.

einer Zellmembran. Immer mehr überlappt die Physiologie heute in die Molekularbiologie.

anatemnein =aufschneiden zergliedern

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2. Topographische Anatomie

Körperhöhlen

Cavitas thoracis (Brusthöhle):

Cavitas abdominis (Bauchhöhle):

Cavitas pelvis (Beckenhöhle):

Cavitas cranii (Schädelhöhle):

Canalis spinalis (Spinalkanal):

Die Lungen füllen die lateralen Anteile, das Mediastinum den medialen Teil zwischen den beiden Lungen. Im Mediastinum finden wir das Herz, die grossen zentralen Gefässe, die Trachea, die grossen Bronchen und den Oesophagus. Ferner sind hier kleinere Strukturen wie z.B.

Nerven, Lymphknoten und der Thymus zu finden. Als caudale Begrenzung dient das Diaghragma (Zwerchfell).

Hier finden wir vor allem die Organe des Verdauungstraktes und die Nieren. Im Oberbauch, direkt unter dem Zwerchfell liegt rechts die Leber, links der Magen und die Milz, die Bauchspeicheldrüse und das Duodenum (Zwölffingerdarm) sind medial an die hintere Leibeswand fixiert, lateral hinten liegen die beiden Nieren und Nebennieren. Unterhalb der Oberbauchorgane und im grossen becken finden wir den Dünn- und den Dickdarm.

Diese Körperhöhle liegt im kleinen Becken, sie ist nicht strukturell von der Bauchhöhle im engeren Sinne getrennt. Hier finden sich die Harnblase, die Reproduktionsorgane und das Rectum (Mastdarm).

Schutz für das Cerebrum (Gehirn).

Schutz für die Medulla spinalis (Rückenmark).

Brustwand, Bauchwand, Wirbelsäule, Becken und Extremitäten werden im Rahmen dieser Einführung nicht besprochen

Als innere Organe bezeichen wir alle Organe, welche nicht zum Bewegungsapparat, zum Nervensystem oder den Sinnesorganen gehören. Dazu zählen wir also Verdauungsorgane, Hormondrüsen, Atmungsorgane, Kreislauforgane, Harn- und Geschlechtsorgane und lymphatische Organe

Bewegungsapparat

Viscera

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Übersicht

Leber Hepar

Gallenblase Vesica biliaris

(Zwölffingerdarmpapille) Papilla duodeni major

Zwölffingerdarm Duodenum

(Leerdarm) Jejunum

Ileocaecalklappe Valva ileocaecalis Blinddarm Caecum

Ohrspeicheldrüse Glandula parotis Speiseröhre Oesophagus Magen Gaster/ Ventriculus Bauchspeicheldrüse

Pankreas (Querer Grimmdarm)

Colon transversum

(Krummdarm)

Ileum

(Absteigender Grimmd.)

Colon descendens

Mastdarm

Rectum

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3. Stoffwechsel

Übersicht

Glykolyse und Endoxidation

Aminosäuren

Adenosin-Triphosphat (ATP):

Die Glykolyse

Endoxidation:

Ammoniak:

ist ein Molekül mit drei Phosphatgruppen, welche in einer linearen Anein- anderreihung eine Seitenkette dieses Moleküls bilden. In dieser Kette gibt es zwei Bindungen zwischen jeweils zwei Phosphatgruppen, welche sehr energiereich sind. Wird von ATP ein Phosphat abgetrennt, entsteht ADP (Adenosindiphosphat), Phosphat und eine verfügbare Energieportion. Diese Energie- portion dient dem Zellstoffwechsel als Grundlage für unzählige Syntheseaufgaben und Arbeits- funktionen (z.B. Muskelkontraktion, Membranpotentiale).

findet im Cytosol der Zellen statt. Glucose wird in einem ersten Schritt (anaerob) zu Pyruvat (Brenztraubensäure) gespalten. Weil ein Cosubstrat nur in katalytischen Konzentrationen ver- fügbar ist, muss anschliessend Pyruvat zu Lactat (Milchsäure) aufgebaut werden. Die Milchsäure wird von den Zellen an die Blutbahn abgegeben, die frei werdende Energie (2 ATP) wird dem Zellstoffwechsel zugeführt. Alternativ kann Pyruvat auch direkt weiterverarbeitet werden: Für diesen weiteren Abbauweg ist allerdings Sauerstoff nötig.

Der Abbau von Pyruvat in Anwesenheit von Sauerstoff findet in spezialisierten Zell- organellen, den Mitochondrien, statt. Die Endprodukte der Endoxidation (= Krebs-Zyklus = Zitronen- säure-Zyklus = Trikarbonsäurezyklus) sind Kohlendioxid und Wasser.

Der in Aminosäuren enthaltene Stickstoff fällt beim Abbau in Form von Ammoniak (N ) an. Da Ammoniak ein Zellgift ist, wird er unter Energieaufwand zu Harnstoff aufgebaut. Harnstoff ist eine harmlose Substanz und kann von der Niere ausgeschieden werden.

Abbau (Katabolismus): Viele Substanzen werden im Körper dem Energiestoffwechsel zugeführt und bis zu H O und CO abgebaut. Wasser wird zum Körperwasser geschlagen, Kohlendioxid wird abgeatmet.

Über die Homöostase des Salz- und Wasserhaushaltes wird das Wasser, falls notwendig, über die Nieren ausgeschieden. Substanzen hingegen, die andere Elemente als C, O und H enthalten, müssen gesondert behandelt werden, wobei die Endprodukte in der Regel wasserlöslich sein und in eine Form übergeführt werden müssen, die von der Niere ausgeschieden werden kann.

H

2 2

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4. Zellen und Gewebe

4.1. Der Aufbau der Zelle

Übersicht

Membranen

Zellkontakte Die Zelle

Zwei Hauptbestandteile

Cytomembranen

Elektrische Leitfähigkeit:

Integrale Membranproteïne

Zellkontakte:

Definition:

ist die kleinste isoliert lebensfähige Einheit des Metazoenkörpers. Sie ist von einer Membran umgeben, enthält einen Zellkern und Cytoplasma, sie kann wachsen und sich vermehren. In der Regel ist die Zelle farblos. Ihre Form kann von der Umgebung bestimmt sein, in Flüssigkeit ist sie meist kugelig.

Die äussere Form hängt meist auch von der Funktion ab. Die Zellgrösse hängt nicht mit der Körpergrösse zusammen. Die Lebenserwartung und die Regenerationsfähigkeit verschiedener Zellen verhalten sich reziprok. Eine Nervenzelle, die sich nicht mehr teilen kann hat dasselbe Alter wie das Individuum, während weisse Blutzellen nur wenige Tage leben, aber von intensiv sich teilenden Stammzellen ständig nachgeschoben werden.

können lichtmikroskopisch schon bei geringer Vergrösserung erkannt werden:

Der Zellkern (Karyoplasma) und der Zell-Leib (Cytoplasma). In der Regel unterscheidet sich der Kern in seiner Färbbarkeit vom Cytoplasma und ist deshalb im gefärbten Präparat gut zu sehen. Er enthält die Erbsubstanz mit ihren Genen. Diese steuern die Stoffwechselvorgänge, welche hauptsächlich im Cytoplasma ablaufen. Kern und Cytoplasma sind deshalb als funktionelle Einheit zu verstehen. Grosse Zellen, zB. die Neurone der Spinalganglien, weisen häufig grosse Kerne auf; Riesenzellen, wie die Osteoklasten, haben sogar mehrere Kerne. Die Kern-Plasma-Relation scheint ein bestimmtes Grössenverhältnis darzustellen.

basieren auf dem Bauprinzip der Lipid-Doppelschicht, bestehend aus Phospholipiden und Cholesterin (siehe Stoffwechsel). Die Tatsache, dass diese Membranbildung im wässerigen Milieu einem Energieminimum entspricht, führt zu Eigenschaften, die als ' ' und ' ' bezeichnet werden. Diese Eigenschaften führen zu geschlossenen Membranen, die keine freien Ränder bilden.

Die Tatsache, dass Ionen vollständig gesperrt werden, macht die Zellmembran zu einem guten Isolator mit 10 Ohm/cm . Die äussere und die innere Schicht unterscheiden sich in ihrer lipid-molekularen Zusammensetzung.

sind für den Durchagng von Wasser und anderen gelösten Substanzen zuständig. Ausgesprochen spezialisierte Proteïne für den Wassertransport sind zB die Aquaporine.

Wenn Zellen in Zellverbände eingebunden sind, treten die Zellmembranen benachbarter Zellen in Kontakt miteinander. Wir unterscheiden drei funktionell verschiedene Membranverbindungen:

- Verschlusskontakt ( ) Abdichtung zwischen den Zellen - Zellhafte ( ) mechanische Haftfunktion

- Nexus ( ). Kommunikation zwischen einzelnen Zellen

Die Zelle enthält in ihrem Inneren feine filamentartige und tubuläre Strukturen (Fäden, Röhrchen, Membranen), die wir als Cytoskelett bezeichnen. Die jeweilige Zusammensetzung ist von der Zellfunktion abhängig.

self-assembly self-sealing

9 2

tight junction intermediate junction gap junction

Das Cytoskelett

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Zellorganellen

Der mitotische Zyklus Übersicht:

Die Mitose

Duplikation der DNA:

Mit der Prophase

In der Metaphase

Während der Anaphase

Die Telophase

Proteïne

Messenger-RNA

Lichtmikroskopisch lassen sich in jeder Zelle neben dem Zellkern Mitochondrien, der Golgiapparat und das Zentriol identifizieren. Elektronenmikroskopisch erkennt man weiterhin das endoplasmatische Reticulum, Ribosomen, Lysosomen, Peroxysomen und multivesikuläre Körper.

- Endoplasmatisches Reticulum (ER): vielfach gefalteter Raum, beidseits von einer Membran umgeben, für Synthesen zuständig

- Freie Ribosomen: Proteinsynthese

- Golgi-Apparat: flache, gestapelte Strukturen, Modifikation und Verpackung ua für den Export - Vesikel: Bläschen mit spezialisierten Stoffen oder Transportgütern.

- Mitochondrien: Doppel-Membran-System trägt die Enzyme (Atmungsenzyme, Zitronensäure- Zyklus) für die Herstellung von Adenosin-Tri-Phosphat (ATP)

- Peroxysomen: Kugelige Bläschen, enthalten Enzyme für Sauerstoffverbindungen

oder Aequationsteilung des Kernes dient der Zellvermehrung und bringt zwei aequivalente Zellkerne hervor.

Die Mitose kann in Zellkulturen, zB Lymphozyten aus einer Blutentnahme, stimuliert werden. Die Nukleolen verschwinden und die Zelle tritt in die präsynthetische Phase des Zellzyklus ein, in welcher die DNA-Synthese vorbereitet wird. Anschliessend folgt die Synthese-Phase und die postsynthetische Phase. In der Synthesephase entstehen aus den Chromosomen zwei Chromatiden, welche im Centromer zusammenhängen. Der gesamte Genbestand der Mutterzellen wird dupliziert und geht als identische Kopie an die Tochterkerne über -> konservative Vererbung.

beginnt die mitotische Teilung, indem die in der Synthese-Phase duplizierten Chromosomen kondensieren, so dass sie lichtmikroskopisch erkennbar werden. Die Kernmembran wird aufgelöst und die Chromosomen wandern an die Zellpole, wobei sich die mit dem Centromer verbundenen Spindelfasern bilden.

werden die Chromosomen in der Metaphasenebene, der Aequatorial-ebene eines sphärischen Raumes, angeordnet. Von den beiden Polen aus verlaufen Spindelfasern zu jedem Chromosom, wo sie an dessen Spindelfaseransatzstelle, dem Centromer, befestigt sind. Die Chromosomen sind jetzt kontrahiert und daher der mikroskopischen Analyse zugänglich.

kontrahiert sich der Spindelkörper als ganzes gegen die Spindel-pole, so dass die Chromosomen ihre gegenseitige Lage behalten. Die beiden Chromatiden jedes Chromosoms werden jetzt voneinander getrennt. Zwischen den beiden kontrahierten Hälften des Spindelkörpers bildet sich der Stemmkörper oder Phragmoplast.

dient der Entspiralisierung der Chromosomen, der Nukleolus erscheint wieder und um die beiden genetisch identischen Tochterkerne bilden sich neue Membra-nen. Die Zahl und die Form der Chromosomen ist konstant.

oder Polypeptide sind linear gebaute (kettenförmige) Moleküle, deren Bausteine mittels Peptidbindungen aneinander gereiht sind. Die individuellen Bausteine sind Aminosäuren, welche in 20 verschiedenen Varianten verbaut werden. Die Information, welche genaue Abfolge von Aminosäuren in einem Polypeptide eingebaut werden sollen, ist in Form von DNA-Sequenzen festgelegt. Die DNA- Moleküle werden im Zellkern aufbewahrt.

entsteht durch Abschrift der DNA-Information auf einen anderen Molekültyp. Die messenger-RNA (Boten-RNA) ist also eine Kopie, und diese kann den Kern verlassen und zum Ort der

4.2. Die Zellteilung

4.3. Proteïnsynthese

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Kopieren von Nukleïnsäuren:

Ribosomen

Der genetische Code

Die Membran

Kanäle

Transporter (Carrier):

Pumpen

Dominierende Kationen:

Ionenverteilung:

Die Bausteine der Nukleïnsäuren (Nukleotide A,C,G,T) können sich zu Paaren verbinden, indem sie Wasserstoffbrücken ausbilden. Zwischen A & T bilden sich zwei, zwischen G und C drei solche Brücken. Zwei lineare Ketten von NS können sich, wenn sie vollkommen spiegelsymmetrisch zueinander gebaut sind, aneinander lagern und so auf der Basis der Wasserstoffbrücken ein Doppelmolekül bilden. Ausserdem kann zu einem NS-Einzelstrang das Spiegelbild synthetisiert werden.

bestehen im wesentlichen aus RNA. Sie nehmen ein messenger-RNA-Molekül auf und übersetzen die darauf codierte Information in eine Aminosäuren-Sequenz. Für diesen Übersetzungsvorgang braucht es eine Vorschrift, den genetischen Code.

ist in den transfer-RNA's festgelegt. Die tRNA besitzt einerseits eine Bindungsstelle für ihre spezifische Aminosäure und auf der anderen Seite einen RNA-Abschnitt mit dem Code für diese AS. Im Ribosom werden tRNA's in der von der mRNA vorgeschriebenen Reihenfolge angelagert und die auf der anderen Seite mitgeführten AS miteinander verknüpft. Damit entsteht eine lineare Kette von AS, die Prmärstruktur eines Polypeptids.

trennt den Zellinnenraum von der Aussenwelt ab. Der Stoffaustausch zwischen aussen und innen wird von den in der Membran eingebauten Membranproteinen bewerkstelligt. Diese Membranproteine können Kanäle, Träger oder aktive Pumpen für ganz bestimmte Substanzen bilden.

sind rein passive Strukturen, die ausschliesslich eine spezifische Substanz durchtreten lassen zB Kaliumkanäle für Kalium. Die Transportrichtung folgt dem Konzentrationsgefälle. Die Kanäle spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung des elektrischen Potentials über der Membran.

Die Carrier-Proteine arbeiten auch ohne Energieaufwand, sie sind nur für bestimmte Substanzen durchgängig und sie basieren, wie die Kanäle, auf einem Konzentrationsgefälle der Grundsubstanz. Zusätzlich können sie aber eine zweite Substanz mittransportieren resp. gegen- transportieren (austauschen, wobei die eine Substanz die Zelle verlässt, während eine andere gleichzeitig in die Zelle aufgenommen wird). Im Dünndarm wird zum Beispiel Glucose vom Natrium-Glucose- Kotransporter in die Zelle geschleust. Carrier vermitteln die erleichterte Diffusion durch die Membran.

sind Membranproteine, die eine spezifische Substanz gegen ein Konzentrationsgefälle durch die Membran bewegen können. Dieser Vorgang ist abhängig von der Energiezufuhr in der Form von ATP. Die Pumpen sind damit die eigentlichen Motoren aller Membrantransporte, indem sie für die Aufrecht- erhaltung der Konzentrationsunterschiede zwischen der Innen- und der Aussenseite der Zelle verant- wortlich sind.

Kalium ist im Zellinneren in etwa 30 mal grösserer Konzentration vorhanden als im umgebenden extrazellulären Raum. Für Natrium gilt das Umgekehrte, es ist im extrazellulären Raum etwa 20 mal höher konzentriert als im Zellinneren. Die wichtigste Membranpumpe ist die Natrium- Kalium-Pumpe: Sie transportiert aktiv Kalium in die Zelle hinein und gleichzeitig Natrium aus der Zelle hinaus. Sie ist also der Motor für die obenbeschriebenen Konzentrationsunterschiede.

Die in nebenstehender Tabelle aufgeführte Ionenverteilung kommt letztlich durch die Aktion von Pumpen zustande. Das Gleichgewicht kann durch die vielfältigsten Ereignisse gestört werden und die Zelle muss über Regelmechanismen und Energieresourcen verfügen, um den Gleichgewichts- zustand wieder herzustellen.

4.4 Membranphysiologie

Membranproteine

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intrazellulär extrazellulär

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Physiologische Ionenkonzentrationen

Ionen-Konzentrationen [mmol/l]

Na 8.. 30 145

K 100..155 5

Ca 0.0001 2

Cl 4.. 30 120

HCO 8.. 15 25

Gr.Anionen 100..150 wenig

+ +

2+

- 3-

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Membranpotentiale

Aktionspotential

Einführung

Epithelgewebe

Binde- und Stützgewebe

Muskelgewebe Nervengewebe Nernst-Gleichung:

Das Ruhepotential

Das Aktionspotential:

Ionen-Ströme:

Definition:

Einteilung:

Die meisten Zellmembranen unseres Körpers enthalten K -Kanäle. Auf der Zytosolseite ist die K -Konzentration ca. 30 mal höher als im extrazellulären Raum. Verfügt also eine Zelle über offene K -Kanäle in ihrer Cytoplasmamembran, werden K -Ionen durch diese Kanäle die Zelle verlassen, und, weil sie eine Ladung tragen, fliesst ein elektrischer Strom. Der Strom wird solange fliessen, bis der Kondensator, der durch die Cytoplasmamembran gebildet wird, ein bestimmtes Potential erreicht: Die Nernst-Gleichung beschreibt die aus einer Konzentrationsdifferenz resultierende elektro- chemische Potentialdifferenz, mit der die Kondensatorladung in ein Gleichgewicht gesetzt wird.

der Zellmembran ist die Ausgangbasis für die Erregung der Zelle. Es basiert auf den Konzentrationsdifferenzen verschiedener Ionen-Typen und der daraus sich ergebenden Nernst- Potentiale. In Ruhe sind vor allem K -Kanäle leitend, so dass deren Nernst-Potential die Spannung von ungefähr -90 mV ergibt. Über die Veränderung ihrer Durchlässigkeit für verschiedene Ionen, kann die Zellmembran also unterschiedliche Potentiale erzeugen.

Eine Vordepolarisation, die über einer bestimmten Schwelle liegt, löst eine steil ansteigende Depolarisation aus und das Membranpotential nimmt einen positiven Wert an. Schon nach kurzer Zeit folgt die etwas langsamer verlaufende Repolarisation und das Membranpotential kehrt nach einer Phase der Hyperpolarisation zum Ruhewert zurück. Das Aktionspotential hat also einen monostabilen Verlauf.

Die rasche Depolarisation entsteht auf der Basis von Na -Kanälen, welche durch eine geringe Vordepolarisation geöffnet werden. Der Na -Einstrom hebt das Potential weiter an, so dass weitere Na -Kanäle geöffnet werden. Dadurch entsteht ein positiver Feedback, welcher für den steilen Anstieg verantwortlich ist. Die einzelnen Na -Kanäle kehren aber schon nach kurzer Zeit in ihre geschlossene Stellung zurück, d.h. sie lassen jeder nur wenige Ionen passieren, bevor sie für längere Zeit inaktivierbar bleiben. Sie haben also monostabile Eigenschaften. Da die K -Kanäle proportional zur Depolarisation rekrutiert werden, stellt der K -Strom einen negativen Feedback dar und stellt das Ruhepotential wieder her, sobald der Na -Strom infolge des spontanen Verschlusses der Na - Kanäle abgeflaut ist. Diese Ionenströme können im Experiment einzeln gemessen werden, indem man Na - resp.

K -Kanäle chemisch blockiert und über Elektroden eine Schrittfunktion appliziert.

Unter Gewebe verstehen wir einen Verband gleichartiger Zellen, die in einem funktionellen Zusammenhang stehen. An einem Gewebe kann ein oder mehrere Zelltypen beteiligt sein, und zwischen den Zellen können sich nichtzelluläre Strukturen befinden, die wir als Interzellularsubstanzen bezeichnen.

Aufgrund ihres Aufbaus und des physiologischen Verhaltens unterscheidet man vier Gewebegruppen:

1. besteht aus geschlossenen Zellverbänden, Zelle an Zelle. Interzellularsubstanz spielt kein wesentliche Rolle.

2. sind charakterisiert als weitmaschige Verbände. In den grossen Lücken zwischen den Zellen befindet sich Interzellularsubstanz, deren Bedeutung im Stoffaustausch und/oder in einer mechanischen Aufgabe liegt.

3. ist funktionell auf die Kontraktionsaufgabe spezialisiert. Diese Zellen enthalten Myofibrillen als kontraktile Elemente.

4. besteht aus Nervenzellen, ihren Zellfortsätzen, die mit anderen Geweben in Verbindung treten, und der Neuroglia, das hier die Stützfunktionen erfüllt.

+ +

+ +

+ +

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+

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4.5 Zellverbände und Gewebe

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5. Kommunikation von Zelle zu Zelle

Stoffliche Botschaften

Membrangebundene Botschaften Exokrines Prinzip:

Autokrines Prinzip:

Parakrines Prinzip:

Endokrines Prinzip:

Membrangebundene Botschaft:

Andere Zellen

Eine eukaryote Zelle kann mittels Exocytose eine Substanz in den extrazellulären Raum exportieren. Die Substanz wird in einem Vesikel eingelagert. Der Vesikel tritt in die Nähe der Cytoplasma-Membran, wo spezielle Proteïne das Anhaften vermitteln. Im nächsten Schritt verschmelzen die beiden Membranen an der Berührungsstelle, womit die Vesikelmembran in die Cytoplasmamembran nahtlos integriert wird und der Vesikelinhalt an die Aussenseite zu liegen kommt.

Eine Zelle sezerniert ein Produkt in den extrazellulären Raum via Exocytose und ein Rezeptor auf der Membran derselben Zelle überwacht die Konzentration derselben Substanz. Mit dem autokrinen Prinzip kann eine Zelle zB eine negative Rückkoppelung realisieren und so die Konzentration der Wirksubstanz konstant halten.

Eine Zelle A sezerniert eine Wirksubstanz resp. einen Botenstoff, welche sich via Diffusion im extrazellulären Raum verteilt. Benachbarte Zellen B tragen Rezeptoren für diese Substanz an ihrer Oberfläche und können auf dieses stoffliche Signal reagieren. Solche Botenstoff nennt man Gewebehormone, Cytokine etc.

Drüsenzellen sezernieren einen Botenstoff und geben ihn in den extrazellulären Raum ab, wo er von reichlich vorhandenen Kapillaren aufgenommen wird. Der Botenstoff, welcher jetzt als klassisches Hormon bezeichnet werden kann, wird mit dem Blut verdünnt und im den ganzen Körper verteilt via Blut-Kreislauf. Jede Zelle, deren Cytoplasmamembran mit einem passenden Rezeptor ausgerüstet ist, kann auf das Signal reagieren und ihren Stoffwechsel entsprechend modifizieren.

Die Herzmuskelzellen sind zu einem netzartigen Faserverbund zusammengefasst. Eine Besonderheit dieses Gewebes ist die elektrisch leitende Verbindung Zellgrenze zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen in einer Faser. Wird an einer Stelle ein Aktionspotential ausgelöst kann es über dies Zellgrenzen hinweg auf das gesamte Myokard sich ausbreiten.

sind in der Regel voneinander elektrisch isoliert, so dass ein Membranpotential sich nur entlang der Cytoplasmamembran dieser Zelle ausbreiten kann. Eine Nerzenzelle ist insofern ein Spezialfall, als es sich um besonders grosse Zellen mit grossen Membranflächen handelt, wobei Zellfortsätze sich über weite Strecken, in Form von Fasern, ausdehnen können. Elektrische Phänomene der Zellmembran könne sich also entlang dieser individuellen Zelle über grosse Distanzen fortbewegen.

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6. Atmung

6.1 Sauerstoff und Kohlendioxid

Definitionen

Gastransport & Hämoglobin

Innere Atmung

Atmung: Die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid definieren wir als Atmung.

Aerob = mit Sauerstoff

Anaerob = unter Ausschluss von Sauerstoff

in der Lunge wird als äussere Atmung, der Gasaustausch im Gewebe als innere Atmung bezeichnet. Als Blut-Gas-Barriere bezeichnen wir die Gewebeschicht im Alveolarraum, welche das Gas vom Blut in den Lungenkapillaren trennt. Die gesamte Austauschfläche der Lungen beträgt beim Menschen 50..100 m und ist damit etwa 50-mal so gross wie die Körperoberfläche. Die Luft wird von aussen über die Trachea und den Bronchialbaum an die Austauschfläche herangebracht. Für den Transport ist der Kreislauf und die im Blut mitgeführten roten Blutzellen verantwortlich. Das rechte Herz perfundiert (durchblutet) den Lungenkreislauf, das linke den Körperkreislauf. Die beiden Kreisläufe sind in Serie geschaltet. Sauerstoffreiches Blut wird als 'arterielles Blut' bezeichnet, sauerstoffarmes als 'venöses Blut'.

Der physikalisch gelöste Anteil der Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxyd ist im Blut sehr gering. Er nimmt linear mit dem Partialdruck zu. Die physikalische Löslichkeit spielt eine entscheidende Rolle beim Transport durch Membranen und zum Reaktionspartner hin. Sie ist also eine Durchgangsstufe für den gesamten Gasstrom.

Der Hauptanteil des Sauerstoffs wird im Blut an Hämoglobin gebunden. Diese Bindung ist partialdruckabhängig und reversibel. Hämoglobin besteht aus einem Globin-Moleküle mit 2 - und 2 -Ketten von denen jede ein Häm-Molekül trägt. Jedes Häm-Molekül besitzt ein 2-wertiges Eisenatom, an welches der Sauerstoff gebunden wird. Aus Desoxyhämoglobin (Hb) entsteht durch die O -Anlagerung, oder Oxygenation (nicht Oxidation!), Oxyhämoglobin (HbO ).

Die Diffusionswege zwischen dem Blut und dem Verbrauchsort für Sauerstoff, den Mitochondrien ist wesentlich länger als derjenige der äusseren Atmung in der Alveolarwand. Der Sauerstoff-Partialdruck nimmt mit zunehmender radialer Entfernung von der Kapillare und entlang derselben ab. Die schlechtesten Bedingungen haben die weitentfernten Zellen auf der venösen Seite der Kapillare, sie reagieren zuerst auf eine Gewebehypoxie. Hier muss der Sauerstoffdruck noch für die Versorgung ausreichen. Der niedrigste pO in den Mitochondrien, bei dem die Cytochromoxydase den Sauerstoff noch zu reduzieren vermag, liegt bei 0.01..0.1 kPa.

Das O -Angebot wird bestimmt durch die Perfusion und die arterielle O -Konzentration (O -Sättigung * O -Kapazität). Es wird praktisch nie vollständig ausgenützt, so dass im venösen Blut noch ein Teil des Sauerstoffes das durchströmte Gebiet wieder verlässt. Herz- und Skelettmuskel haben bei Arbeit eine besonders hohe O -Ausnutzung. Haut und Niere haben eine geringe O -Ausnutzung, da hier andere Funktionen den Perfusionsgrad bestimmen.

Der Gasaustausch

Physikalische Lösung:

Chemische Sauerstoffbindung am Hämoglobin:

Antransport von Sauerstoff:

Sauerstoffbedarf und -Ausnutzung:

2

a b

2 2

2

2 2 2

2 2

2

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6.2 Die Erythrozyten

6.3 Die Atmungsorgane

Hämatokrit

Atemwege Der Hämatokrit:

Der Hämoglobingehalt Die Erythrozyten:

Aufgabe der Atemwege:

Die Nase

Wenn man Blut unter Verwendung von Gerinnungshemmern und bei standardisierten Bedingungen zentrifugiert, kann der prozentuale Anteil der zellulären Fraktion gemessen werden (5 mm Röhrchen, 3000 U/min, mind. 15 Min.). Physiologische Normalwerte sind 45..50 %. Die Dichte der Ec ist grösser als die des Plasmas.

des Blutes beträgt 140 g/l bei der Frau, 160 g/l beim Mann. Im Innern der intakten Erythrocyten ist die Hb-Konzentration mehr als doppelt so gross.

Zählung, Grössenbestimmung und Differenzierung von Blutzellen sind heute weitgehend automatisiert. 95% der Erythrozyten sind Normozyten mit einem mittleren Durchmesser von 7.78 m. 5% der Ec sind <6 m oder 8..10 m. Beim Mann zählen wir 5.2 Mio/mm , bei der Frau 4,5 Mio/mm . An der typischen Form der Ec (bikonkave Scheibe) ist vermutlich eine ladungsbedingte Anziehungskraft zwischen den gegenüberliegenden Wänden verantwortlich. Diese Theorie wäre auch eine Erklärung für die Geldrollenbildung der Ec im strömenden Blut. Die Scheibenform unterstützt die Gasdiffusion vom und zum Hämoglobin.

Da in den Atemwegen kein Gasaustausch stattfindet, sprechen wir vom anatomischen Totraum. Neben der Zuleitungsfunktion wird die Atemluft im Bronchialbaum angewärmt, befeuchtet und gereinigt. Zu diesem Zwecke sind die Luftwege mit mehrreihigem Flimmerepithel und mukösen Schleimdrüsen ausgestattet (= respiratorisches Epithel). Ein konstanter, auswärts gerichteter Flüssigkeitsstrom und Makrophagen sorgen für die Reinigung. Die Luft, welche in den Alveolen ankommt ist steril!

ist, bei ruhiger Atmung, die Eintrittspforte für die Atemluft. Die Nasenhöhlen haben im frontalen Querschnitt eine dreieckförmige Gestalt mit einer breiten Basis über dem Gaumen und einer Spitze in der Region der Siebplatte, welche nur einige Millimeter breit ist. Von lateral ragen die drei Nasenmuscheln vor und tragen so zur Oberflächenvergrösserung bei. Hier liegen auch die venösen Geflechte oder Schwellkörper. Die Nasenhöhlen sind mit respiratorischer Schleimhaut ausgekleidet: Ein mehrreihiges Flimmerepithel mit einer deutlichen Basalmembran und zahlreichen Becherzellen transportiert einen Schleimfilm in Richtung der Choanen (innere Nasenlöcher). Die Lamina propria verbindet die Schleimhaut fest mit ihrer knöchernen oder knorpeligen Unterlage. Sie enthält verzweigte seromuköse Drüsen wie auch muskelstarke Venen des Nasenschwellkörpers. Die Durchströmung der Schwellkörper wird von Drosselvenen und arteriovenösen Anastomosen (= Kurzschlussgefässe) bestimmt.

m m m 3

3

Nasenhöhle Mundhöhle Pharynx

Larynx Trachea Hauptbronchen Lappenbronchen

Bronchen Bronchioli Alveolen

mit Knorpel- skelett

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Plasma 55 %

Zellen 42/45 % (Hämatokrit)

weisse rote

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Pharynx (Rachen):

Larynx (Kehlkopf):

Trachea (Luftröhre) und extrapulmonale Bronchen:

Das Skelett

Gliederung:

Bronchien (10..11 Verzweigungen):

Bronchioli (3..4 Verzweigungen):

Die Bronchioli terminales

Alveolen:

Da im Rachenraum nicht nur die Atemluft, sondern auch Nahrung transportiert wird, bildet ein geschichtetes Plattenepithel die Auskleidung überall, wo die Wände mit Nahrungsbrei in Berührung kommen.

Mit Ausnahme der Plica vocalis (Stimmband), wo geschichtetes Plattenepithel vorkommt, ist der Larynx wieder mit respiratorischem Epithel besetzt.

Die Lichtung der Trachea wird durch hyaline Knorpelspangen klaffend offen gehalten. Sie umfassen ca /4 des Umfanges und spannen mit ihren freien Enden den M.trachealis, welcher aus querverlaufenden, glatten Muskelzellen besteht. Er kann die Trachea enger stellen. Die übrige Wand wird durch faserreiches Bindegewebe gestellt, welches eine längselastische Komponente aufweist. Die beiden Hauptbronchen und die übrigen extrapulmonalen Bronchen weisen grundsätzlich den gleichen Bau auf, wie die Trachea. Im Verlaufe der Atemexkursionen werden die Lungen sowohl in der Länge als auch im Volumen gedehnt und die grossen Luftwege müssen sich entsprechend anpassen.

der Atemwege fängt den transmuralen Druck auf und verhindert so den Kollaps.

Die äussere Form der Lunge (Pulmo) wird durch den ihr zugeteilten Raum bestimmt. Die Basis passt sich in ihrer Wölbung den Zwerchfellkuppeln an, die Medialseite wird durch das Herz eingebuchtet (Herzbucht) und die Thoraxinnenfläche bestimmt die übrigen Konturen. Die Gefässe, Nerven und Bronchien treten im Lungenhilus (Hilum pulmonis) in die Lungen ein. Die linke Herzbucht ist grösser als die rechte, die rechte Zwerchfellkuppel steht dafür etwas höher als die linke. Trotzdem ist die linke Lunge etwas kleiner als die rechte.

Die intrapulmonalen Bronchien weichen in ihrem Bau von dem der extrapulmonalen Atemwegen ab, indem hier die Muskulatur eine eigene Schicht (Tunica muscularis) bildet. Die Knorpelelemente sind unregelmässig und in den kleineren Bronchien zunehmend elastisch.

Mit abnehmendem Durchmesser wird das respiratorische Epithel niedriger, die Basalmebran und die Lamina propria werden dünner.

Sie sind kleiner als 1 mm im Durchmesser und ihre Wände haben kein Knorpelskelett mehr. Ihre Wände hängen im elastischen Spannungssystem der Läppchen und klaffen dadurch, sie besitzen aber Muskulatur und eine verschiebliche Schleimhautauskleidung, so dass sie praktisch ganz verschlossen werden können. Das Flimmerepithel ist einschichtig und weist keine Schleimdrüsen mehr auf.

gehören zur 16. dichotomen Teilungsgeneration, haben eine Gesamtzahl von ca 65'000 und einen Durchmesser von 0.3 mm. Sie treten zusammen mit einem Ast der A.pulmonalis in das Zentrum eines Lungenläppchens ein.

Die Bronchioli terminales zweigen sich in die Bronchioli respiratorii auf, die charak- teristischerweise bereits Alveolenabgänge haben, um dann in die Ductus alveolares überzugehen, welche praktisch nur aus Alveolarmündungen bestehen. Die Alveolen haben 0.2..0.5 mm Durchmesser, ihre Wand ist jeweils den beiden benachbarten Alveolen gemeinsam. Sie enthält ein engmaschiges Kapillarnetz. Es sind reichlich Alveolarphagozyten (= Alveolarmakrophagen) vorhanden, welche teilweise über das Flimmerepithel abtransportiert werden, zum anderen Teil wandern sie ins Interstitium, wo sie zur Schwarzfärbung zB einer Raucherlunge beitragen.

3

Die Lungen

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Privater und funktioneller Kreislauf der Lungen

Strukturen für die Atmungsmechanik

Lungenvolumina Lungenkreislauf:

Äste der A.pulmonalis:

Die Brustwand:

Die Costae (Rippen) Sternum (Brustbein):

Elastisches Spannungssystem:

Das Diaphragma (Zwerchfell)

Residualvolumen:

Reservevolumina und Vitalkapazität:

Die Lunge hat einen öffentlichen, funktionellen und einen privaten, für die Ernährung des Lungengewebes bestimmten, Kreislauf. Die Blutversorgung der Bronchen (Privatkreislauf) erfolgt über den Körperkreislauf mit sauerstoffreichem Blut aus der Aorta thoracica. Die Lungenarterien (funktioneller Kreislauf) gehen aus dem Truncus pulmonalis hervor und leiten das sauerstoffarme Blut des rechten Herzens durch die beiden Lungen.

Die A.pulmonalis weist einen Mitteldruck von nur 13 mmHg auf (20/7 mmHg).

Der Kapillardruck beträgt 7 mmHg, damit verteilt sich der Druck auf arterielle und venöse Seite. Die Gefässe sind kurz und dünnwandig. Das Kapillarnetz in den interalveolären Septen weist einen hohen Vernetzungsgrad auf, der eine Schichtenströmung des Blutes bewirkt (im Gegensatz der Röhrenströmung in den zylindrischen Kapillaren des übrigen Gefässsystems). Das Lungengefässsystem ist durch seinen kleinen Widerstand und die hohe Dehnbarkeit gekennzeichnet. Das stützende Interstitium fehlt hier und der Kapillardruck wird nur vom Alveolardruck moduliert. Damit beeinflusst die Ventilation das pulmonale Blutvolumen und den Gefässwiderstand.

Die Füllung des Thoraxraumes besteht zur Hauptsache aus Luft, im Gegensatz zum Abdomen, das mehrheitlich mit Flüssigkeit angefüllt ist. Die Thoraxwand muss eine feste Struktur haben, so dass sie für die Luftwechselfunktion im Innenraum negative und positive Druckmodulationen herbeiführen kann. Die luftleitenden Organe und die Thoraxwand haben deshalb funktionell wichtige Skelettstrukturen aus Knorpel und Knochen. Die Thoraxwand hat eine käfigartige Konstruktion, deren Stäbe (Rippen) sich bewegen können, wobei die Zwischenräume mit Muskulatur beweglich und doch druckfest überbrückt werden.

sind an den Brustwirbeln über Gelenke verbunden, die eine Drehbewegung der bogenförmigen Rippen zulassen.

Die Rippen sind am vorderen Ende über Synchondrosen oder synoviale Gelenke mit dem Brustbein verbunden.

Setzt man die Lungen atmosphärischem Druck aus (Pneumothorax), so schrumpfen sie aufgrund ihrer Eigenelastizität auf ein erstaunlich kleines Volumen zusammen (Kollapsvolumen). Im Thorax werden sie in aufgespannter Lage gehalten durch den negativen Druck zwischen Lungenoberfläche und Thoraxinnenfläche. Die beiden Pleura-Blätter sind lediglich durch eine mikroskopisch dünne Flüssigkeitsschicht getrennt und sind deshalb frei gegeneinander verschieblich.

schliesst den Thoraxraum kuppelförmig gegen den Bauchraum ab. Eine Flächenverkleinerung des Zwerchfells bewirkt eine Vergrösserung des Thoraxvolumens. In Ruhe trägt das Zwerchfell den Hauptanteil an der Atemarbeit, indem es die Inspiration aktiv ausführt, während die passive Exspiration der Eigenelastizität der Lungen und des Thorax, sowie der Oberflächenspannung der Alveolen überlassen wird. Die Exkursionen des Diaphragmas betragen in Ruhe 1..2 cm, bei schwerer Arbeit 10 cm.

siehe Praktikum

Das nach einer maximal möglichen Exspiration in der Lunge verbleibende Volumen wird als Residualvolumen bezeichnet. Es kann nur indirekt mit Heliumverdünnungsmethoden gemessen werden. Alle anderen Lungen- und Atemvolumina werden am Spirometer bestimmt.

Das Volumen das ausgehend von der passiven Exspiration aktiv maximal ausgeatmet werden kann, ist das exspiratorische Reservevolumen. Das Volumen, das bei Ruheatmung verschoben wird, heisst Respirationsvolumen und dasjenige, das ausgehend von normaler Inspiration zusätzlich eingeatmet werden kann ist das inspiratorische Reservevolumen (Komplementär- volumen). Der relaxierte Thorax nimmt ca. 45 % der Totalkapazität ein. Das maximal mögliche Atemzugvolumen nenne wir Vitalkapazität.

6.5 Atemmechanik

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7. Kreislauf

7.1 Herz

Topographie & Anatomie Lage im Mediastinum:

Das Perikard

Äussere Form des Herzens:

Bau der Herzwand:

Die Herzkranzgefässe

Die grossen Herzvenen

Das Herz liegt in der Mitte des unteren Mediastinums (Mittelfellraum), wo es eine schräge Lage mit der Spitze nach links vorne einnimmt. Zwei Drittel seiner Masse sind links der Mittellinie, ein Drittel rechts. Dem Zwerchfell liegt die rechte Herzkammer an, die linke Kammer formt die linke Kontur. Der Herzbeutel ist mit dem Sehnenzentrum des Diaphragmas verwachsen und folgt deshalb mit seiner Spitze den Atembewegungen, während die Basis über die grossen Gefässe mehr oder weniger fixiert bleibt.

(Herzbeutel) umschliesst das Herz wie ein geschlossener Sack. Es besteht aus einer Schicht mit zugfesten Fasern, die mit Serosa überzogen ist. Das Perikard ist an den grossen Gefässen fixiert.

Das Herz hat eine kegelförmige Gestalt, an der wir von aussen die Herzspitze (Apex cordis), die Herzbasis (liegt der Spitze gegenüber), das rechte und das linke Herzohr (Auricula dextra et sinistra) und die grossen Gefässabgänge unterscheiden können. Zwischen den Vorhöfen und den Ventrikeln erkennt man die Herzkranzfurche (Sulcus coronarius) sowie die vordere und hintere Zwischenkammerfurche (Sulcus interventricularis). Das Gesamtvolumen des Herzens (mit Inhalt) ist mit 5..600 ml etwas grösser als eine Faust (400 ml).

Das Herz ist ein Teil des Gefässsystems und hat deshalb den gleichen Konstruktionstyp wie die Gefässwände. Das Herz zeigt also einen dreischichtigen Aufbau:

- Endokard (Herzinnenhaut)

° Endothel

° Bindegewebeschicht

° Elastische Schicht mit glatten Muskelfasern

° Klappen-Segel und -Taschen sind Endokardfalten

° gefässlos - Myokard

° End-zu-End gekoppelten quergestreiften Herzmuskelzellen

° regeneriert nicht

° dichte Kapillarisierung - Epikard

° Fetteinlagerungen

° Epithel = Lamina visceralis des Herzbeutels

° Sehr geringe Reibung

entspringen hinter den Aortenklappen. Die A.coronaria dextra läuft im Herzkranz (Sulcus coronarius) unter dem rechten Herzohr durch und geht in den hinteren Interventrikularast (Ramus interventricularis posterior) über. Die A.coronaria sinistra teilt sich schon kurz nach dem Abgang aus der Aorta in den Ramus interventricularis anterior und den Ramus circumflexus auf, welcher in der Herzkranzfurche nach hinten verläuft. Die Versorgungsgebiete der beiden Arterien entsprechen nicht den Ventrikeln.

sammeln sich im Sinus coronarius, der sich in die rechte Herzkammer entleert.

Wir unterscheiden drei grosse Gefässe (V. coronaria dextra, C.coronaria sinistra und die V.inter- ventricularis anterior). Sie verlaufen parallel zu den Arterien in den Herzfurchen.

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Die Herzklappen:

Das Herzskelett:

Das Erregungsleitungssystem:

Herznerven:

Das menschliche Herz hat zwei Segelklappen (Atrioventrikularklappen) und zwei Taschenklappen (Semilunarklappen). Je eine Segelklappe ist rechts und links zwischen Vorhof und Ventrikel angeordnet, sie heissen Trikuspidalklappe (rechts) und Mitralklappe (links, = Bikuspidal- klappe). Je eine Taschenklappe liegt rechts und links zwischen dem Ventrikel und der Ausflussbahn, sie heissen Pulmonalklappe (rechts) und Aortenklappe (links).

Die Herzklappen sind in Faserringen aus derbem kollagenem Bindegewebe eingebaut, die in der Ventilebene liegen.

Das Herz hat ein vom Nervensystem unabhängiges Reizbildungs- und Reizleitungssystem, welches aus spezialisierten Herzmuskelzellen besteht. Diese Zellen zeichnen sich durch einen speziell kleinen Gehalt an Myofibrillen aus, und sie haben einen hohen Gehalt an Glykogen (Energievorrat) und viele Mitochondrien. Das System beginnt mit dem Sinusknoten, welcher sich zwischen der Mündung der oberen Hohlvene und dem rechten Herzohr befindet. Im Atrioventrikular- knoten (AV-Knoten) wird das Signal verzögert, bevor es zum Ventrikel weitergeleitet wird. Der AV- Knoten liegt in der Vorhofscheidewand. Da die Vorhöfe elektrisch von den Ventrikeln durch das Herzskelett getrennt sind, kann die Erregung nur über eine einzige Lücke im Herzskelett auf den Ventrikel überspringen. Hier führt das Atrioventrikularbündel (nur Stamm auch: His'sches Bündel) vom AV- Knoten zu den Ventrikeln und teilt sich kurz nach dem Durchtritt durch das Herzskelett in einen linken und einen rechten Schenkel.

Das Herz wird von vegetativen Nervenfasern versorgt. Diese können keine Aktions- potentiale auslösen, sie können aber die vom Reizbildungssystem erzeugte Frequenz erhöhen (Sympathicus) oder erniedrigen (Parasympathicus)..

Diastole: Ventrikelfüllung

- Segelklappen (Vorhof/Ventrikel) werden passiv geöffnet - Ventilebene bewegt sich in Gegenstromrichtung

- Ventrikelfüllung erfolgt zur Hauptsache passiv - Vorhofkontraktion erfolgt am Ende der Diastole - Ende der Vorhofkontraktion -> Klappenschluss Druckaufbau (= isovolumetrische Kontraktion)

- Kontraktion des Ventrikelmyokards

- Muskulatur spannt sich um den inkompressiblen Inhalt - Schwingung = 1. Herzton

Systole: Ausstrom in die Aorta (resp.Truncus pulmonalis) - Ventrikeldruck >Aortendruck

- Öffnen der Taschenklappen (Aorten- resp. Pulmonal-Klappen) - Ausstrom beginnt

- Aortendruck steigt von 80 auf 120 mmHg

- Ventrikelvolumen wird kleiner -> schliesslich nimmt Ventrikeldruck ab - Ventrikeldruck < Aortendruck -> Taschenklappen werden geschlossen - Klappenschluss erzeugt den 2. Herzton

Isovolumetrische Entspannungsphase Der mechanische Herzzyklus

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Druck [mmHg]

EKG PKG

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Der elektrische Herzzyklus

Das Ruhepotential der Myokardzelle:

Schrittmacher:

Das Aktionspotential:

Die Depolarisation

Kontraktionsauslösung:

Repolarisation:

Die Herzmuskelzelle weist ein Membran-Ruhepotential von -85 mV auf. Das gemessene Ruhepotential zeigt, dass in Ruhe die K+-Leitfähigkeit dominiert.

Das isolierte Herz schlägt autonom. Es hat die Fähigkeit zur autonomen rhythmischen Erregungsbildung. Physiologisch ist diese Automatie auf zwei Zentren beschränkt, den Sinusknoten im Sinus venosus und den AV-Knoten ( trio entrikulär-Knoten). Die Zellen der Schrittmacherzentren unterscheiden sich von gewöhnlichen Herzmuskelzellen durch ein geringeres Ruhepotential (kleinere maximale Repolarisation) von -55 mV und eine spontane, langsame Depolarisation (Präpotential, Schrittmacherpotential). Die spontane Depolarisation löst, sobald die Schwelle von -40 mV unter- schritten wird, ein Aktionspotential und damit eine Erregung aus. Die Schrittmacherzelle hat also astabile Eigenschaften, wobei die Geschwindigkeit, mit der die spontane Depolarisation abläuft, die Frequenz bestimmt.

Die Herzmuskelzelle reagiert auf einen Reiz, der die Membran auf einen Wert von - 65 mV depolarisiert mit einem Aktionspotential. Dessen lange Dauer von 300..450 ms ist ein wichtiges Charakteristikum der elektrischen Eigenschaften der Herzmuskelzelle. Das Aktionspotential beginnt mit einer schnellen Depolaristaion mit Overshoot bis zu einem Wert von ca. +30.. +45 mV. Auf das Überschwingen folgt eine lange Plateauphase mit einem Potential um 0 mV. Das Aktionspotential wird mit der relativ langsamen Repolarisation abgeschlossen.

kommt durch eine vorübergehende Öffnung der Na -Kanäle zustande. Die Geschwindigkeit, mit der die Depolarisation abläuft, steht mit dem lawinenartigen Charakter des Natriumeinstroms im Zusammenhang. Die Depolarisation dauert nur ca. 1..2 ms. Mit den positiven Membranpotentialen werden die Na -Kanäle wieder geschlossen. Sie können erst beim Erreichen eines Potentials von -60 mV wieder aktiviert werden. Die Herzmuskelfaser ist für die Dauer des Aktions- potentials absolut refraktär.

Anschliessend an die Depolarisation wird die Wand durchlässig für Ca -Ionen, so dass es zu einem langsamen Einstrom von Calzium kommt. Damit bleibt der Depolarisationszustand erhalten und die Kontraktion der Fasern wird via Ca ausgelöst. Es ist wiederum ein Charakteristikum der Herzmuskelzelle, dass die auslösenden Ionen für die Kontraktion aus dem extrazellulären Raum kommen und nicht nur aus dem sarkoplasmatischen Reticulum.

Mit dem Ende des Ca -Einstroms beginnt die Repolarisation, die durch einen Ausstrom von K -Ionen in den extrazellulären Raum wieder zum Ruhepotential zurückführt. Die ATP-abhängigen Ionenpumpen sorgen für die Ionen-typischen Kon-zentrationsgradienten und stellen so die langfristigen Energiequellen der elektrischen Vorgänge dar.

A v

+

+

++

++

++

+

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7.2 Aorta und Blutdruck

Übersicht

Bauplan der Blutgefässe

Aorta und elastische Arterien

Windkesselfunktion

Blutdruckmessung

Wenn wir den grossen Kreislauf

Dreischichtiger Aufbau:

Die elastische Wand:

Die stossweise Pumpaktion

Die Aorta als Energiespeicher:

als geschlossenes Röhrensystem analysieren wollen, so müssen wir ihn in die einzelnen funktionellen Abschnitte unterteilen und deren Aufgaben im Gesamtsystem analysieren.

Alle Gefässe dienen der Verteilung und Leitung des Blutstromes. Daneben hat jeder Abschnitt noch weitere Funktionen, welche sich im Bau der Gefässwand auswirken (siehe Tab.S.7.05).

Die Gefässe (und das Herz) haben einen gemeinsamen Bauplan, der je nach Funktion etwas variiert wird. Wir unterscheiden die Tunica interna (Innenschicht) mit einer extrem flachen Auskleidung, dem Endothel, die Tunica media (Mittelschicht) mit der Gefässmuskulatur und die Tunica externa oder Adventitia (Aussenschicht), bestehend aus Bindegewebe. Am Herzen heissen die drei entsprechenden Schichten Endokard, Myokard und Perikard.

Der dreischichtige Bauplan der Arterien ist in der Aorta und den grossen Arterien den speziellen Aufgaben angepasst. Die Tunica interna besteht aus dem Endothel und dem darunter- liegenden lockeren, fibrillären Bindegewebe (subendotheliale Schicht). In der Tunica media finden sich gefensterte elastische Membranen (Membrana elastica fenestrata) und Muskulatur, deren ebenfalls elastische Sehnen in die Membranen einstrahlen. Die Spannung der Gefässwand kann somit aktiv gesteuert werden. In der Aorta zählt man 50..70 solche Membranen. Zusätzlich sind auch zugfeste Fasern vorhanden, als Sicherung gegen Überdehnung.

des Herzens fördert ca. 70 ml Blut während der Systole und erhöht damit den Druck in der Aorta auf 120 mm Hg. Während der ganzen Diastole hingegen wird kein Blut mehr gefördert und hinter der geschlossenen Aortenklappe müsste der Druck eigentlich zusammenfallen (vergl.

Einweggleichrichter). Dies ist aber nicht der Fall, der Druck sinkt bis zur nächsten Systole nur langsam von 120 auf 80 mm Hg ab.

Während der Systole wird der Querschnitt der elastischen Aorta und der grossen Arterien durch den Druckanstieg vergrössert, so dass diese grossen Gefässe kurzfristig mehr Blut aufnehmen, als aus ihnen in Richtung Peripherie abfliessen kann. Durch die Wanddehnung wird die Spannung in der elastischen Wand erhöht, und so die Druckenergie gespeichert. In der darauffolgenden Diastole zieht sich die Aortenwand aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder zusammen, ihr Volumen verringert sich wieder und das Blut wird weiter in Richtung Peripherie weiterbefördert. Die Wand gibt ihre gespeicherte Energie langsam wieder an das Drucksystem zurück. (vergl. Ladekondensator).

siehe Praktikum

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20 0 40 60 80 100 120 140

0 1 2 3 Zeit

[sec]

Druck [mm Hg]

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7.3 Arterien

7.4 Kapillaren und Stoffaustausch

Definition

Muskuläre Arterien

Arteriolen

Bau der Kapillaren

Eine Arterie ist ein Blutgefäss, welches das Blut vom Herzen weg in die Peripherie führt

Eine innere Schicht ist längsorientiert und bildet mit einem flachen Endothel die innere Auskleidung des gefässes. Die mittlere Schixcht ist ringförmig orient und besteht v.a. aus glatten Muskelzellen. Die äusserste Schicht ist wieder längsorientiert, an ihrem Bau sind viele kollagene Fasern Beteiligt. Sympathische Nervenfasern und Adrenalin steuern den Gefässwandtonus (Spannungszustand) und regulieren den Querschnitt. Diese Gefässabschnitte haben eine Aufgabe bei der Regulation des Blutdruckes und der kollateralen Durchblutungsverschiebung.

vergrössert sich bei jeder Verzweigung. Infolge der Abhängigkeit des Gefässwiderstandes von r ist der Anteil am Druckabfall in diesen Gebieten schon bedeutend grösser als in den grossen Arterien.

Die periphersten Abschnitte des arteriellen Gefässbaumes, die Arteriolen, sind nur unwesentlich grösser als eine Kapillare. Sie haben aber im Gegensatz zu jenen den typischen dreischichtigen arteriellen Bauplan.

Trotz massiver Vergrösserung des Gesamtquerschnittes messen wir hier den grössten Blutdruckabfall. Die Arteriolen sind das Stellglied für den Kapillardruck.

Sie weisen eine Länge von ca. 0.6..1.0 mm auf und sind in Netzen organisiert. Die Maschen sind in Muskeln längs angeordnet, in Drüsen haben sie eine runde Form. Die Kapillaren der Haut haben Haarnadelform und keine Netzstruktur.

des Gefässbettes auf Stufe der Kapillaren ist enorm, sie steht im Zusam- menhang mit einem wirkungsvollen Stoffaustausch. Die grössten Kapillaroberflächen finden wir in der Hirnrinde, im Herzmuskel und im Skelettmuskel. Die totale Querschnittsfläche aller Kapillaren zusammen ist ca. 500 mal grösser als der Aortenquerschnitt!

Die Kapillarwand wird von längsgestellten Endothelzellen mit schmalen langen Kernen gebildet.

Der Bau der mittleren und kleinen Arterien:

Die Gesamtquerschnittsfläche

Bau der Arteriolen:

Funktion der Arteriolen:

Anordnung:

Die Oberflächenvergrösserung

Histologie:

-4

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Gefässtyp Funktion Merkmale

___________________________________________________

Aorta/ große Aa.

___________________________________________________

kleine Arterien

___________________________________________________

Arteriolen

___________________________________________________

Kapillaren

___________________________________________________

Venulen

___________________________________________________

Venen

___________________________________________________

Windkesselfunktion elastische Fasern und Membranen Durchblutungs-

verteilung stellen den

Kapillardruck ein

starke ringförmige Muskulatur

1 .. 6 Ringmuskel- schichten

Stoffaustausch Semipermeable Wand

Sammelgefässe

bestimmen das Volumen des Gefässsystems

starke Längs- muskulatur

Blutgefäss-System

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Stoffaustausch und Filtration Die Aufgabe des Kapillarbettes

Kapillardruck:

Die Durchblutungssteuerung

Filtration:

Hydrostatische Druckdifferenz:

Der kolloidosmotische Druck:

Filtrationsdruck:

ist der Stoffaustausch. Mittels Pinocytose können die Endothelzellen Stoffe in beiden Richtungen durchschleusen. Ausserdem können Stoffe via Diffusion und Filtration durch die Zelle wandern (Wasser, Gase, fettlösliche Substanzen) oder durch die Porenäquivalente geschleust werden.

Der relativ kleine Innendruck im Kapillargebiet muss mindestens soweit über dem Ge- webedruck liegen, dass die Kapillare offen bleibt. Erhöhter Gewebedruck lässt die Kapillare kollabieren.

Als Kapillardruck erhalten wir Messwerte von 20..30 mm Hg (im kleinen Kreislauf sind die Drucke viel niedriger).

eines bestimmten Gebietes erfolgt durch die präkapillären Sphincteren am, meist rechtwinkligen, Abgang der Kapillaren. Letztere werden hauptsächlich durch den Metabolismus gesteuert und schalten die zugehörigen Kapillaren ein und aus. Die Durchblutung hängt also von der Anzahl Kapillaren, welche eingeschaltet sind, ab.

Unter Filtration verstehen wir den Transport von Wasser mit den darin gelösten Stoffen durch eine Filtermembran hindurch. Für den Filtrationsprozess ist die Richtung und die Grösse des Druckunterschiedes zwischen den beiden Seiten der Membran die treibende Kraft. Bei der Kapillare bildet das Lumen die eine Seite, das Endothel und die Basalmembran stellen die Membran vor und der interstitielle Raum ist die zweite Seite. Wenn wir untersuchen wollen, in welche Richtung das Wasser fliesst, müssen wir die Druckverhältnisse untersuchen.

Der Kapillardruck wird von den Arteriolen auf den erforderlichen Wert von ca. 30 mm Hg hinuntergeregelt. Der hydrostatische Druck im Gewebe ist meist sehr niedrig und schwankt um null herum. Damit können wir annehmen, dass am Anfang einer Kapillare der hydrostatische Druck im Lumen um 30 mm Hg grösser ist als im interstitiellen Raum. Auf seinem Weg durch die sehr enge Kapillare verbraucht der Blutstrom Energie, wodurch der hydrostatische Druck am Ende der Kapillare auf 20 mm Hg abfällt.

Die zweite Komponente, die den Filtrationsprozess beeinflusst, ist der kolloidosmotische Druck. Wenn wir auf einer Seite der Membran eine höhere Konzentration von gelösten Molekülen haben als auf der anderen Seite, so entsteht eine osmotische Druckdifferenz, die einen Wasserstrom durch die Membran zur Folge hat. Das Wasser fliesst in die Richtung der höheren Lösungskonzentration. Konzentration, bis die Verdünnung auf beiden Seiten gleich gross ist. Damit dieser Effekt zustande kommt, muss die Membran für die gelösten Moleküle undurchlässig sein (semipermeable Membran). Da Plasmaproteine (Kolloïde) aus sehr grossen Molekülen bestehen, können sie die Kapillarwand nicht passieren, und sie sind es deshalb, die einen solchen osmotischen Druck im Filtrationsprozess aufbauen, den kolloid-osmotischen Druck. Der Normalwert liegt bei ca. 25 mm Hg.

Der hydrostatische Druck drückt das Wasser aus der Kapillare hinaus, der kolloid- osmotische Druck dagegen saugt es von aussen ins Innere. Die Richtung des Wasserstromes wird also durch die Differenz der beiden Komponenten bestimmt. Entlang der Kapillare finden wir zunächst einen positiven Filtrationsdruck, es wird Flüssigkeit ins Gewebe hinausbefördert, solange die hydrostatische Druckdifferenz den osmotischen Druck übersteigt. Gegen Ende der Kapillare kehrt sich der Filtrationsdruck um und es kommt zur Rückresorption (negativer Filtrationsdruck). Durch Kapillar- filtration wird also im arteriellen Teil Flüssigkeit ins Gewebe exportiert und von dort durch die kapilläre Rückresorption im venösen Teil zu 90 % wieder abgeführt. Die restlichen 10 % (ca. 2 l/d) fliessen über das Lymphgefäss-System wieder in den Kreislauf zurück.

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7.5 Venen

Definition

Anatomie der Venen

Rückstrom zum Herzen Eine Vene

Kleine und mittlere Venen:

Die Vena cava inferior (untere Hohlvene)

V. cava superior:

Überreste des Blutdruckes:

Hilfssysteme für den Rückstrom:

Venenkapazität und Blutvolumen:

ist ein Gefäss, welches das Blut zum Herzen hin führt.

Der Bauplan der Venen ist dreischichtig, wobei die relative Stärke der einzelnen Schichten je nach Region verschieden sein kann. Die Tunica media ist im allgemeinen weniger kompakt als bei einer Arterie (mehr Faserelemente/ weniger Muskelzellen). Die Venen sind in einem Geflecht organisiert und bilden nicht unbedingt die kürzeste Verbindung zurück zum Herzen. Quer- und Schrägverbindungen finden sich vor allem in ungünstigen Rückstromgebieten (untere Extremitäten). Der Verlauf der Venen in der Nähe der Arterien oder zwischen Muskeln begünstigt (zusammen mit der Klappenfunktion) den Rückstrom.

beginnt am Zusammenfluss der beiden Beckenvenen (Vv.

iliacae communes), welche den Rückstrom aus dem Beckengürtel führen. Im weiteren Verlauf nimmt die V.cava die Venen der Gonaden und Nebennieren auf, dann folgen die Vv. renales und unmittelbar unter dem Zwerchfell münden die Vv.hepaticae ein.

Auf beiden Körperhälften fliessen jeweils die aus dem Kopfgebiet kommende V.jugu- laris (Drosselvene) und die den Schultergürtel versorgende V.subclavia im sog. Venenwinkel zusammen und bilden die rechte resp. die linke V. brachiocephalica. Diese beiden grossen Gefässe fliessen zusammen und formen die V.cava superior. Einziger Zufluss zu letzterer ist die V.azygos (hintere Längsvene). Die Venen in diesem Bereich sind arm an Muskulatur.

Der Blutdruck wurde in den Arteriolen auf den kapillären Anfangsdruck von 20..30 mm Hg reduziert. Beim Durchströmen der Kapillare gehen weitere 10 mm Hg verloren, so dass noch ein Restdruck von 10..20 mm Hg in den Venulen übrigbleibt. Im rechten Vorhof herrscht ein mittlerer Druck von 2..4 mm Hg. Für den venösen Rückstrom steht also eine vergleichsweise geringe Druckdifferenz zur Verfügung.

Die Reibungsverluste im venösen System werden durch einen, gegenüber dem arteriellen System, deutlich grösseren Gefässquerschnitt niedrig gehalten.

Die Venen enthalten zahlreiche Klappen, so dass der Blutstrom nur in eine Richtung weiterfliessen kann.

Wechselnde Drucküberlagerungen von aussen können sich durch die dünnen Venenwände auf den Blutsäule übertragen. Sie helfen zusammen mit den Klappen den Blutstrom zu befördern.

Das venöse System hat die Funktion eines Volumenspeichers. Der Sympathicotonus setzt die Speicherkapazität herab und kann so das zirkulierende Volumen steuern. Im rechten Vorhof erreicht der Venendruck sein Minimum bei 2..4 mm Hg (zentraler Venendruck).

Pathologische Druckerhöhungen im venösen System wirken auf das Kapillarbett zurück und führen zu Oedemen.

ù ù ù

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V. jugularis d.

Ductus lymphaticus dexter

V. subclavia d.

V. = Vena = Vv. = Venae =

Vene Venen

V. jugularis Ductus thoracicus V. subclavia V.cave superior V. azygos Rest des embryonalen Venensystems

Obere Hohlvene

Untere Hohlvene

V.cava inferior

Lebervenen Vv. hepaticae

Nierenvenen Vv. renales

Beckenvenen

Vv. iliacae

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8. Nervensystem

8.1 Einteilung des Nervensystems

Anatomische Einteilung:

Funktionelle Einteilung:

Zum peripheren Nervensystem gehören:

Die Hirnnerven

Die Rückenmarksnerven

Ganglien

- Zentrales Nervensystem in Schädelhöhle & Spinalkanal - Peripheres Nervensystem im übrigen Körper verteilt

- Animales = somatisches Nervensystem: Kontrolle des Bewegungsapparates & der Sinnesorgane, Ort des bewussten Denkens und der Wahrnehmung

- Vegetatives = autonomes = viscerales Nervensystem: Kontrolle der inneren Organe (Viscera) und der Drüsen

- - Sympathicus: Stress- und Arbeitsphasen - - Parasympathicus: Ruhe & Erholungsphasen

12 Hirnnervenpaare

31..32 Rückenmarksnervenpaare 31..32 Spinalganglienpaare

die vegetativen Ganglien

haben ihren Ursprung im Hirnstamm und treten an der Hirnbasis aus dem Gehirn. Mit Ausnahme des Nervus vagus (10. Hirnnerv oder X. Hirnnerv) innervieren sie die Sinnesorgane, Muskeln und Drüsen des Kopfbereiches. Es gibt beidseits einen Seh-, Hör-, Riech-, Geschmacksnerv. Sie leiten die von den Sinnesorganen aufgenommenen Reize über die sensorischen Nervenbahnen zum Gehirn. Der N.vagus innerviert Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungsorgane mit parasympathischen Fasern. Er ist der wichtigste Nerv des parasympathischen Systems.

haben ihren Ursprung im Rückenmark und treten rechts und links der Wirbelsäule durch die Zwischenwirbellöcher aus. Sie innervieren die Haut, die Skelettmuskulatur, den Bewegungsapparat, die inneren Organe und die Gefässe. Jeder Rückenmarksnerv (N.spinalis) enthält sowohl motorische wie auch sensorische Nervenfasern.

(Einzahl: Ganglion) sind Haufen von Nervenzellkörpern in der Peripherie. Sie erscheinen als Auftreibungen eines peripheren Nervs. Die sensiblen Ganglien (Spinalganglien) liegen in der hinteren Wurzel eines jeden Rückenmarksnerven und in den Hirnnerven jeweils in der Nähe des Austritts aus dem Schädel. Daneben gibt es noch die Ganglien des vegetativen Nervensystems in der Nähe der Wirbelsäule und in den vegetativen Organen.

8.2 Peripheres Nervensystem

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01/09/2015

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Wurzeln von L1

Foramen

intervertebrale L1

43

(44)

8.3 Zentrales Nervensystem

Übersicht

Rückenmark

Gehirn

Das Zentralnervensystem

Graue und weisse Substanz:

Unterschiede im Bau

Das Rückenmark

Das Gehirn Grosshirn:

Der Hirnstamm

Kleinhirn:

entwickelt sich aus dem embryonalen Neuralrohr, dessen Lumen (Lichtung) sich in das mit Liquor gefüllte Ventrikelsystem des Gehirns resp. in den Zentralkanal des Rückenmarkes verwandelt.

Nervengewebe, welches vorwiegend aus Nervenfasern besteht, ercheint in der Schnittfläche weiss. Die helle Farbe beruht auf dem hohen Gehalt an Lipiden. Sie sind im Myelin enthalten, welches eine elektrische Isolationsfunktion hat. Nervengewebe, welches viele Nervenzellkörper enthält erscheint in der Schnittfläche grau.

von..

- graue Substanz aussen - graue Substanz innen - weisse (und graue) Substanz innen - weisse Substanz aussen - Oberfläche in Windungen - Oberfläche glatt

- hochentwickelte dominante Struktur - primitiver Bauplan (Medulla spinalis)

bildet die Fortsetzung des verlängerten Marks (Medulla oblongata), es liegt im Wirbelkanal der Wirbelsäule und endet etwa beim 1. oder 2. Lendenwirbel. Das Rückenmark hat einen Durchmesser von ca. 1 cm und eine Länge von 40..50 cm. Im Zentrum des Rückenmarks liegt die graue Substanz mit einer schmetterlingsförmigen Querschnittsfläche; diese wird von der weissen Substanz umgeben. Das Rückenmark hat eine Umschaltungs- und eine Leitungsfunktion. In der grauen Substanz werden die Impulse umgeschaltet, in der weissen Substanz in Richtung Gehirn resp. Peripherie weiter- geleitet.

(Cerebrum)

wird unterteilt in Grosshirn, Kleinhirn und Hirnstamm

Aussen finden wir die Grosshirnrinde (Cortex cerebri), darunter liegt weisse Substanz. Der Cortex bildet zwei Hemisphären, d.h. die linke und die rechte Hälfte sind voneinander getrennt. Eine grosse weisse Struktur (Balken) dient der Kommunikation zwischen den beiden Hemisphären. Im zentralen Bereich des Grosshirnes liegen weitere graue Strukturen, welche zusammenfassend als Basalganglien bezeichnet werden.

besteht aus - Zwischenhirn - Mittelhirn - Brücke (Pons)

- Verlängertes Mark (Medulla oblongata)

Die Kleinhirnhemisphären sind eng gefaltet, sie werden durch die zentralen Strukturen, den Kleinhirwurm und die Kleinhirnkerne, miteinander verbunden.

..Grosshirn.. ..und.. ..Rückenmark

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Seitenansicht der linken Grosshirn-Hemisphäre

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