DURCHGANG 1 Blut 1. DURCHGANG 1 Blut 1. Normovolämie. Blutplasma. DURCHGANG 1 Blut 1. DURCHGANG 1 Blut 1. Blutserum. osmotischer Druck Plasma

(1)

Normovolämie Blutplasma

DURCHGANG 1 Blut 1

Blutserum

osmotischer Druck Plasma

kolloidosmotischer Druck Plasma

Plasmaproteine Gesamtkonzentration

α1-Globuline

Albumin

(2)

Blut - Blutzellen 4-6 l Blut

6-8 % des Körpergewichts

285 mosmol/kg Plasmawasser Blutplasma - Fibrin/Fibrinogen

25 mmHg

• Anteil: 60%

• Funktion: Transport von - Calcium

- Bilirubin - Fettsäuren

• Syntheseort: Leber

• Anteil: 4 %

• Beispiele:

- HDL (α1-Lipoprotein) - Prothrombin

• Syntheseort: Leber

ca. 70 g/l

(3)

α2-Globuline

Hämatopoiese pluripotente Stammzelle

Wachstumsfaktoren Aufteilung der Stammzelle

Erythropoiese

Oligozythämie DURCHGANG 1 Blut 1

γ-Globuline

Dysproteinämie β-Globuline

Polyzythämie

(4)

• Anteil: 8 %

• Beispiele:

- α2-Makroglobulin - α2-Haptoglobin - Caeruloplasmin

• Syntheseort: Leber

Änderung der  

Plasmaproteinzusammensetzung   bei Krankheit

pathologisch erhöhte Vermehrung   der Blutzellen

• hämatopoietische Stammzelle: CD 34+

• Wachstumsfaktoren:

- Epo

- CSF (Colony-stimulating-factors)

• Aufteilung:

- lymphatische Stammzelle: Lymphozyten - myeloische Stammzelle:

‣ Erythrozyten

‣ Thrombozyten

‣ Monozyten

‣ Granulozyten

pathologisch verminderte Vermehrung   der Blutzellen

• Bildungsort: rotes Mark  

(Embryo: Dottersack, später Leber und Milz)

• Lebensdauer: ca. 120 Tage

• Abbauort: Milz (Makrophagen)

• Anteil: 12 %

• Beispiele:

- LDL (β-Lipoprotein) - Transferrin

- Fibrinogen

- C-reaktives Protein

• Syntheseort: Leber

• Anteil: 16 %

• Beispiele:

- Immunglobuline - Lysozym

• Syntheseort: Plasmazelle

(5)

Erythropoietin

Osmotische Eigenschaften des   Erythrozyten

im hypertonen und hypotonen Medium

Mittlerer Erythrozytendurchmesser

Price-Jones-Kurve DURCHGANG 1 Blut 1

Poikilozytose

Membranaufbau des Erythrozyten Fluid mosaic Modell

Retikulozyten

Osmotische Resistenz minimal und maximal 

Resistenzbreite

(6)

• Erythrozytenvorläufer

• RNA-Reste im Plasma

• Anteil: ca. 1%

• Anzahl: 0,07 x 10¹²/l

• Retikulozytose: erhöhte Retikulozytenzahl  (= gesteigerte Erythropoiese)

• Membranskelett:

- Spectrinketten - Aktin

- Bande-4.1.-Protein

• Bande-3-Protein: Anionenkanal

• Aquaporin 1

• Ankyrin (verbindet Membranskelett und Bande-3- Protein)

• minimale osmotische Resistenz: 

osmotischer Druck bei dem die ersten Erythrozyten platzen

• maximale osmotische Resistenz: 

osmotischer Druck bei dem alle Erythrozyten geplatzt sind

• Resistenzbreite: 

Bereich zwischen minimaler und maximaler osmotischer Resistenz 

• hypertones Medium:

- Wasserausstrom

- Echinozyt (Stechapfelform)

• hypotones Medium:

- Wassereinstrom

- Sphärozyt (Kugelform)

bei einer Konzentration von 4,33 g/l NaCl sind 50% aller Erythrozyten osmotisch hämolysiert

• Glockenform

• Linksverschiebung: mikrozytäre Anämie

• Rechtsverschiebung: makrozytäre Anämie

• mehrere Maxima: Poikilozytose

7,5 μm

• Bildung:

- Gewebshypoxie → Aktivierung von HIF 1/2   (Hypoxie-induzierbarer Faktor)

- HIF stimuliert Epo-Expression 

(peritubuläre fibroblastenähnliche Zellen)

• Wirkung:

- Bindung an Epo-Rezeptor  

→ Aktivierung einer Tyrosinkinase - Apoptosehemmung der Vorläuferzellen - Stimulation der Erytrozytenproliferation

Vorkommen unterschiedlich geformter   Erythrozyten

mehrere Maxima in der Price-Jones-Kurve

(7)

Erythrozytenzahl

MCV

MCH

MCHC DURCHGANG 1 Blut 1

Hämatokrit

Hämoglobin Polyglobulie

Anisozytose

(8)

erhöhte Erythrozytenzahl

: 140 : 160

g/l

gleichzeitiges Vorkommen von Mikro- und Makrozyten

85 fl

mittleres korpuskuläres Erythrozytenvolumen

•Normozyt = ca. 85 fl

• Mikrozyt < 80 fl

• Makrozyt > 96 fl

340 g/l

mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration

selten abweichend von der Norm

30 pg

mittlere korpuskuläre Hämoglobinmasse

•normochrom = ca. 30 pg

• hypochrom < 27 pg

• hyperchrom > 34 pg

: 4,8 : 5,3

x 10¹²/l

Wichtig: Trimenonreduktion   bei Neugeborenen

: 0,42 : 0,47

Messung u.a. mittels   Mikrohämatokrit-Methode

(9)

Eisenmangelanämie

Stoffwechsel der Erythrozyten

Erythrozytenzählung

Aufbau Hämoglobin DURCHGANG 1 Blut 1

Renale Anämie

Hämolytische Anämie Megaloblastäre Anämie

Panzytopenie

(10)

• hypochrome makrozytäre Anämie

• Ursache:

- Vitamin B¹²-Mangel (perniziöse Anämie)  bei Magenerkrankungen  

→ ↓ intrinsic factor (Resorption von Vit. B12) - Folsäuremangel

• veränderte Parameter:

- Hb, Erythrozyten- und Retikulozytenzahl (↓) - MCV und MCH (↑)

• Ursache:

- Thalassämie (v.a. im Mittelmeerraum) - mechanische Hämolyse

- Hämoglobinopathie

- Autoimmunreaktion gegen Erythrozyten

• verminderte Parameter:

- Erythrozytenzahl

Verminderung aller Knochenmarkszellen

• anaerob

• Glucoseaufnahme über GLUT1

• Produkte:

- NADH (für Reduktion des Methämoglobins) - NADPH (für Reduktion von Glutathion) - ATP

• aus 4 Untereinheiten

• Aufbau einer Untereinheit:

- 1 Globinkette

- 1 Häm (prosthetische Gruppe)

• Aufbau des Häms: Porphyrinring - aus 4 Pyrrolringen (mit 4 N-Atomen)

- kovalente Bindung mit proximalem Histidins des Globins

insgesamt: Anlagerung von 4 O2 möglich

• Durchflusszytometrie

• Leitfähigkeitsmessung

• hypochrome, mikrozytäre Anämie

• Ursache: Eisenmangel

- Resorptionsstörung, Mangelernährung - chronischer Blutverlust u.a.

• verminderte Parameter:

- Hb

- Erythrozytenzahl - Hkt

- MCH - MCV

• normochrome, normozytäre Anämie

• Ursache: chronische Niereninsuffizienz 

→ Epo-Mangel

• verminderte Parameter:

- Erythrozytenzahl

(11)

Adultes Hämoglobin

Hämoglobin bei Sichelzellenanämie

Gesetz von Lambert-Beer

Charakteristika des Hämoglobins in der Spektral- analyse

charakteristische Absorptionsbanden   und - maxima

Hämoglobin-Isoform mit 2 δ-Ketten

Fetales Hämoglobin Glykiertes Hämoglobin

Hämoglobin mit gebundener Glucose

Hämoglobinstatus Erwachsener Neugeborenes

(12)

glykiert: HbA1

Glucose: HbA1C

α2β2

HbF α2γ2

Erwachsener: 98% HbA, 2% HbA2, < 1% HbF

Neugeborenes: 80% HbF, 20% HbA

in der β-Kette ist Glutamat an Position 6 durch Valin er- setzt worden

HbS α2β2

v.a. in der desoxygenierten Form schwer löslich 

→ Gefahr bei niedrigem O2-Partialdruck   (z.B. im Flugzeug)

• charakteristische Absorptionsbande des   Porphyrinrings: 400 nm (Soret Bande)

• Absorptionsmaxima:

- oxygeniertes Hämoglobin: 541 und 577 nm - desoxygeniertes Hämoglobin: 555 nm

desoxygeniert absorbiert Hämoglobin langwelliges Licht (≙ rot) stärker als oxygeniert

Extinktion = ε x c x d

ε = Extinktionskoeffizient c = Stoffkonzentration

d = Schichtdicke der Messlösung HbA α2β2

HbA2

α2δ2

(13)

Eisenabsorption

Diapedese

Pathophysiologie Leukozyten

Granulozyten DURCHGANG 1 Blut 1

Eisenrecycling

Leukozytenanzahl Hepcidin

Chemotaxis

(14)

• vermehrt synthetisiert bei chronischer Entzündung

• hemmt Ferroportin

• Folge: Eisenmangelanämie

4-10 x 10⁹/l

Leukozytenanlockung durch bestimmte Stoffe (z.B. In- terleukine)

Fähigkeit von Leukozyten, Gefäßwände zu passieren

• 60 % aller Leukozyten

• Neutrophile Granulozyten:

- Granulua: Lysozym und Laktoferrin - lösen Schmerz und Entzündung aus

• Eosinophile Granulozyten:

- Granula: Lipide, antiparasitäre Proteine - aktiv bei parasitärer Infektion

• Basophile Granulozyten:

- Granula: Heparin, Histamin

- lösen allergische Symptome aus (Histamin)

• Leukozytose:

- > 10 x 10⁹/l

- bei akuten Infekten

• Leukozytopenie:

- < 4 x 10⁹/l

- z.B. durch chemische Noxen

• Leukämie:

- unkontrollierte Leukozytenvermehrung - unterteilt in myeloisch und lymphatisch 1. HCl des Magens setzt Fe³⁺ frei

2. Reduktion von Fe³⁺ zu Fe²⁺

(durch Vitamin C und Ferrireduktase) 3. Anlagerung von Fe²⁺ an Muzin

4. Aufnahme in Enterozyten: DCT1  (Fe²⁺/H⁺-Symporter)

5. Bindung von Fe²⁺ an Mobilferrin 6. Ausschleusung über Ferroportin 7. Oxidation zu Fe³⁺durch Ferrooxidase 8. Bindung an Plasma-Transferrin

9. Überschüssiges Eisen bindet an Apoferritin

1.Abbau alter Erythrozyten: Eisenfreisetzung 2.Bindung an Plasma-Transferrin

3.Bindung des Transferrins an TfR (Rezeptor) der Ery- throzyten-Vorläufer (Knochenmark)

4.Endozytose des Transferrin-TfR-Komplexes 5.Abspaltung des Eisens

6.Wiedereinbau des TfR in die Zellmembran 7.Ausschleusung des Apotransferrins  

(Transferrin - Eisen = Apotransferrin)

(15)

Monozyten

DURCHGANG 1 Blut 1 DURCHGANG 1 Blut 1

Lymphozyten

Aggregation

Agglomeration

Agglutination

(16)

• 20-50% aller Leukozyten

• B-Zell-System:

- Prägung: im Knochenmark

- Funktion: humolare Immunreaktion  (als Plasmazelle im Gewebe)

• T-Zell-System:

- Prägung: im Thymus

- Funktion: zelluläre Immunreaktion

• 2-10% aller Leukozyten

• nach wenigen Tagen: Auswanderung ins Gewebe → Gewebsmakrophagen

• Monozyten + Makrophagen  

= Mononukleäres Phagozytensystem

• Zusammenballung der Erythrozyten bei langsamer Fließgeschwindigkeit

• Erythrozyten bilden eine „Geldrollenformation“

• reversibel

• Zusammenballung der Erythrozyten aufgrund groß- molekularer Proteine (Agglomerine)

• reversibel

• Zusammenballung der Erythrozyten aufgrund einer Antigen-Antikörper-Reaktion

• irreversibel

(17)

Normovolämie Blutplasma

Blutserum

Osmotischer Druck Plasma

Blutviskosität

Kolloidosmotischer Druck Plasma

Abhängigkeit der Absinkgeschwindigkeit eines Partikels

(Stoke)

BSG Referenzwerte

(18)

Blut - Blutzellen 4-6 l Blut

6-8 % des Körpergewichts

285 mosmol/kg Plasmawasser Blutplasma - Fibrin/Fibrinogen

25 mmHg 4,5

: 6-11 mm : 3-9 mm

Absinkgeschwindigkeit steigt:

• bei zunehmendem Radius

• bei abnehmender Viskosität

• bei zunehmender Differenz der Dichten von Partikel und Flüssigkeit

(19)

Anzahl Thrombozyten Rezeptor für Fibrinogen

Thrombopoiese

Thrombozythämie

Thrombozytenaufbau

vWF

Rezeptor und Plasmabindung

Thrombozytopenie

Rezeptor für subendotheliale Matrixproteine

(20)

Ib/IX

vWF bindet im Plasma an den Faktor VIII IIb/IIIa

wichtige Pathophysiologie: Glanzmann-  Thrombasthenie

150 - 400 x 10⁹/l

Thrombopoietin aus Hepatozyten 

→ Megakaryozyten

→ Proplättchen

→ Zerfall in Thrombozyten 

> 600 x 10⁹/l

Hyalomer: Aktin, Myosin  

= kontraktile Filamente Granulomer: Organellzone, Granula

< 150 x 10⁹/l

wichtiges Krankheitsbild:

thrombozytopenische Purpura Ia/IIa

(21)

Abschnitte der primären Hämostase Faktor II

Hemmstoffe der primären Hämostase

Faktor III

Vitamin K- abhängige Faktoren

Faktor IV

Faktor I

Abschnitte der sekundären Hämostase

(22)

Prothrombin

1. Thrombozytenadhäsion 2. Thrombozytenaktivierung

3. Reversible Thrombozytenaggregation 4. Irreversible Thrombozytenaggregation 

(wichtig: Thrombospondin)

Gewebsthromboplastin

körpereigen:

• NO

• Prostazykline pharmakologisch:

• Acetylsalicylsäure (Aspirin)

• Antagonisten des ADP-Rezeptors

• Antikörper gegen IIb/IIIa-Rezeptor

freies Ca²⁺

• II

• VII

• IX

• X

Merke: 1972

Wichtig: Protein C und S werden ebenfalls Vitamin-K- abhängig in der Leber synthetisiert

1. Aktivierungsphase 2. Koagulationsphase 3. Retraktionsphase

Fibrinogen

(23)

Prothrombinaktivator Partielle Thromboplastinzeit

körpereigene

Hemmstoffe der sekundären Hämostase

Hämophilie

Thromboplastinzeit QUICK-Test

Aktivatoren des Plasminogens

INR

Hemmstoffe der Fibrinolyse

(24)

• Systemtest: intrinsisch

• Zusammensetzung:  

Zitratplasma + Oberflächenaktivator + Ca²⁺

•

• Phospholipide

• Ca²⁺

• Va

• X^a

Betroffene Faktoren:

• Hämophilie A: VIII

• Hämophilie B: IX

• Antithrombin III  

(hemmt: IIa, IXa-XIIa und Kallikrein)

• Thrombomodulin 

(bindet Thrombin → aktiviert Protein C)

• α2-Makroglobulin  

(hemmt: IIa, Plasmin und Kallikrein)

• α1-Antitrypsin  

(hemmt: IIa und Plasmin)

• Gewebe-Plasminogenaktivator (t-PA)

• Urokinase

• Blutaktivatoren  

(XIIa, Lysokinase, Streptokinase)

• Systemtest: extrinsisch

• Zusammensetzung:  

Zitratplasma + Gewebsthromboplastin + Ca²⁺

• Normwert: 12 s → QUICK: 100 %

körpereigen:

• α2-Antiplasmin

• Plasminogenaktivatorinhibitoren therapeutisch:

• synthetisierte Proteasehemmstoffe  z.B. Aproteinin, ε-Aminocapronsäure

• internationale Normierung des Quickwerts

• ISI = Indexangabe des Thromboplastins  (Standardisierung des Thromboplastins)

• Normwert: 1

• INR = 2 → doppelt so lange Gerinnungszeit

• unter Marcumartherapie: INR erhöht

(25)

Aggregation Blutgruppe B

Agglomeration

Blutgruppe 0

Agglutination

Blutgruppe AB

Blutgruppe A

Antikörperaufbau

(26)

• spezifischer Zuckerrest: Galaktose

• Antikörper Serum: Anti-A

• Zusammenballung der Erythrozyten bei langsamer Fließgeschwindigkeit

• Erythrozyten bilden eine „Geldrollenformation“

• reversibel

• spezifischer Zuckerrest: nur Fucose-Stamm

• Antikörper Serum: Anti-A und B

• Häufigkeit: 42%

• Universalspender

• Zusammenballung der Erythrozyten aufgrund großmolekularer Proteine (Agglomerine)

• reversibel

• spezifischer Zuckerrest:  

N-Acetylgalactosamin und Galaktose

• Antikörper Serum: keine

• Häufigkeit: 4% (am seltensten)

• Universalempfänger

• Zusammenballung der Erythrozyten aufgrund einer Antigen-Antikörper-Reaktion

• irreversibel

leichte Kette

schwere Kette

schwere Kette leichte Kette

variable Domäne konstante Domäne

Disulfid-  bindungen

SL Grundstruktur des IgG-Antikörpers

Fc-Fragment Fab-Fragment

Antigenbindung Bindung an:

• Fc-Rezeptor  

von Makrophagen,Neutrophilen, Killerzellen

• Komplementfaktor C1

• spezifischer Zuckerrest:  

N-Acetylgalactosamin

• Antikörper Serum: Anti-B

• Häufigkeit: 44% (am häufigsten)

(27)

Komplementsystem Gerinnungskaskade

Protein C

Pharmakologische  

Hemmstoffe der sekundären Hämostase

Zonen der Nebennierenrinde

Synthese der Glucocorticoide

(28)

! Prothrombinaktivator!

Xa Va Ca²⁺

Phospholipid

Prothrombin (II) Thrombin (IIa)

Fibrinogen Fibrinlöslich

Fibrinfest XIIIa

Aktivierungsphase

Koagulationsphase

Retraktionsphase

Plasminogen Plasmin Fibrinolyse

Fibrinopeptidelöslich Extrinsisches System Intrinsisches System

negativ geladene Oberflächen Präkallikrein → Kallikrein

Kininogen XIIa XII

XIa XI

IXa IX

IXa VIIIa Ca²⁺

Phospholipid VIII

Xa X

XIII

V Ca²⁺, Phospholipide aus 

primärer Hämostase (Thrombozytenaktivierung)

Gewebsthromboplastin  (Tissue-factor + Phospholipide)

Ca²⁺

VIIa VII

VIIa Phospholipid

Ca²⁺

Positive Rückkoppelung:

Aktivierung von V, VIII, XI und XIII

SL Blutaktivatoren 

Gewebe-Plasminogenaktivator Urokinase

XII Bruchstücke Präkallikrein

C1

C2 C4

C2a

C4b C3

C3b

C2a C4b C3b

C5 C5b

C6 C7 C8 C9

C5b C6 C7 C8 C9

klassischer Weg:!

Antigen-Antikörper-Komplex

alternativer Weg:!

bakterielle Oberflächen-  polysaccharide

B

D

Membranangriffskomplex mannosebindender Weg:!

mannosebindende Proteine

• Ca²⁺-Komplexbildner (z.B. EDTA)

• Heparin

• Kumarine

• Hemmt: Va und VIIIa

• Aktiviert durch: Thrombomodulin-gebundenes  Thrombin

• wird Vitamin-K-abhängig in der Leber synthetisiert

• Kontrolle: Hypothalamus und Hypophyse

• Hypothalamus bildet: CRH

• Hypophyse bildet: ACTH

• Bildungsort ACTH:  

POMC-Zellen des Vorderlappens

alle Hormone der Nebennierenrinde sind Steroidhormone

von außen nach innen:

Zona glomerulosa: Mineralcorticoide   (Aldosteron) Zona fasciculata: Glucocorticoide

(Cortisol) Zona reticularis: Sexualhormone

(29)

Na⁺-Konzentrationen und

Gleichgewichtspotenzial

DURCHGANG 1 Nerv 1

Cl^--Konzentrationen

Ficksches Diffusionsgesetz

Na⁺/K⁺-ATPase

Nernst-Gleichung DURCHGANG 1 Nerv 1

Na⁺/Ca²⁺-Antiporter

K⁺-Konzentrationen und

Gleichgewichtspotenzial

Ca²⁺-Konzentrationen

(30)

• intrazellulär: 12 mmol/l

• extrazellulär: 120 mmol/l

• erhält Energie aus der Hydrolyse von ATP

• pumpt:

- 3 Na⁺ von intra nach extrazellulär - 2 K⁺ von extra nach intrazellulär

•

• intrazellulär: 0,5 x 10^-4 mmol/l

• extrazellulär: 1 (frei) 

2,5 (gesamt) mmol/l

• D = Diffusionskoeffizient  

(Maß für die Teilchenbeweglichkeit)

• F = Diffusionsfläche

• d = Dicke der Membran

• Δc = Konzentrationsunterschied des diffundierenden

Stoffes

Passiver Transport

• für den passiven Transport ist immer ein Gradient notwendig (Konzentration, Druck, elektrische Spannung) Diffusion

• Teilchenbewegung vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedrigerer Konzentration

• Ursache: Brown-Molekularbewegung (Teilchen stoßen am Ort hoher Konzentration öfter zusammen)

→ Teilchen weichen gerichtet zum Ort niedrigerer Konzentration

Ficksches-Diffusionsgesetz: beschreibt die Abhängigkeit des Diffusionsstroms I von mehreren Faktoren:

• D = Diffusionskoeffizient (Maß für die Teilchenbeweglichkeit)

• F = Diffusionsfläche

• d = Dicke der Membran

• Δc = Konzentrationsunterschied des diffundierenden Stoffes Nichtionische und ionische Diffusion:

• nichtionische Diffusion: Diffusionspotenzial entsteht durch einen Konzentrationsgradienten

• ionische Diffusion: Diffusionspotenzial entsteht durch:

- Konzentrationsgradienten (chemisches Potenzial)

- elektrische Spannung durch unterschiedliche Ladungsverteilung (elektrisches Potenzial)

→ elektrochemisches Potenzial Diffusionsformen:

• einfache Diffusion: freie Diffusion eines Stoffes durch eine Membran ohne Transportprotein - gilt für lipophile Substanzen und Gase

- nicht sättigbar

• erleichterte Diffusion: Diffusion eines Stoffes mit Hilfe eines Transportproteins - ermöglicht Membranpassage für Ionen und hydophile Stoffe

- Transporter sind sättigbar (Transportrate pro Kanal ist begrenzt) → s. passive Membrantransportproteine Konvektion

• Transport von Teilchen mit Hilfe eines Trägerstoffs (z.B. O

2

-Transport im Blut) Filtration

• Transport eines Stoffes entlang eines hydrostatischen Druckgradienten

• Ursache: Wasser wird parazellulär oder transzellulär durch das Epi-/Endothel „gedrückt“

• Solvent drag: durch den Wasserausstrom werden kleinmolekulare gelöste Stoffe mitgerissen

Aktiver Transport

• aktiver Transport ermöglicht den Transport von Stoffen gegen einen Gradienten mithilfe von Carriern/Pumpen

• für den „bergauf“-Transport ist Energie nötig

Transportform Prinzip Energie

primär

aktiver Transport ATPasen pumpen Stoffe gegen ihren Gradienten

aus ATP-Verbrauch

sekundär

aktiver Transport chemischer Gradient eines Stoffes wird ausgenutzt, um einen anderen Stoff gegen seinen Gradienten zu transportieren

chemische Energie eines bereits bestehenden Gradienten

(aus primär aktivem Transport) tertiär

aktiver Transport

chemischer Gradient eines Stoffes wird ausgenutzt, um einen anderen Stoff gegen seinen Gradienten zu

transportieren chemische Energie eines bereits

bestehenden Gradienten

(aus sekundär aktivem Transport) Durchgang 1: Nerv 1

49

• Verhältnis: 3 Na⁺ : 1 Ca²⁺

→ elektrogener Transport (1 positive Ladung)

• bei stark negativer Membranspannung: 

→ starker Na⁺-Gradient nach intrazellulär 

→ starker Antiport von Ca²⁺ 

→ Verringerung der intrazellulären  Ca²⁺-Konzentration

Achtung bei mehrwertigen Ionen: z.B. Ca²⁺

z = 2

• intrazellulär: 12 mmol/l

• extrazellulär: 145 mmol/l

Gleichgewichtspotenzial: + 65 mV

• intrazellulär: 145 mmol/l

• extrazellulär: 4 mmol/l

Gleichgewichtspotenzial: - 92 mV

(31)

Ruhemembranpotenziale Neuron

Herzmuskelzelle Skelettmuskelzelle

Gliazelle

Aktivität eines Ionenkanals 2 Faktoren

Spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle Aufbau

Leitfähigkeit einer Membran für das Ion X

Spannungsgesteuerte K⁺-Kanäle Aufbau und wichtige Funktionen

Spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle Aufbau und wichtige Funktionen

Glutamat-Rezeptoren iGluR

Spannungsgesteuerte Cl^--Kanäle Aufbau

(32)

• Untereinheit(en): 1

• Domänen: 4

• Transmembransegmente: 6 (α-Helizes)

• Selektivitätsfilter: zwischen S5 und S6

• Spannungssensor: S4

• Inaktivierung: IFM-Motiv

• Passage: kleines Na⁺ hat Passagevorteil

• Ionenstromrichtung: einwärts

• Aufbau vgl. Na⁺-Kanäle

wichtige Funktionen:

• Transmitterfreisetzung   (P, Q, N-Typ Ca²⁺-Kanäle)

• elektromechanische Koppelung   (L-Typ-Ca²⁺-Kanal)

•

abhängig von 3 Faktoren:

• Einzelkanalstromamplitude für X

• Offenwahrscheinlichkeit für X

• Anzahl der Ionenkanäle für X

• Domänen: /

• Transmembransegmente: 6 (α-Helizes)  Achtung Kir-Kanäle: 2 Transmembranhelizes

• Selektivitätsfilter: zwischen S5 und S6

• Spannungssensor: S4

• Inaktivierung: N-Typ-Inaktivierung

• Passage: Abstreifung der Hydrathülle von K⁺

• Ionenstromrichtung: auswärts

• Blockademechanismus: Spermin oder Mg²⁺

• Domänen: /

• Transmembransegmente: 18 (α-Helizes)

• Poren: 2

• Spannungssensor: /

• Ionenstromrichtung: einwärts alle: permeabel für Na⁺ und K⁺

• NMDA-Rezeptor:

- zusätzlich aktiviert durch Glyzin - leitet auch Ca²⁺

- Mg²⁺- Block bei negativem Membranpotenzial

• AMPA-Rezeptor

• Kainat-Rezeptor

• Neuron: -70 mV

• Herzmuskelzelle: - 90 mV

• Skelettmuskelzelle: - 90 mV

• Gliazelle: - 90 mv Abhängig von 2 Faktoren:

• Einzelkanalstromamplitude

• Offenwahrscheinlichkeit

(33)

Ligandaktivierte exzitatorische   Ionenkanäle

Ligandaktivierte inhibitorische   Ionenkanäle

Gq-Protein gekoppelte Rezeptoren DURCHGANG 1 Nerv 1

Metabotrope Rezeptoren

Gi-Protein gekoppelte Rezeptoren

Gs-Protein gekoppelte Rezeptoren

DURCHGANG 1 Nerv 1 DURCHGANG 1 Nerv 1

Serotonin-Rezeptoren

(34)

Signalkaskade Gq-Protein:

1. Aktivierung des metabotropen Rezeptors 2. Zerfall des G-Proteins

3. Untereinheiten aktivieren Phospholipase C 4. Second-messenger Kaskade über IP3, DAG und

Ca²⁺

wichtige Rezeptoren mit Gq-Koppelung:

• α1-Rezeptor

• V1-Rezeptor (ADH)

Signalkaskade Gs-Protein:

3. Untereinheiten aktivieren Adenylatzyklase 4. Second-messenger-Kaskade über cAMP

wichtige Rezeptoren mit Gs-Koppelung:

• β-Rezeptoren

• V2-Rezeptor (ADH)

• an ein G-Protein gekoppelt

• bei Aktivierung zerfällt G-Protein in βγ- und α-Unter- einheit

• Untereinheiten vermitteln Signale   (v.a. second messenger-Kaskaden)

Signalkaskade Gi-Protein:

3. Untereinheiten inaktivieren Adenylatzyklase

4. verminderte second-messenger Kaskade über cAMP

wichtige Rezeptoren mit Gi-Koppelung:

• α2-Rezeptoren

• M2-Rezeptor (Acetylcholin)

5-HT-Rezeptoren

• 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4 und 5-HT5: metabotrop

• 5-HT³: ionotrop

• Glutamat-Rezeptoren (NMDA, AMPA, Kainat)

• nikotinischer Acetylcholin-Rezeptore  wichtig: aktiviert durch 2 Moleküle Acetylcholin

• GABA-Rezeptoren - GABA^A

- GABAC

• Glyzin-Rezeptoren

(35)

Aktionspotenzial Rheobase

Chronaxie

Refraktärzeit

Aktionspotenzialdauer Neuron

Skelettmuskel  Herzmuskel

Leitungsgeschwindigkeit bestimmende Faktoren

Membranzeitkonstante

Membranlängskonstante

(36)

minimale Reizspannung (mV) mit welcher eine Zelle überschwellig depolarisiert werden kann

absolute Refraktärzeit:

• ca. 2 ms

• Na⁺-Kanäle sind noch inaktiviert

• kein Aktionspotenzial möglich

relative Refraktärzeit:

• Na⁺-Kanäle sind teilweise wieder aktivierbar

• Aktionspotenzial ist nur mit stärkeren Reizen aus- lösbar und hat kleinere Amplitude

• allgemein: dicke Faser → schnelle Leitung

hohe Leitungsgeschwindigkeit bei:

• ↑ Membranwiderstand Rm

• ↓ innerer Längswiderstand Ri

• ↓ Membrankapazität Cm

• Neuron: ca. 1 ms

• Skelettmuskelzelle: ca. 10 ms

• Herzmuskelzelle: 200-300 ms

Entfernung der Reizweiterleitung, bei der noch 37%

des Potenzial-Ausgangswerts   vorhanden sind

Zeit, in der das Membranpotenzial auf 63% des Maxi- malwerts ansteigt (Aufladung) bzw. Zeit, in der das Membranpotenzial auf 37% des Maximalwerts abfällt

(Entladung) 1. Stimulus → Vordepolarisation

2. Blockade von Kir+-Kanälen durch Spermin 3.Schwellenpotenzial (- 50 mV) wird erreicht 4. Aktivierung von Nav-Kanälen  

(v.a. am Axon/Axonhügel)

5. Aufstrich und Overshoot (+ 30 mV) 6. Inaktivierung der Na⁺-Kanäle 

Aktivierung von Kv+-Kanälen 7. Repolarisation auf -70 mV 8. Aufhebung der Sperminblockade

minimale Reizdauer, bei der ein doppelter Rheobase- Reiz noch überschwellig ist

(37)

Leitungsrichtung Fortleitungsarten von Erregung

Leitungsblocks

Gliazellen an Synapsen

Signalübertragung chemische Synapse

Beendigung der Transmitterwirkung

Cotransmitter

Interaktion an Synapsen

(38)

• bei unmyeliniserten Fasern: elektrotonisch  (passiv/kontinuierlich)

• bei myelinisierten Fasern: saltatorisch - Internodien: passive Leitung

- Ranvier-Schnürringe: aktive Leitung   (viele Nav-Kanäle)

Wichtig: die aktive Leitungsgeschwindigkeit ist propor- tional zur Wurzel des Faserradius

Astrozyten

• Umhüllung der Synapse

• Transmitteraufnahme

• Abbau des Transmitters

• Rücktransport in die Präsynapse

• Aufnahme in Astrozyten

• Diffusion ins Interstitium

• Aktionspotenzial trifft an der Präsynapse ein

• Öffnung von Cav-Kanälen

• 4 Ca²⁺ binden an Synaptotagmin

• Bildung des SNARE-Komplexes

• Exozytose der Transmitter

• Endozytose des leeren Vesikels durch Clathrin und Dynamin

• Transmitter binden an postsynaptische Rezeptoren  

→ EPSP oder IPSP (je nach Rezeptor)

• Konvergenz und Divergenz

• Hemmung - vorwärts - rückwärts - lateral

- präsynaptisch

• Summation - räumlich - zeitlich

Neuromodulatoren:

• Neuropeptide

• ATP

• NO

- Synthese ausgelöst durch Ca²⁺-Einstrom - gasförmig → Diffusion durch die Membran - NO aktiviert die Guanylatzyklase 

(Bildung von cGMP)

• orthodrom - physiologisch

- in Richtung des unerregten Bereichs

• antidrom

- Ausbreitung in Bereiche, die schon erregt worden sind

- wird physiologisch durch Refraktärzeit verhindert

• pathophysiologisch: Markscheideerkrankungen  (z.B. Multiple Sklerose)

• pharmakologisch: Lidocain

• toxikologisch: TTX

(39)

Elektrische Synapse

SNARE-Komplex

Myelinbildung PNS und ZNS

DURCHGANG 1 Nerv 2 DURCHGANG 1 Nerv 2

(40)

• Zellen sind über Gap-junctions verbunden - 2 zusammengelagerte Konnexone

- Konnexone: aus 6 Connexin-Untereinheiten

• Potenzialänderungen der 1. Zelle bewirken   Ionenstrom zwischen den Zellen

• Unterschiede zur chemischen Synapse:

- schnellere Weiterleitung - fast keine Modulation möglich - 2 mögliche Leitungsrichtungen

- geringer ausgeprägt (wichtig: Herzmuskel)

PNS: durch Schwann-Zellen

ZNS: durch Oligodendrozyten

(41)

Stammzellen der Skelettmuskulatur Aufbau der Skelettmuskulatur

DURCHGANG 1 Skelettmuskel

Zellmembran der Skelettmuskulatur

Zytoplasma der Skelettmuskulatur

Gleichgewichtslänge des Sarkomers

Anordnung der Aktin- und Myosinfilamente

A-Bande

• aus vielen parallel angeordneten Bündeln von Muskelfasern

Muskelfaser

•

vielkernige einzelne Muskelzelle (randständige Kerne)

• nicht mehr teilungsfähig

• in der Embryonalentwicklung aus teilungsfähigen, einkernigen Myoblasten entstanden

• Skelettmuskelregeneration nur über teilungsfähige Satellitenzellen (Stammzellen zwischen den Muskelzellen)

•

Durchmesser: 10 - 100 μm

•

Länge: bis zu mehrere cm

• besteht aus einem Bündel von Myofibrillen

• wird vom sog. Endomysium umhüllt (Bindegewebe, in dem Nerven und Gefäße zur Muskelfaser ziehen)

Besonderheiten in der Nomenklatur

• Zellmembran: Sarkolemm

• Zytoplasma: Sarkoplasma (zwischen den Myofibrillen)

• Endoplasmatisches Retikulum: sarkoplasmatisches Retikulum (sER)

Myofibrillen

•

Durchmesser: 1 μm

•

Länge: bis zu mehrere cm  

(erstrecken sich über gesamte Muskelfaserlänge)

• zusammengesetzt aus vielen Sarkomeren

• sog. „Kontraktiler Apparat“

Sarkomer

•

Länge: 2,2 μm (Gleichgewichtslänge)

• kleinste kontraktile Einheit

• enthält dünne Aktinfilamente

• enthält halb so viele dicke Myosinfilamente

• 1 Myosinfilament wird im Querschnitt von 6 Aktinfilamenten umgeben

• das Sarkomer besitzt mehrere charakteristische Abschnitte (im Mikroskop als Querstreifung zu erkennen) -

A-Bande: Abschnitt mit überlappenden Aktin- und Myosinfilamenten (anisotrop = doppelbrechend, dunkel)

-

I-Bande: Abschnitt ohne Myosinfilamente (isotrop = weniger doppelbrechend, hell)

-

H-Zone: heller Bereich im Zentrum der A-Bande

‣

wird in der Mitte durch M-Linie geteilt

‣

Myosinfilamente über Myomesin   an M-Linie verankert

‣

von M-Linie zieht Titin bis zur Z-Scheibe (s.u.) -

Z-Scheibe: Trennlinie in der Mitte der I-Bande

‣

Abschnitt zwischen zwei Z-Scheiben = Sarkomer

‣

enthält α-Aktinin

‣

Aktinfilamente sind über α-Aktinin an der Z-Scheibe befestigt

‣

Myosinfilamente sind über Titin (größtes bekanntes Molekül) in der Z-Scheibe verankert

‣

Verbindung der Z-Scheiben über Intermediärfilamente (v.a. Desmin)

78

Muskelzelle/Muskelfaser

Myofibrille

Sarkomer

Myofibrille

Sarkomer

A-Bande I-Bande

I-Bande

M-Linie

H-Zone Z-Scheibe

Titin Aktinfilament Myosinfilament

Sarkomer

(42)

• parallel angeordnete Muskelfasern

• Muskelfaser = Bündel von Myofibrillen

• Myofibrillen = aus Sarkomeren

• Sarkomer = aus Aktin- und halb so vielen   Myosinfilamenten

1 dickes Myosinfilament wird im Querschnitt von 6 dünnen Aktinfilamenten umgeben

2,2 μm

DURCHGANG 1: Skelettmuskel

AUFBAU DER SKELETTMUSKULATUR

• aus vielen parallel angeordneten Bündeln von Muskelfasern

Muskelfaser

• vielkernige einzelne Muskelzelle (randständige Kerne)

• nicht mehr teilungsfähig

• in der Embryonalentwicklung aus teilungsfähigen, einkernigen Myoblasten entstanden

• Skelettmuskelregeneration nur über teilungsfähige Satellitenzellen (Stammzellen zwischen den Muskelzellen)

• Durchmesser: 10 - 100 μm

• Länge: bis zu mehrere cm

• besteht aus einem Bündel von Myofibrillen

• wird vom sog. Endomysium umhüllt (Bindegewebe, in dem Nerven und Gefäße zur Muskelfaser ziehen)

Besonderheiten in der Nomenklatur

• Zellmembran: Sarkolemm

• Zytoplasma: Sarkoplasma (zwischen den Myofibrillen)

• Endoplasmatisches Retikulum: sarkoplasmatisches Retikulum (sER)

Myofibrillen

• Durchmesser: 1 μm

• Länge: bis zu mehrere cm  

(erstrecken sich über gesamte Muskelfaserlänge)

• zusammengesetzt aus vielen Sarkomeren

• sog. „Kontraktiler Apparat“

Sarkomer

• Länge: 2,2 μm (Gleichgewichtslänge)

• kleinste kontraktile Einheit

• enthält dünne Aktinfilamente

• enthält halb so viele dicke Myosinfilamente

• 1 Myosinfilament wird im Querschnitt von 6 Aktinfilamenten umgeben

• das Sarkomer besitzt mehrere charakteristische Abschnitte (im Mikroskop als Querstreifung zu erkennen) - A-Bande: Abschnitt mit überlappenden Aktin- und Myosinfilamenten (anisotrop = doppelbrechend, dunkel) - I-Bande: Abschnitt ohne Myosinfilamente (isotrop = weniger doppelbrechend, hell)

- H-Zone: heller Bereich im Zentrum der A-Bande

‣ wird in der Mitte durch M-Linie geteilt

‣ Myosinfilamente über Myomesin   an M-Linie verankert

‣ von M-Linie zieht Titin bis zur Z-Scheibe (s.u.) - Z-Scheibe: Trennlinie in der Mitte der I-Bande

‣ Abschnitt zwischen zwei Z-Scheiben = Sarkomer

‣ enthält α-Aktinin

‣ Aktinfilamente sind über α-Aktinin an der Z-Scheibe befestigt

‣ Myosinfilamente sind über Titin (größtes bekanntes Molekül) in der Z-Scheibe verankert

‣ Verbindung der Z-Scheiben über Intermediärfilamente (v.a. Desmin)

78

Myofibrille

Sarkomer

Myofibrille

Sarkomer

A-Bande I-Bande

I-Bande

M-Linie

H-Zone Z-Scheibe

Titin Aktinfilament Myosinfilament

Sarkomer

• anisotrope Bande (dunkel)

• überlappende Aktin- und Myosinfilamente Satellitenzellen

Sarkolemm Sarkoplasma

(43)

I-Bande H-Zone

M-Linie Ankermoleküle

Z-Scheibe Ankermoleküle

Aufbau eines Myosinmoleküls

Troponinkomplex

Aufbau eines Aktinfilaments

Verbindung des kontraktilen Apparats mit der ex- trazellulären Matrix

(44)

• Troponin C: Calcium-bindend

• Troponin I: inhibitorisch

• Troponin T: Tropomyosin-assoziiert

• 2 schwere Myosinketten

- Kopfdomäne bindet ATP und Aktin - Schwanzteil

• 4 leichte Myosinketten 

(pro schwerer Kette: 2 leichte Myosinketten) 

• doppelsträngige Helix aus ca. 400 Aktinmonomeren

• in den Längsrillen der Helix:

- Tropomyosin - Troponinkomplex

• isotrope Bande (hell)

• ohne Myosinfilamente

• im Zentrum der A-Bande

• in der Mitte durch M-Linie geteilt

• Myomesin verankert Myosinfilamente an der M-Linie

• Titin zieht von M-Linie zur Z-Scheibe

• α-Aktinin verankert Aktinfilamente an der  

Z-Scheibe

• Titin verankert Myosinfilamente an der   Z-Scheibe

• Sarkomer = Abschnitt zwischen 2 Z-Scheiben

(45)

Neuronale Erregung der Muskelfaser Neuron, Transmitter, Rezeptor,  

Transmitterabbau

Motorische Endplatte

Motorische Einheit

Elektromechanische Koppelung

T-Tubuli

L-Tubuli

Querbrückenzyklus   Ablauf

Querbrückenzyklus Ruhestellung

(46)

Kontaktstelle zwischen  α-Motoneuron und Muskelfaser

1. Aktionspotenzial

2. Leitung über das T-Tubuli-System 3. Öffnung von Dihydropyridinrezeptoren  

(DHPR; in den T-Tubuli)

4. Molekulare Umlagerung des DHPR 5. Aktivierung des Ryanodinrezeptors 1  

(RyR1; in den L-Tubuli) 6. Ca²⁺-Einstrom aus dem sER 7. Querbrückenzyklus

• Zisternen des sarkoplasmatischen Retikulums (sER)

• verlaufen parallel zur Faseroberfläche

• bildet mit T-Tubuli eine Triadenstruktur

• sER = Ca²⁺-Speicher

• besitzen in ihrer Membran: RyR1 - Ryanodin-Rezeptor 1

- bei Aktivierung: Ca²⁺-Einstrom ins Sarkoplasma

• Sarkolemmeinstülpungen

• verlaufen senkrecht zur Faseroberfläche

• besitzen in ihrer Membran DHPR:

- Dihydropyridinrezeptoren - spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle - lagern sich bei Aktivierung um

• ATP am Myosinkopf gebunden

• Tropomyosin und Troponinkomplex blockieren Myo- sinbindungsstelle

• Neuron: α-Motoneuron

• Transmitter: Acetylcholin

• Rezeptor: nikotinischer Acetylcholinrezeptor 

→ aktiviert durch 2 Moleküle Acetylcholin)

• Transmitterabbau: Cholinesterase  Acetylcholin → Acetat + Cholin

alle Muskelfasern, die 1 α-Motoneuron gemeinsam in- nerviert

1. ↑ Ca²⁺-Konzentration: 10^-7 → 10^-5 mol/l 2. Ca²⁺ bindet Troponin C

3. Tropomyosin gibt Myosinbindungsstelle frei 4. Bindung des Myosinkopfes an Aktin 5. ATP-Hydrolyse

6. Abklappen des Myosinkopfes (90°) 7. Kraftschlag: 

- Abgabe des Phosphats → 1. Teil (50°)  - Abgabe des ADP → 2. Teil (45°) 8. Bindung von ATP an Myosinkopf

(47)

Änderung der Banden bei Kontraktion Ende der Kontraktion

Titin

Anschlagszuckung

Isotonische Kontraktion

Isometrische Kontraktion DURCHGANG 1 Skelettmuskel

Muskelatrophie

Muskelhyperplasie

(48)

• Ca²⁺-ATPase pumpt Ca²⁺ zurück in das sER

• Auflösung der Ca²⁺-Bindung an Troponin C

• Tropomyosin blockiert wieder Myosinbindungsstelle

• Relaxation

• verankert Myosinfilamente an der   Z-Scheibe

• größtes bekanntes Molekül

• bildet bei Dehnung passive Rückstellkräfte

erst isotonische,   dann isometrische Kontraktion

z.B. Kieferschluss

Muskelverkürzung  

bei gleich bleibender Muskelspannung

iso-tonisch = gleiche Spannung

• H- und I-Bande: werden schmaler  (bei Dehnung breiter)

• A-Bande: bleibt konstant

Wichtig: Keine Verkürzung der Aktin- und Myosinfil- amente!

Spannungsentwicklung  bei gleich bleibender Muskellänge

iso-metrisch = gleiche Länge

Zunahme der Muskelzellzahl (pathologisch)

Abnahme des Muskelvolumens (z.B. bei verminderter Belastung)

(49)

Unterstützungszuckung auxotone Kontraktion

Muskelarbeit

Muskelleistung

Verkürzungsgeschwindigkeit (VG)  bei unterschiedlichen Lasten

Tetanus

Verschmelzungsfrequenz

Muskelhypertrophie

(50)

W/t Arbeit pro Zeit

bzw.

Last x Verkürzungsgeschwindigkeit

Leistungsmaximum:  

bei Lasten, die ⅓ der maximalen isometrischen Kraft entsprechen

• Last < max. mögliche Kraft: + VG 

→ konzentrische Kontraktion

• Last = max. mögliche Kraft: VG = 0  

→ keine Kontraktion möglich

• Last > max. mögliche Kraft: - VG 

→ exzentrische Kontraktion

Aktionspotenzialsfrequenz, bei welcher der unvollständige zum vollständigen  

Tetanus wird

40 ms

Zeit 200 ms

Einzelzuckung

100 ms

unvollständiger Tetanus vollständiger Tetanus DR

Überlagerung (Superposition) von   Einzelzuckungen

• unvollständiger Tetanus: 

neu ausgelöste Zuckung währen der abfallenden Phase der 1. Zuckung

• vollständiger Tetanus: 

neu ausgelöste Zuckung währen der aufsteigenden Phase der 1. Zuckung 

Last x Hubhöhe

Rechteck im Arbeitsdiagramm

Arbeitsmaximum:

im mittleren Last-Bereich erst isometrische,   dann isotonische Kontraktion

z.B. Gewichtheben gleichzeitige Änderung von

Muskelspannung und Muskellänge

z.B. bei Dehnung einer Feder

Zunahme des Muskelvolumens (z.B. durch Sprinttraining)

(51)

Rekrutierung Muskelfaser Typ I

Kontraktion, Myoglobingehalt, Farbe,   Ermüdbarkeit, Training

Energetik der Skelettmuskulatur

DURCHGANG 1 Skelettmuskel DURCHGANG 1 Skelettmuskel

Muskelfaser Typ IIb

Kontraktion, Myoglobingehalt, Farbe,   Ermüdbarkeit, Training

DURCHGANG 1 Skelettmuskel DURCHGANG 1 Skelettmuskel

(52)

• Abbau von Kreatinphosphat   (Lohmann-Reaktion): anaerob

• Glucoseabbau aus Glykogen:  

anaerob oder aerob

• Abbau von Triglyzeriden: aerob

Aktivierung weiterer motorischer Einheiten zur Kraft- steigerung

tonisch, Haltemuskulatur

• Kontraktion: langsam

• Myoglobingehalt: hoch

• Farbe: rot

• Ermüdbarkeit: gering

• Reaktion auf Training: Steigerung der Kapillarisie- rung und des Myoglobingehalts

→ keine deutliche Volumenzunahme

phasisch

• Kontraktion: schnell

• Myoglobingehalt: niedrig

• Farbe: weiß

• Ermüdbarkeit: schnell

• Reaktion auf Training: Zunahme der Fibrillenzahl → Zunahme des Zellvolumens

Wichtig: keine Zunahme der Zellzahl!

(53)

Ruhemembranpotenzial des Arbeitsmyokards

DURCHGANG 1 Herz 2

Aktionspotenzial an der Schrittmacherzelle

Na⁺-K⁺-ATPase DURCHGANG 1 Herz 2

Aktionspotenzial am Arbeitsmyokard

Kanäle/Ionenströme am Arbeitsmyokard

Refraktärphase des Arbeitsmyokards Ruhemembranpotenzial

der Schrittmacherzellen

Kanäle/Ionenströme der Schrittmacherzelle

(54)

- 60 mV instabil

keine K⁺-Einwärtsgleichrichter

• K⁺-Einwärtsgleichrichter: iK1

• spannungsgesteuerter Na⁺-Kanal:

- Aktivierung: - 70 mV - Inaktivierung: ab - 40 mV

• K⁺-Kanal partielle Repolarisation: ito

• Cl^--Kanal partielle Repolarisation: iCl 

Achtung: gilt als elektrischer Auswärtsstrom!

• L-Typ-Ca²⁺-Kanal: iCaL

- Aktivierung: - 40 mV

• K⁺-Auswärtsgleichrichter: iKs(slow) und iKr (rapid)

• absolute Refraktärphase = Plateauphase

• relative Refraktärphase = ab - 40 mV in der Repola- risationsphase 

→ vulnerable Phase  

(kreisende Erregungen möglich) 

• HCN-Kanal: if (funny current)

- Aktivierung: durch Hyperpolarisation  und cyclische Nukleotide (z.B. cAMP) - Na⁺-Einwärtsstrom

• T-Typ-Ca²⁺-Kanal: iCaT

- Aktivierung: ab - 55 mV

• L-Typ-Ca²⁺-Kanal: iCaL

- Aktivierung: - 40 mV

• K⁺-Auswärtsgleichrichter: iKs(slow)

• transportiert unter ATP-Spaltung:

- 3 Na⁺ aus der Zelle - 2 K⁺ in die Zelle

→ schafft Na⁺-Gradienten (außen → innen)

→ elektrogener Transport

• wird durch Digitalis (Herzglykosid) inhibiert

→ geringerer Na⁺-Gradient für Na⁺/Ca²⁺-Antiport

→ ↑ Ca²⁺ intrazellulär 

→ gesteigerte Kontraktionskraft

- 90 mV stabilisiert durch K⁺-Einwärtsgleichrichter

1. Leichte Depolarisation auf - 70 mV 2. Aufstrich und Overshoot auf + 20 mV 

- schneller iNa

3. Partielle Repolarisation auf 0 mV  - ito und iCl

4. Plateauphase bei 0 mV  - iCaL und ito

5. Repolarisation auf - 90 mV  - iKs(slow) und iKr (rapid)

6. Stabilisierung bei - 90 mV: iK1

1. Spontane Depolarisation  - if

2. Potenzialanstieg  - iCaT

3. Aufstrich und Overshoot auf + 20 mV  - iCaL

4. Repolarisation auf - 60 mV  - iKs(slow)

(55)

Relaxations-Mechanismen am Herzmuskel

EKG Definition: Strecke

EKG  Q-Zacke

EKG  P-Welle

Elektromechanische Koppelung an der Herzmuskelzelle

EKG Definition: Intervall DURCHGANG 1 Herz 2

Vegetative Regulation Sympathikus

Vegetative Regulation Parasympathikus

(56)

1. Öffnung der L-Typ-Ca²⁺-Kanäle (Plateau-Phase) 2. Ca²⁺-Einstrom aktiviert Ca²⁺-Kanäle (RyR2) 3. Ca²⁺-Ausstrom aus dem sER

4. Erhöhung der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration von 10^-7 auf 10^-5 mol/l

5. Bindung von Ca²⁺ an Troponin C 6.Aktin-Myosin-Interaktion

7.Kontraktion des Herzmuskels

Abschnitte, die Zacken/Wellen und Strecken enthalten Spanne zwischen Zacken oder Wellen

Vorhoferregung in Richtung Herzspitze

PQ-Strecke = vollständige Vorhoferregung 

→ keine Potenzialdifferenz messbar

Ableitungsrichtung

−

+

[mV]

P-Welle

−

+

[mV]

Q-Zacke

PQ-Srecke Erregung des Ventrikelmyokards

zuerst in Richtung Herzbasis

Ableitungsrichtung

−

+

[mV]

P-Welle

−

+

[mV]

Q-Zacke PQ-Srecke

• Senkung der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration - SERCA (ATPase in der sER-Membran)

- Na⁺/Ca²⁺-Antiport (Transport nach extrazellulär) - Ca²⁺-ATPase (Transport nach extrazellulär)

• Transmitter: Noradrenalin

• Rezeptor: β1

• Mechanismus: Aktivierung der Adenylatzyklase 

→ aktiviert die PKA  

→ Phosphorylierung von:

- L-Typ-Ca²⁺-Kanälen - RyR2

- Phospholamban (Inhibitor der SERCA)

• außerdem: Förderung des if

→ positiv chrono-, dromo-, ino-, lusitrop

• Transmitter: Acetylcholin

• Rezeptor: M2

• Mechanismus: Hemmung der Adenylatzyklase 

→ verhindert Phosphorylierung von:

- L-Typ-Ca²⁺-Kanälen - RyR2

• außerdem: Förderung des iKAch 

= hyperpolarisierender Strom

→ negativ chrono-, dromo-, inotrop

(57)

EKG S-Zacke

Goldberger-Ableitung Polarität Messebene Ableitungsrichtungen

Einthoven-Ableitung Polarität Messebene Ableitungsrichtungen DURCHGANG 1 Herz 2

PQ-Intervall Dauer

QRS-Komplex Dauer

EKG R-Zacke

EKG T-Welle DURCHGANG 1 Herz 2

QT-Intervall Dauer

(58)

Erregung des Ventrikelmyokards in Richtung Herzspitze

große Muskelmasse

−

+

[mV]

R-Zacke

< 100 ms

Repolarisation des Ventrikels

ausgehend von der Herzspitze

−

+

[mV]

QRS-Komplex S-Zacke

−

+

[mV]

T-Welle ST-Strecke

DR

< 400 ms

• Extremitätenableitung

• bipolar

• misst in der Frontalebene

• I. Ableitung: rechter Arm (-) → linker Arm (+)

• II. Ableitung: rechter Arm (-) → linker Fuß (+)

• III. Ableitung: linker Arm (-) → linker Fuß (+)

• am rechten Fuß: Erdungselektrode

• Extremitätenableitung

• unipolar (2 Extremitäten über hochohmigen Wider- stand zusammengeschlossen) 

→ indifferente Elektrode

• misst in der Frontalebene

• aV = augmented voltage

• avF = rechter + linker Arm → linker Fuß

• avR = linker Arm + linker Fuß → rechter Arm

• avL = rechter Arm + linker Fuß → linker Arm Erregung des posterobasalen Teils 

des linken Ventrikels von der Herzspitze weg

ST-Strecke: vollständige Ventrikel-Erregung

−

+

[mV]

QRS-Komplex S-Zacke

−

+

[mV]

T-Welle ST-Strecke

DR

< 200 ms

(59)

Indifferenztyp

Überdrehter Rechtstyp

Bradykardie Polarität Messebene Ableitungsrichtungen

Steiltyp

Rechtstyp DURCHGANG 1 Herz 2

Überdrehter Linkstyp

Linkstyp

(60)

• Brustwandableitung (V1-6)

• unipolar (Referenz in der Thoraxmitte)

• misst in der Horizontalebene

• Integralvektor senkrecht auf Elektrode 

→ positiver Ausschlag

• Integralvektor von Elektrode weg 

→ negativer Ausschlag

- 30° bis + 30°

+ 90° bis + 120° < - 30°

• Herzfrequenz < 50/min

• physiologisch: durch ↑ Vagotonus bei Sportlern

• pathologisch: u.a.

- durch Erkrankungen des Sinusknotens   (Sick-Sinus-Syndrom)

- Störungen der AV-Überleitung

> 120°

+ 30° bis + 60°

+ 60° bis + 90°

(61)

Vorhofflattern/-flimmern

DURCHGANG 1 Herz 2 DURCHGANG 1 Herz 2

Kammerflattern/-flimmern Tachykardie

Nodale Extrasystole

DURCHGANG 1 Blut 1. DURCHGANG 1 Blut 1. Normovolämie. Blutplasma. DURCHGANG 1 Blut 1. DURCHGANG 1 Blut 1. Blutserum. osmotischer Druck Plasma

•

Passiver Transport

• für den passiven Transport ist immer ein Gradient notwendig (Konzentration, Druck, elektrische Spannung) Diffusion

• Teilchenbewegung vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedrigerer Konzentration

• Ursache: Brown-Molekularbewegung (Teilchen stoßen am Ort hoher Konzentration öfter zusammen)

→ Teilchen weichen gerichtet zum Ort niedrigerer Konzentration

Ficksches-Diffusionsgesetz: beschreibt die Abhängigkeit des Diffusionsstroms I von mehreren Faktoren:

• D = Diffusionskoeffizient (Maß für die Teilchenbeweglichkeit)

• F = Diffusionsfläche

• d = Dicke der Membran

• Δc = Konzentrationsunterschied des diffundierenden Stoffes Nichtionische und ionische Diffusion:

• nichtionische Diffusion: Diffusionspotenzial entsteht durch einen Konzentrationsgradienten

• ionische Diffusion: Diffusionspotenzial entsteht durch:

- Konzentrationsgradienten (chemisches Potenzial)

- elektrische Spannung durch unterschiedliche Ladungsverteilung (elektrisches Potenzial)

→ elektrochemisches Potenzial Diffusionsformen:

• einfache Diffusion: freie Diffusion eines Stoffes durch eine Membran ohne Transportprotein - gilt für lipophile Substanzen und Gase

- nicht sättigbar

• erleichterte Diffusion: Diffusion eines Stoffes mit Hilfe eines Transportproteins - ermöglicht Membranpassage für Ionen und hydophile Stoffe

- Transporter sind sättigbar (Transportrate pro Kanal ist begrenzt) → s. passive Membrantransportproteine Konvektion

• Transport von Teilchen mit Hilfe eines Trägerstoffs (z.B. O

-Transport im Blut) Filtration

• Transport eines Stoffes entlang eines hydrostatischen Druckgradienten

• Ursache: Wasser wird parazellulär oder transzellulär durch das Epi-/Endothel „gedrückt“

• Solvent drag: durch den Wasserausstrom werden kleinmolekulare gelöste Stoffe mitgerissen

Aktiver Transport

• aktiver Transport ermöglicht den Transport von Stoffen gegen einen Gradienten mithilfe von Carriern/Pumpen

• für den „bergauf“-Transport ist Energie nötig

Transportform Prinzip Energie

primär

aktiver Transport ATPasen pumpen Stoffe gegen ihren Gradienten

aus ATP-Verbrauch

sekundär

aktiver Transport chemischer Gradient eines Stoffes wird ausgenutzt, um einen anderen Stoff gegen seinen Gradienten zu transportieren

chemische Energie eines bereits bestehenden Gradienten

(aus primär aktivem Transport) tertiär

aktiver Transport

chemischer Gradient eines Stoffes wird ausgenutzt, um einen anderen Stoff gegen seinen Gradienten zu

transportieren chemische Energie eines bereits

bestehenden Gradienten

(aus sekundär aktivem Transport) Durchgang 1: Nerv 1

49

•

• aus vielen parallel angeordneten Bündeln von Muskelfasern

Muskelfaser

•

• nicht mehr teilungsfähig

• in der Embryonalentwicklung aus teilungsfähigen, einkernigen Myoblasten entstanden

• Skelettmuskelregeneration nur über teilungsfähige Satellitenzellen (Stammzellen zwischen den Muskelzellen)

•

•

• besteht aus einem Bündel von Myofibrillen

• wird vom sog. Endomysium umhüllt (Bindegewebe, in dem Nerven und Gefäße zur Muskelfaser ziehen)

Besonderheiten in der Nomenklatur

• Zellmembran: Sarkolemm

• Zytoplasma: Sarkoplasma (zwischen den Myofibrillen)

• Endoplasmatisches Retikulum: sarkoplasmatisches Retikulum (sER)

Myofibrillen

•

•

(erstrecken sich über gesamte Muskelfaserlänge)

• zusammengesetzt aus vielen Sarkomeren

• sog. „Kontraktiler Apparat“

Sarkomer

•

• kleinste kontraktile Einheit

• enthält dünne Aktinfilamente

• enthält halb so viele dicke Myosinfilamente

• 1 Myosinfilament wird im Querschnitt von 6 Aktinfilamenten umgeben

• das Sarkomer besitzt mehrere charakteristische Abschnitte (im Mikroskop als Querstreifung zu erkennen) -

-

-

wird in der Mitte durch M-Linie geteilt

Myosinfilamente über Myomesin an M-Linie verankert

von M-Linie zieht Titin bis zur Z-Scheibe (s.u.) -

Abschnitt zwischen zwei Z-Scheiben = Sarkomer

enthält α-Aktinin

Aktinfilamente sind über α-Aktinin an der Z-Scheibe befestigt

Myosinfilamente sind über Titin (größtes bekanntes Molekül) in der Z-Scheibe verankert

Myosinfilamente über Myomesin   an M-Linie verankert

• Länge: bis zu mehrere cm  

‣ Myosinfilamente über Myomesin   an M-Linie verankert

Aktionspotenzialsfrequenz, bei welcher der unvollständige zum vollständigen  