Humanbiologie kompakt

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Humanbiologie kompakt

ISBN: 
978-3-662-55850-8

Die Grundlagen der Humanbiologie – kompakt, verständlich, lernbar Dieses für den Einstieg konzipierte Buch präsentiert in konzentrierter Form die Grundzüge der Biologie des Menschen – ideal für Studierende der Biowissenschaften und der Medizin, die einen kompakten Überblick über dieses weite Feld benötigen. Das Kernwissen zur Physiologie, Anatomie, Genetik und Evolution des Menschen ist in kurzen Kapiteln verständlich zusammengefasst und mit klaren Grafiken anschaulich gemacht. Lernziele und Merksätze unterstützen die Aneignung des Wissens, Übungsfragen am Ende jedes Kapitels erlauben eine Überprüfung des Gelernten und bereiten auf Klausuren und Prüfungen vor.

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Der dargebotene Stoff ist auf Lehrveranstaltungen von (Bachelor-)Studiengängen zahlreicher deutschsprachiger Universitäten zugeschnitten. Wer ein Studienmodul „Humanbiologie" durchläuft, als zukünftiger Lehrer die biologische Seite des Themas „Mensch" kurz und bündig erfassen möchte oder im Medizinstudium die humanbiologischen Grundlagen der Molekularen Medizin verstehen will, ist mit diesem Buch, das nun in einer ergänzten Neuauflage vorliegt, bestens bedient. Hintergrundinformation: Die Humanbiologie gehört als (interdisziplinäre) naturwissenschaftliche Disziplin sowohl zu den Bio- als auch zu den Humanwissenschaften. Sie befasst sich zum einen mit der Biologie des Menschen, zum anderen mit den biologischen Grundlagen der Humanmedizin. Ein besonderes Gewicht hat sie auch für den Lehramtsbereich (Ausbildung für Gymnasien / Pädagogische Hochschulen). War die Humanbiologie früher eher an der klassischen Anthropologie ausgerichtet, so haben sich mit Einzug der molekularen Wissenschaften die Inhalte mehr in Richtung einer auf den Menschen angewandten molekularen Biowissenschaft gewandelt, die sich mit der Erklärung, Prävention und Therapie von Krankheitsursachen befasst. Ein Blick auf die im deutschsprachigen Raum angebotenen neuen Studiengänge zeigt einen regelrechten Boom in diesem Sektor (neben "Humanbiologie" treten dabei verstärkt auch Bezeichnungen wie Molekulare Medizin, Bio-Medizin, Molekulare Biomedizin, Molecular Life Science o. Ä. auf). In zahlreichen (Bachelor-)Studiengängen der Biowissenschaften wird die (moderne) Humanbiologie als eigenständiges Modul angeboten. Zudem finden sich solche Module auch in Studiengängen der Medizintechnik, der Gesundheitsbildung, des Wissenschaftsjournalismus etc. Eine starke Verankerung hat die Humanbiologie schließlich an Pädagogischen Hochschulen, wo sie zum Teil in sehr moderne und umfangreiche Programme und Studienangebote eingebunden ist.

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  • Kapitel 1: Stammesgeschichte des Menschen und Paläogenetik (10)
  • Kapitel 2: Chemische und molekulare Grundlagen des Lebens (10)
  • Kapitel 3: Halte- und Bewegungsapparat (10)
  • Kapitel 4: Nervengewebe und Nervensystem (10)
  • Kapitel 5: Funktion der Muskulatur (10)
  • Kapitel 6: Sinnesorgane und Sensibilität (10)
  • Kapitel 7: Hormonsystem des Menschen (10)
  • Kapitel 8: Haut (10)
  • Kapitel 9: Funktion von Blut und Immunsystem (10)
  • Kapitel 10: Herz-Kreislauf- und Gefäßsystem (10)
  • Kapitel 11: Atmung (10)
  • Kapitel 12: Ernährung, Stoffwechsel und Verdauung (10)
  • Kapitel 13: Ausscheidung, Wasser und Elektrolythaushalt (10)
  • Kapitel 14: Reproduktion und Ontogenese (10)
  • Kapitel 15: Humangenetik (10)
  • Kapitel 16: Gesundheit und Krankheit (9)
  • Kapitel 17: Humanökologie und Humanethologie (9)
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Frage 1 von 168
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  • Beschreiben Sie die zeitliche Entwicklung der Primaten aus den Altweltaffen.

    Lösung

    Nach heutigem Wissensstand entwickelten sich die Primaten im Eozän vor ca. 55 Mio. Jahren vermutlich aus Spitzhörnchen ähnlichen Tieren. Die weitere Entwicklung der Simiiformes, der höheren Affen, fand vermutlich in Asien oder Nordafrika statt. Fosslilien der fühen Primaten findet man in vielen Gebieten der Erde. Das liegt daran, dass zu der Zeit das Klima auf der Erde durch den hohen CO2-Gehalt der Atmosphäre überall sehr hoch war. Deshalb dehnte sich der Lebensraum der frühen Primaten von den tropischen Wäldern bis tief in die hohen Breiten aus. Diese milde Klimaperiode endete vor ca. 40 Mio. Jahren. Dadurch wurde die Verbreitung vieler Primaten auf die äquatoriale Zone beschränkt. Vor ca. 25 Mio. Jahren entwickelte sich dann eine neue Abstammungslineie aus Kleinaffen, welche als frühe Menschenaffen gelten. Diese lebten zunächst auf Bäumen, richteten sich dann auf und verloren ihren Schwanz. Nach und nach spalteten sich die Abstammungslinien verschiedener, noch heute erhaltener Menschenaffen ab (z.B. Orang-Utans). Aus den bereits erwähnten Simiiformes gehen also die Altweltaffen hervor, aus denen sich die Hominoidea entwickelten. Zu diesen gehört u.a. die Familie der Hominidae mit der Unterfamilie der Homininae, zu denen auch der Mensch gehört. Eine weitere Unterfamilie ist die der bereits erwähnten Ponginae (Orang-Utans).
  • Welche Eigenschaften sind vermutlich ursächlich für die Menschwerdung?

    Lösung

    Die Menschwerdung begann, nach heutigem Wissensstand, in Ostafrika. Verantwortlich dafür waren genetische Mutationen und Rekombinationen, sowie natürliche Selektion. Aus den schimpansenähnlichen Vorfahren entstanden in mehreren, teilweise parallelen Entwicklungsschritten neue Entwicklungslinien. Aus einer dieser Linien ging schließlich der moderne Mensch (Homo sapiens) hervor.
  • Über welche Stufen und Zeiträume erstreckt sich die Hominidenentwicklung?

    Lösung

    Die Entwicklung der Hominidae beginnt vor ca. 55 Mio. Jahren im Eozän mit den Spitzhörnchen ähnlichen Tieren. Aus den Haplorrhini (Trockennasenaffen) und über die Simiiformes entwickeln sich die Catarrhini, die Altweltaffen, aus denen die Hominoidae hervorgehen. Nach und nach spalten sich die Abstammungslinien verschiedener, noch heute erhaltener Menschenaffen ab. So entstanden vermutlich vor ca. 18 Mio. Jahren in Asien die Gibbons und vor ca. 12 bis 15 Mio. Jahren die Orang-Utans (Pongo). Diese nahmen erstmals erheblich an Größe zu. Neue Untersuchungen lassen vermuten, dass sich die Gorillas bereits vor ca. 10 bis 11 Mio. Jahren von dieser Abstammungslinie abtrennten. Nach bisherigen Funden geht man davon aus, dass sich die beiden Affenarten Schimpanse und Bono (beides Arten der Gattung Pan), vor etwa 5 bis 7 Mio. Jahren von unserer Abstammungslienie abspalteten. Sie sind keineswegs unsere direkten Vorfahren. Es scheint, dass Afrika der Ort der Entwicklung sowohl des Menschen als auch der heute lebenden Menschenaffen ist.
  • Welche Stellung haben die Neandertaler im Stammbaum des Menschen?

    Lösung

    Nach neuesten molekluargenetischen Analysen war der Neandertaler (Homo neanderthalensis) kein direkter Vorfahre des Homo sapiens. Er lebte teilweise parallel zu diesem und wurde wahrscheinlich von ihm ausgerottet oder verdrängt.
  • Welche Faktoren sind für die Entwicklung der Sprache maßgebend?

    Lösung

    Ein sehr wichtiger Faktor der Fähigkeit zu Sprache ist genetisch bedingt. Eines dieser Gene ist bereits näher charakterisiert (FOXP2) und bei Primaten, anderen Säugetieren und Vögeln vorhanden. Sprachfähigkeit ist aber nicht gleich Sprache. Die Entwicklung der Sprache ist u.a. abhängig vom neurologischen Sprachzentrum im Gehirn und auch von kulturellen Einflüssen und Entwicklungen, sowie von psycholinguistischen Faktoren und anatomisch und muskulär wichtigen Organen zur Artikulation.
  • Welche Unterschiede bestehen zwischen Schimpanse und Mensch bezüglich der Riechrezeptorgene?

    Lösung

    Beim Menschen nahm das Riechvermögen im Laufe der Evolution zugunsten des Sehvermögens ab. Daher sind beim modernen Menschen im Vergleich zum Schimpansen etwa 67% der ursprünglich 1000 Geruchsgene inaktiviert und damit funktionslos.
  • Welche Kulturstufen hat die Menschheit durchlaufen, und wie werden sie charakterisiert?

    Lösung

    Die kulturelle Entwicklung der Menschheit begann sozusagen mit der Zunahme des Gehirnvolumens und ging in immer rascheren Schritten voran. Sie begann vor ca. 2,4 Mio. Jahren im frühen Paläolithikum mit dem Oldovan. Dieses erstreckt sich über den Zeitraum von vor 2,4 Mio. Jahren bis vor 1,5 Mio Jahren und wird durch einfache, einseitig abgeschlagene Steinwerkzeuge charakterisiert. Darauf folgte, ebenfalls im frühen Paläolithikum, das Acheuléen, welches sich von vor 1,5 Mio Jahren bis vor 200.000 Jahren erstreckt. Die Werkzeugfunde aus dieser Zeit sind beidseitig bearbeitet und sind vorwiegend scharfe Faustkeile, die in Afrika und Europa gefunden wurden. Die Zeitspanne des Neandertalers erstreckt sich von vor 200.000 Jahren bis vor 40.000 Jahren und wird in das mittlere Paläolithikum eingestuft und als Moustérien bezeichnet. Hier finden sich Pfeilspitzen und Schaber verschiedener Größe und Form. In rascher Reihenfolge lösen sich die kommenden Kulturstufen ab und liegen im späten Paläolithikum, welches sich von vor 40.000 bis vor 12.000 Jahren erstreckt. Die Übergangsphase, welche als Châtelperronien bezeichnet wird, wird durch die Kulturstufe Aurignacien, in der Homo sapiens in Europa erscheint, abgelöst. Die Werkzeugtechnik verfeinert sich und wird durch Schmuckgegenstände und flötenartige Musikinstrumente ergänzt. Darauf folgen Gravettien (28.000 bis 22.000), gekennzeichnet durch Feuersteingeräte (z.B. Gravettspitze), Solutréen (21.000 bis 19.000), charakterisiert durch bemalte Knochen und Felszeichnungen von Tieren und, ebenfalls im späten Paläolithikum, die Kulturstufe Magdalénien (überlappend mit dem Solutréen von 18.000 bis 12.000 Jahre). Die Menschen dieser Zeit lebten bereits in Zelten und benutzten das rote Eisenoxid Hämatit zum Färben der Kleidung und zur Körperbemalung. Aus dieser Zeit stammen auch die bekannten Höhlenmalereien von Lascaux. Der Altsteinzeit (Paläolithikum) folgt über eine nur kurze Übergangszeit der mittleren Steinzeit (Mesolithikum, 11.000 bis 6.500 in Europa), welche durch Jäger und Sammler gekennzeichnet ist, die Jungsteinzeit (Neolithikum). Diese setzte in Asien direkt nach der letzten Eiszeit ein (vor ca. 12.500 Jahren), in Europa aber erst vor ca. 6.500. Sie ist geprägt von Sesshaftigkeit, Landbau und Domestikation von Tieren und teilt sich in die Kupferzeit (ab 9.000), die Bronzezeit (ab 6.000) und die Eisenzeit (ab 3.200).
  • Ab welcher Zeit hat der Mensch Tiere und Pflanzen domestiziert?

    Lösung

    Die Domestikation von Tieren und Pflanzen begann vor ca. 10.000 bis 15.000 Jahren in der mittleren und Jungsteinzeit.
  • Was ist Intellekt, Erkenntnis und Bewusstsein?

    Lösung

    Als Intellekt wird die Fähigkeit zum Denken bezeichnet. Durch diese Fähigkeit kann ein Individuum Erkenntnisse erlangen. Das Bewusstsein des Menschen beginnt erst ab dem Zeitpunkt, an dem Erinnerungen dazu führen, dass Wissen wiederverwendet wird. Dies ist beim Menschen Voraussetzung für Bildung, welche ein reflektiertes Verhältnis zu sich, den anderen Individuen und zur Umwelt darstellt. Dieses Erinnerungsvermögen reicht beim Menschen bis zum dritten oder erst vierten Lebensjahr zurück. Ab diesem Zeitpunkt entwickelt der Mensch seine Persönlichkeit und sein Bewusstsein.
  • Welche Ethnien gibt es auf der Erde, und durch welche Eigenschaften sind sie charakterisiert?

    Lösung

    Die heutige Menschheit weist unterschiedliche Ethnien auf: die Schwarzafrikaner (Negriden), die Pygmäen Zentralafrikas, die Khoisan Südafrikas, die Kaukasier Europas, die Asiaten (Mongoliden) und die Ureinwohner Australiens (Australiden). Jede dieser Ethnien weist weitere Untergruppen auf, welche sich teilweise auch überlappen und miteinander vermischt haben. Die Schwarzafrikaner weisen eine hohe genetische Vielfalt auf, welche sich in klar abgetrennten Untergruppen und verschiedenen Sprachen ausdrückt. Die Pygmäen weisen nur ca. 200.000 Individuen auf und leben in den waldreichen Regionen Zentralafrikas. Khoisan unterteilen sich in die Buschmänner und die Hottentotten, haben eine gelblich-braune Haut, einen büschelartigen Haarwuchs und die Frauen eine starke Fetteinlagerung im Gesäß. Anstelle von Konsonanten weisen sie in ihrer Sprache klickartige Laute auf. Die Kaukasier (weiße Bevölkerung) weisen schmale Lippen und Nasen und eine typische Augenstellung auf. Es dominieren Blutgruppe A und Rhesus negativ. Die Mongoliden Asiens haben typische Gesichtszüge mit gelblicher Haut, flacher Nase, fehlenden Augenwülsten, glattem Kopfhaar und geringer Körpergröße. Die Gruppe der Austronesier (ebenfalls Monolide) hat einen kräftigen, gedrungenen Körperbau mit bräunlicher Haut und krausem Kopfhaar. Sie hat den pazifischen Raum besiedelt. Die australischen Ureinwohner sind durch dunkelbraune Haut, einen kräftigen Körperbau und krauses Kopfhaar gekennzeichnet.
  • Beschreiben Sie den Aufbau einer biologischen Membran.

    Lösung

    Biologische Membranen bestehen aus einer Lipid-Doppelschicht, in die Proteine eingelagert sind. Alle Komponenten dieser Zellmembranen sind sehr beweglich, demnach bezeichnet man sie auch Fluid-Mosaik-Modell. Die beiden einander gegenüber liegenden Lipidschichten ordnen ihre Moleküle mit dem polaren, hydrophilen Kopf nach außen und den apolaren, hydrophoben Lipidresten nach innen an. Bausteine der Lipiddoppelschicht sind Phospholipide. In diese eingelagert sind integrale Proteine, welche sich in verschiedene Funktionsklassen unterteilen lassen. Neben den Transmembranproteinen (z.B. Ionenkanäle) findet man auch membranassoziierte Proteine, welche z.B. als Rezeptoren oder Enzyme wirken können und nicht die komplette Doppelschicht durchziehen, aber häufig an Transmembranproteine angelagert sind. An der Außenseite der Zelle sind die Membranproteine oft mit Zuckerketten vernetzt (Glykolysierung), wodurch eine bestimmte Oberfläche zur gezielten Erkennung geschaffen wird. Zusammen mit anderen Substanzen, z.B. Kollagenen, bilden sie einen hauchdünnen Überzug der Zelle, die Glykokalix.
  • Worin unterscheiden sich aktive und passive Transportmechanismen?

    Lösung

    Während passive Transportvorgänge ohne Energieaufwand durch Diffusion und erleichterte Diffusion entlang eines elektrochemischen Gradienten stattfinden, wird für aktive Transportvorgänge Energie in Form von ATP benötigt. Demnach können aktive Transporte auch entgegen eines elektrochemischen Gradienten stattfinden. Für passive Transportvorgänge muss die Zellmembran eine gewisse Durchlässigkeit (Permeabilität) aufweisen. Nicht selektiv ist die Lipidschicht von Membranen für lipidlösliche Stoffe, für Atemgase und Elektrolyte. Diese können die Membran entlang ihres Konzentrationsgradienten passieren. Ist die Membran selektiv permeabel, kommt nur erleichterte Diffusion in Frage. Dabei erfolgt der Transport spezifisch über einen Carrier aber in Richtung des Konzentrationsgradienten.
  • Beschreiben Sie die Vorgänge bei einer Exo- und einer Endocytose.

    Lösung

    Manche Partikel und Moleküle sind nicht lipophil und es bestehen auch keine geeigneten Transportmechanismen, um sie durch die Membran zu schleusen. Um solche Partikel dennoch aufzunehmen, bzw. abzugeben, hat die Zelle spezielle Mechanismen entwickelt, die vesikelartige Strukturen aus- bzw. einschleusen können. Bei der Endocytose (einschleusen) bildet sich in der Zellmembran eine Einbuchtung, die sich weiter einsenkt und den extrazellulären Inhalt schließlich in ein Vesikel einschließt. Die Vesikelhülle wird dabei aus der Lipiddoppelschicht der Zellmembran gebildet und ist demnach umgekehrt orientiert. Die ehemals äußere Membranlamelle bildet jetzt die innere Lamelle des Vesikels. Die Aufnahme von festen Stoffen nennt man Phagocytose, die von flüssigen Stoffen nennt man Pinocytose. Die Exocytose (ausschleusen) läuft nach dem umgekehrten Prinzip der Endocytose ab. Ein intrazelluläres Vesikel fusioniert mit der Zellmembran und bildet eine Fusionspore. Durch diese kann der Vesikelinhalt in den extrazellulären Raum abgegeben werden. Spezielle Proteine in der Vesikel- und der Zellmembran erkennen sich und bilden unter ATP-Verbrauch einen Fusionskomplex.
  • Wie ist ein Ionenkanal aufgebaut, und welche charakteristischen Eigenschaften hat er?

    Lösung

    Ein Ionenkanal ist ein integrales Protein in einer Lipiddoppelschicht, welcher auf beiden Seiten der Membran herausragt und unter bestimmten Umständen seine Kanalpore öffnet und Ionen passieren lässt. Ionenkanäle dienen dem selektiven Transport von geladenen Teilchen (Ionen) entlang eines elektrochemischen Gradienten. Die Selektivität des Kanals ergibt sich aus den elektrischen Ladungen der Aminosäuren in der inneren Tunnelwand. Die Diffusion durch Ionenkanäle ist erst bei relativ hohen Substratkonzentrationen gesättigt.
  • Wie funktioniert ein ATP-getriebener Transporter?

    Lösung

    Bei einem ATP-getriebenen Transporter handelt es sich um einen aktiven Transporter, welcher eine Substanz gegen einen Gradienten verschiebt. Dabei wird grundsätzlich Energie in Form von ATP benötigt. Ein primär aktiver Transport ist dadurch gekennzeichnet, dass die ATP-Umsetzung direkt im Transportmolekül stattfindet. Ein Beispiel wäre die Na+/K+ -Pumpe. Bei einem sekundär aktiven Transport wird der durch den primär aktiven Transport aufgebauten Konzentrationsgradient benötigt, um die Triebkraft für den carriervermittelten Transport zu benutzen. Ein Beispiel hier wäre der Na+-gekoppelte Glucosesymport.
  • Beschreiben Sie den Aufbau eines Proteins.

    Lösung

    Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut, welche über Peptidbindungen miteinander verknüpft sind. Die Reihenfolge dieser linear miteinander verknüpften AS nennt man Primärstruktur. Durch Wasserstoff- und Disulfidbrücken entsteht über eine zweidimensionale Sekundärstruktur letztlich eine dreidimensionale Tertiärstruktur. Wenn sich mehrere Tertiärstrukturen durch nicht kovalente Wechselwirkungen zusammenlagern, entsteht eine Quartiärstruktur aus z.B. Untereinheiten, wie beim Hämoglobin.
  • Was ist der Unterschied zwischen einem Nucleotid und einem Nucleosid?

    Lösung

    Verbindet sich eine Nukleobase mit einem Zuckermolekül, entsteht ein Nukleosid. Ist an das Zuckermolekül dieser Einheit eine Phosphatgruppe gebunden, so spricht man von einem Nukleotid. Lange Ketten solcher Nukleotide bilden das Biopolymer Nukleinsäure.
  • Welche Elemente des Cytoskeletts gibt es?

    Lösung

    Das Cytoskelett besteht aus drei strukturellen Elementen, den Actinfilamenten, den Intermediärfilamenten und den Microtubuli.
  • Beschreiben Sie den Aufbau und die Aufgabe der Mitochondrien.

    Lösung

    Mitochondrien sind die Organellen, in denen die Zellatmung abläuft. In aeroben Organismen sind die Mitochondrien die Hauptenergiequelle. Sie bestehen aus einer äußeren und einer inneren Membran, wodurch sie in zwei Kompartimente geteilt sind: den Matrixraum und den Intermembranraum zwischen der äußeren und der inneren Membran. In der Matrix findet der größte Teil des Tricarbonsäurecyclus, die Fettsäure-Oxidation und die Aminosäure-Oxidation statt. Außerdem findet man hier den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex. An der inneren Mitochondrienmembran findet die oxidative Phosphorylierung statt, wodurch die erforderliche Menge an ATP für den gesamten Organismus zur Verfügung gestellt werden kann. Die innere Membran ist zwecks Oberflächenvergrößerung mehrfach eingestülpt. Sie ist, im Vergleich zur äußeren Membran, nahezu undurchlässig (auch für H+), weshalb sie auch über viele spezielle Transporter verfügt. Die innere Mitochondrienmembran ist auf der Matrixseite negativ und auf der Seite zur äußeren Membran hin positiv geladen. Die äußere Membran ist für die meisten kleinen Moleküle und Ionen aufgrund der Mitochondrienporine permeabel. Mitochondrien besitzen einen eigenen Transkriptions- und Translationsapparat und viele eigene Gene und Ribosomen. Sie sind aber ohne eigenen Zellkern und durch die Abhängigkeit von Proteinen aus dem Zellkern der Zelle nicht autonom!
  • Wie ist der strukturelle Aufbau eines Kohlenhydrats?

    Lösung

    Kohlenhydrate sind hochmolekulare Ketten von Monosacchariden (z.B. Glucose). Diese stellen die einfachsten Zuckerverbindungen dar. Über O-glykosidische Verbindungen entstehen aus mehreren Monosacchariden Di-, Oligo- und Polysaccharide. Solche hochmolekularen Verbindungen können verzweigt sein und kommen in der Natur in Form von Speicherstoffen (Stärke, Glycogen) vor. Unverzweigt, aber ein weiteres Polysaccharid ist z.B. der Baustoff Cellulose.
  • Beschreiben Sie den typischen Aufbau eines Knochens.

    Lösung

    Ein Röhrenknochen weist einen lang gestreckten Mittelteil auf, den Knochenschaft oder auch Diaphyse genannt. Die Enden des Knochens werden als Epiphyse bezeichnet. Zwischen Dia- und Epiphyse befindet sich auf beiden Seiten des Knochens die Längenwachstumszone, die Metaphyse. Die Epiphysen dienen auf beiden Seiten als Kontaktstellen zu benachbarten Knochen und weisen deshalb auf ihrer Oberfläche eine dünne Schicht Knorpelgewebe auf. Der Rest des Knochens ist von einer sehr schmerzempfindlichen Knochenhaut, dem Periost überzogen. Das Periost enthält Nerven und Blutgefäße, um den Knochen mit Nährstoffen zu ernähren. Zudem setzen am Periost die Bänder und Sehnen über dichte, belastbare Verwachsungen an. Im Bereich der Diaphyse besitzt die Außenschicht (Kortikalis) des Knochens eine sehr dichte Knochenstruktur. Der größte Anteil des Knochens hingegen besteht aus feinen Knochenbälkchen, welche entsprechend der Belastung des Knochens angeordnet sind. Knochen weisen im Innern einen Hohlraum auf, welcher das rote Knochenmark enthält. Dieses fungiert als Blutbildendes Organ und wird im Laufe des Alters in Fettmark umgewandelt.
  • Welche Faktoren sind am Auf- und Abbau von Knochensubstanz beteiligt?

    Lösung

    Für die Bildung, den Erhalt und den Abbau der Knochenmasse sind drei verschiedene Arten von Knochenzellen verantwortlich. Zum ersten die Osteoblasten, welche die Knochenmatrix, also die Grundsubstanz der Knochen bilden. Zum zweiten die Osteocyten, welche als verhärtetes Gewebe die Knochenstruktur bilden. Und zum dritten die Osteoklasten, welche für den Abbau der Knochensubstanz zuständig sind. Für das Gleichgewicht zwischen Knochenauf- und -Abbau sind drei Hormone zuständig, welche den Calciumphosphathaushalt regulieren. Das von den Nebenschilddrüsen gebildete Parathyrin (Parathormon) mobilisiert die Abgabe von Calcium aus der kristallinen Struktur in das Blut. Leber und Niere bilden aus Vitamin D3 das Calcitriol (D-Hormon), welches die Calcium- und Phosphatresorption im Darmepithel und in der Niere fördert. Dies wiederum führt zu einem Aufbau der Knochenmatrix. Das Peptidhormon Calcitonin wird in den C-Zellen der Schilddrüse gebildet und wirkt als Gegenspieler des Parathyrins. Es fördert ebenfalls die Einlagerung von Calcium in die Knochensubstanz.
  • Welche Gelenkformen gibt es, und wo sind sie im Körper lokalisiert?

    Lösung

    Es gibt sechs unterschiedliche Gelenkformen. Das Zapfengelenk findet man in Form des Radioulnargelenk seitlich angeordnet am Ellenbogengelenk. Das Eigelenk befindet sich z.B. am proximalen Handgelenk. Eine dritte Form ist das Sattelgelenk, welches in Form des Daumenwurzelgelenks zu finden ist. Schulter- und Hüftgelenk weisen ein Kugelgelenk auf. Gelenkformen wie die des Scharniergelenks findet man im Ellenbogengelenk zwischen Humerus und Ulna sowie in allen Finger- und Zehengelenken. Gleitgelenke findet man bei Zwischenwirbelgelenken und den Hand- und Fußwurzelgelenken.
  • Benennen Sie die hauptsächlichen Knochen des Gesichtsschädels.

    Lösung

    Die hauptsächlichen Knochen des Gesichtsschädels sind: Nasenbein (Os nasale), Oberkiefer (Maxilla), Jochbein (Os zygomaticum), Unterkiefer (Mandibula), Tränenbein (Os lacrimale), Gaumenbein (Os palatinum), untere Nasenmuschel (Concha nasalis inferior), Pflugscharbein (Vomer) und das Zungenbein (Os hyoideum).
  • Aus welchen Abschnitten besteht die Wirbelsäule?

    Lösung

    Die Wirbelsäule besteht aus fünf Abschnitten mit unterschiedlicher Anzahl an Wirbeln. Die Abschnitte heißen: Halswirbelsäule (HWS), Brustwirbelsäule (BWS), Lendenwirbelsäule (LWS), Kreuzbein (Os sacrum) und Steißbein (Os coccygis).
  • Welche Knochen gehören zum Schultergürtel?

    Lösung

    Der Schultergürtel wird auf jeder Seite vom Schlüsselbein (Clavicula) und dem Schulterblatt (Scapula) gebildet.
  • Benennen Sie die hautsächlichen Gruppen der Bauchmuskulatur.

    Lösung

    Die Bauchmuskulatur schließt die Eingeweidehöhle nach vorne und zur Seite ab. Dazu gehört der gerade Bauchmuskel (M. rectus abdominis), die beiden schrägen Bauchmuskeln (M. obliquus externus abdominis; M. obliquus internus abdominis) und die queren Bauchmuskeln (M. transversus abdominis).
  • Beschreiben Sie den Aufbau und die Knochen des Beckens.

    Lösung

    Das knöcherne Becken (Pelvis) besteht aus drei ringförmig verbundenen Knochen, nämlich dem Kreuzbein (Os sacum) und den beiden Hüftbeinen (Ossa coxae). Diese Hüftbeine sind ringförmig nach vorne über die Schambeinfuge (Symphyse) geschlossen. Auch die Hüftbeine selbst bestehen aus drei miteinander verschmolzenen Knochen, nämlich dem Darmbein (Os ilium), dem Sitzbein (Os ischii) und dem Schambein (Os pubis). Das Darmbein bildet die große Darmbeinschaufel, welche die unteren Bauchorgane von hinten umgibt. Deren oberer Rand, der Darmbeinkamm, ist gut tastbar. Außerdem hat das Darmbein vier Knochenvorsprünge, zwei nach vorn und zwei nach hinten, die Darmbeinstachel. Das Sitzbein liegt jeweils unterhalb des Darmbeins, ist ein bogenförmiger Knochen und bildet mit dem Sitzbeinhöcker den tiefsten Abschnitt des Beckens, welcher beim Sitzen spürbar ist. Darüber gelegen, aber nach vorn gelagert, befindet sich das Schambein mit der Schambeinfuge. Dies ist ein knorpeliger Spalt in der vorderen Körpermitte. Oberhalb dieser Fuge befindet sich der von außen gut tastbare Schambeinhöcker. Die Becken von Mann und Frau unterscheiden sich in ihrem Aufbau stark voneinander. Sowohl das knöcherne Becken als auch die Muskulatur sind für die geschlechtsspezifischen Aufgaben unterschiedlich angelegt.
  • Beschreiben Sie den Aufbau und die Knochen der Hand.

    Lösung

    Die Hand ist aus drei Knochengruppen aufgebaut, nämlich Handwurzel, Mittelhand und Finger. Die Handwurzel wird aus acht Handwurzelknochen gebildet. Diese sind in zwei Reihen angeordnet und durch Bänder fest miteinander verbunden. In der ersten Reihe finden wir das Kahnbein, das Mondbein, das Dreiecksbein und das Erbsenbein. In der zweiten Reihe sind es das große Vieleckbein, das kleine Vieleckbein, das Kopfbein und das Hakenbein. Die fünf Mittelhandknochen sind röhrenförmig gebaut und über ihre Gelenkflächen verbunden. Der erste, zum Daumen führende Mittelhandknochen ist über ein Sattelgelenk, das Daumenwurzelgelenk, mit dem großen Vieleckbein der Handwurzel verbunden. Die Fingerknochen bestehen, mit Außnahme des zweigliedrigen Daumens, immer aus drei Gliedern, den Phalangen. Diese drei Glieder werden als Grund-, Mittel- und Endphalanx bezeichnet. Dazwischen liegen die Fingergrundgelenke, Fingermittelgelenke und Fingerendgelenke.
  • Aus welchen Knochen besteht der Fuß?

    Lösung

    Der Fuß besteht aus drei Abschnitten. Zum einen aus der Fußwurzel, welche aus sieben Fußwurzelknochen besteht: Fersenbein, Sprungbein, Kahnbein, drei Keilbeinen und dem Würfelbein. Der zweite Abschnitt des Fußes ist der Mittelfuß, welcher aus den fünf röhrenartigen Mittelfußknochen besteht. Der dritte Abschnitt wird von den Zehen gebildet. Diese sind ebenfalls Röhrenknochen, wobei die Großzehe aus zwei Knochen und die vier anderen Zehen aus jeweils drei Knochen bestehen.
  • In welche anatomischen und funktionellen Bereiche gliedert sich das vegetative Nervensystem?

    Lösung

    Funktionell unterscheidet man beim vegetativen Nervensystem zunächst den Sympathikus und den Parasympathikus. Beide entspringen dem Rückenmark oder der Medulla oblongata des Gehirns und ziehen dann an die verschiedenen inneren Organe. Ein weiterer autonomer Bereich des vegetativen Nervensystems ist das enterische Nervensystem des Darms.
  • Welche Organfunktionen haben Sympathikus und Parasympathikus?

    Lösung

    Der Sympathikus ist für eine Leistungssteigerung des Organismus' verantwortlich. Er greift bei Angst- oder Fluchtreaktionen. Zielgewebe des Sympathikus sind vor allem die glatte Muskulatur der Blutgefäße und Drüsen. Hier wirkt der Sympathikus durch Vasokonstriktion auf Arterien- und Venenwände. Er steuert unwillkürlich lebenswichtige Vorgänge des Körpers. Eine Aktivierung des Sympathikus erhöht die Herzfrequenz, steigert den Blutdruck, initiiert die Glykolyse in der Leber und die Lipolyse in den Fettzellen. Der Parasympathikus hingegen ist vor allem bei körperlicher Ruhe aktiv und regelt die Erholung der Körperfunktionen. Die parasympathische Wirkung ist antagonistisch zum Sympathikus, d.h. sie erniedrigt z.B. die Herzfrequenz, erhöht aber die Magen-Darm-Motorik. Mit Ausnahme der Genitalorgane sind die Blutgefäße aber nicht parasympathisch innerviert. Der Parasympathikus fördert zudem die Entleerung der Blase und die Tränensekretion am Auge.
  • Welche präganglionären Transmitter verwenden Sympathikus und Parasympathikus, und welche Rezeptortypen sind dort lokalisiert?

    Lösung

    Die synaptische Übertragung an den präganglionären Synapsen ist bei Sym- und Parasympathikus sehr ähnlich. Sie benutzen beide an diesen Synapsen Acetylcholin als Transmitter und besitzen an den Dendriten der Folgeneurone dafür nicotinerge Rezeptoren von dem Typ, den man auch in den Synapsen der motorischen Endplatte im peripheren Nervensystem findet.
  • Welche postganglionären Transmitter verwendet der Sympathikus, und welche Rezeptortypen sind in den Erfolgsorganen vorhanden?

    Lösung

    Als hauptsächlichen Transmitter setzen die postganglionären Neurone des Sympathikus Noradrenalin frei. Noradrenalin (und auch Adrenalin) wirken auf spezielle Rezeptoren, die sich in zwei Hauptgruppen, die _- und _- Rezeptoren einteilen lassen. Beide Gruppen enthalten Subtypen der jeweiligen Rezeptoren, welche in den Geweben der Zielorgane unterschiedlich verteilt sind.
  • Beschreiben Sie zwei wichtige spinale Reflexe beim Menschen.

    Lösung

    Spinale Reflexe sind unbedingte Reflexe. Sie stellen einen Vorrat elementarer Haltungs- und Bewegungsprogramme dar, wie z.B. Atmung, Laufen, Gehen und die Darmentleerung. Dieser Programme kann sich unser Körper je nach Bedarf bedienen, ohne dass sich die höheren Abschnitte des ZNS im Einzelnen um die Ausführung dieser bemühen müssen.
  • Beschreiben Sie die Bildung eines Aktionspotenzials an einer Nervenzelle.

    Lösung

    Die Bildung eines Aktionspotentials (AP) spielt sich im Verlauf von ein bis zwei ms ab. Das Ruhepotentail (RP) einer Nervenzellmembran beträgt ca. -70 mV. Erreicht der Reiz einen bestimmten Schwellenwert (Alles-oder-Nichts-Gesetz), so wird das plötzliche AP ausgelöst. Es ist eine starke Depolarisation der Membran zu messen. Diese Depolarisation wird durch einen schnellen Na+-Einstrom entlang des Gradienten verursacht, da sich spannungsabhängige Na+-Kanäle öffnen. Jetzt erreicht das Potential einen Wert von ca. +30 mV, wodurch die Na+-Kanäle mit zunehmender Umpolung inaktiviert werden und sich schließen. Anschließend kommt es zu einer fast ebenso schnellen Repolarisation, wobei das Potential in den negativen Bereich zurückkehrt. Diese wird verursacht durch einen K+-Ausstrom aufgrund der Öffnung von K+-Kanälen. Es unterschreitet sogar kurz das RP und erreicht einen Wert von ca. -90 mV. Dieser Vorgang wird als Hyperpolarisation bezeichnet. Erst danach stellt sich innerhalb von ein bis zwei ms wieder das RP ein und die Membran kann erneut gereizt werden.
  • Welche Zustände kann der spannungsaktivierte Na+-Kanal einnehmen?

    Lösung

    Der spannungsabhängige Na+-Kanal ist für die Depolarisation des Aktionspotentials verantwortlich. Er kann durch zwei Tore verschlossen werden, die sich nach einem Dreizustandsmodell öffnen und schließen. Je näher sich das Membranpotential beim Ruhepotential befindet, desto wahrscheinlicher ist der Kanal in seinem geschlossenen, aber aktivierbaren Zustand. Hat ein Reiz das Membranpotential über die Schwelle in Richtung null depolarisiert, wird der Kanal aktiviert und geöffnet. Anschließend wird er inaktiviert und kann nicht gereizt werden, bevor er wieder in den ürsprünglichen, aktivierbaren Zustand übergeht.
  • Worin unterscheidet sich eine saltatorische Erregungsleitung von einer kontinuierlichen, und was ist eine markhaltige Nervenfaser?

    Lösung

    Kontinuierliche Erregungsleitung findet an marklosen Nervenfasern statt, wohingegen die saltatorische an markhaltigen - myelinisierten - Axonen stattfindet. Die saltatorische Erregungsleitung verläuft schneller, als die kontinuierliche. Das liegt daran, dass die marhaltigen Axone Ranviersche Schnürringe aufweisen, an denen sie nicht myelinisiert sind. Nur hier ist das Axon unisoliert und nur hier kann ein Aktionspotential (AP) entstehen. Dieses 'springt' von Ring zu Ring und ist demnach schneller, als die kontinuierliche, langsame Weiterleitung eines APs an marklosen Axonen.
    Marklose Nervenfasern findet man hauptsächlich bei Invertebraten und im vegetativen Nervensystem der Vertebraten. Die Mehrzahl der Vertebratenneurone hingegen ist markhaltig. Diese Nervenzellen zeigen am Axon unterschiedliche Isolierungen auf, die durch die Form der Schwannschen Zellen bestimmt werden. Diese bilden die sogenannte Myelinscheide, welche sich auch in mehreren Schichten um das Axon legen kann. Dies führt zu einer sehr guten Isolierung. Die Myelinschicht ist nur an den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Stellen weist die axonale Membran verhältnismäßig viele spannungsabhängige Na+-Kanäle auf.
  • Wie entsteht ein EPSP, und worin unterscheidet es sich von einem IPSP?

    Lösung

    ESPS steht für 'exzitatorische postsynaptische Potentiale' und IPSP für 'inhibitorische postsynaptische Potentiale'. EPSPs werden durch erregende Neurone verursacht und entstehen z.B. durch den stimulierenden Neurotransmitter Ach (Acetylcholin). IPSPs werden durch hemmende Neurone verursacht und entstehen durch den hemmenden Neurotransmitter GABA (_-Aminobuttersäure). EPSPs werden hauptsächlich durch den Einstrom von Na+ - Ionen in die postsynaptische Zelle erzeugt. Die Zelle depolarisiert und die Schwelle zur Auslösung eines Aktionspotentials (AP) kann erreicht werden. IPSPs hingegen werden entweder durch K+ - Ausstrom oder auch häufig durch Cl- - Einstrom ausgelöst. Dies führt zu einer Hyperpolarisation der postsynaptischen Membran. Da sich das Membranpotential noch weiter von der Schwelle zum AP entfernt, ist die Zelle nicht erregbar und es kann kein AP gebildet werden. Wird eine Synapse gleichzeitig von einem erregenden und einem hemmenden Neuron gereizt, wird die Information verrechnet und ein integrales Potential gebildet, welches keine Erregung zur Folge hat. Postsynaptische Potentiale sind graduelle, integrale Antworten auf die ausgeschüttete Menge der Transmitter. Sie verlaufen nicht nach dem Alles-Oder-Nichts-Prinzip, sondern verhalten sich ähnlich wie Rezeptorpotentiale an Sinneszellen.
  • Erklären Sie den Mechanismus der Langzeitpotenzierung (LTP).

    Lösung

    Durch eine mehrfach und ständig wiederholte Reizung wird die Synapse zu einer besonderen Eigenschaft stimuliert, der Kurz- oder Langzeitspeicherung von Informationen. Diese posttetanische (Kurzzeitspeicherung) und die Langzeit-Potenzierung (LTP, Langzeitspeicherung) sind an den Vorgängen des Lernens und der Gedächtnisbildung beteiligt. Während bei der Kurzzeitspeicherung nur präsynaptische Mechanismen entscheidend sind, kommen bei der LTP prä- als auch postsynaptische Mechanismen in Form einer Rückkopplung zusammen. Hier spielen Synapsen mit metabotropen Rezeptoren eine wichtige Rolle. Bei normaler synaptischer Übertragung durch Glutamat aktivert dieses den A/K-Rezeptor (non-NMDA-Rezeptor) während der NMDA-Rezeptor noch durch extrazelluläres Mg2+ blockiert bleibt. Bei der LTP wird der A/K-Rezeptor wiederholt gereizt. Dadurch erhöht sich die intrazelluläre Ca2+ Konzentration, worauf über Enzyminduktion das gasförmige NO aus der Zelle freigesetzt wird. Es dient als retrograder Botenstoff und wirkt auf die präsynaptische Membran zurück, es erfolgt die Ausschüttung von noch mehr Glutamat. Dadurch wird der Mg2+-Block am NMDA-Rezeptor gelöst. Nun kann dieser als offener Ionenkanal dem Einstrom von Ca2+- Ionen dienen. Dies wiederum bewirkt eine weitere NO-Freisetzung, welche abermals an der präsynaptischen Membran wirkt, usw. Auf diese Weise kommt es zu einem kreisenden Informationsfluss in der Synapse, die ständig erregt bleibt. Die postsynaptische Nervenzelle bleibt so über Stunden und auch Tage erregt. Solche Synapsen findet man hauptsächlich im Gehirn, weshalb ihnen eine bedeutende Rolle in der Gedächtnisbildung zugeschrieben wird.
  • Beschreiben Sie den kontraktilen Apparat einer glatten Muskelzelle.

    Lösung

    Glatte Muskulatur, wie wir sie z.B. in vielen inneren Organen, wie dem Magen und dem Darm finden, weist einen anderen kontraktilen Apparat auf, als gestreifte Skelett-Muskulatur. Die Zellen der glatten Muskulatur enthalten einen kontraktilen Apparat aus ebenfalls überlappenden Actin- und Myosinfilamenten. Diese sind allerdings nicht in den für die Skelett-Muskulatur typischen Sarkomeren angeordnet. Sie verlaufen vielfach durcheinander und sind spindelförmig angeordnet. Die Myosinfilamente sind mit scheibenförmigen Anheftungsplatten in der Zellmembran verankert. Diese verbinden auch die Zellen untereinander. Glatten Muskelzellen fehlt außerdem das ausgeprägte tubuläre System der Skelettmuskelzellen mit den Ca2+-Speichern.
  • Warum ist der Herzmuskel nicht tetanisierbar?

    Lösung

    Der Herzmuskel hat ein länger andauerndes Aktionspotential. Die Refraktärperiode endet erst, wenn die Kontraktion schon fast abgeklungen ist. Aus diesem Grund ist der Herzmuskel nicht tetanisierbar.
  • Welcher Unterschied besteht zwischen einem single unit-Typ und einem multi unit-Typ, und bei welcher Muskulatur kommen diese Begriffe vor?

    Lösung

    In der glatten Muskulatur werden funktionell zwei Typen von Muskelzellen unterschieden, der single unit-Typ und der multi unit-Typ. Beim single unit-Typ sind alle Zellen untereinander durch gap-junctions verbunden. Eine Erregung breitet sich über den gesamten Zellverband aus. Bei Magen, Darm, Blase und den Blutgefäßen ist das der Fall. Innerhalb der glatten Muskulatur dieser Organe entsteht die Erregung durch Schrittmacherzellen. Deren Rhythmus erregt die anderen Zellen auf elektrisch gekoppelte Art und sorgt dafür, dass sie im gleichen Takt arbeiten und sich die Kontraktion wie eine Welle ausbreitet. Diese Kontraktionsformen werden als myogener Tonus bezeichnet und entstehen unabhängig von der neuronalen Innervation. Neuronale Einflüsse können bei diesen Muskeltypen nur die Geschwindigkeit und die Kontraktionsstärke modulieren. Die glatten Muskelzellen vom multi unit-Typ arbeiten anders. Sie werden ausschließlich lokal von den entsprechenden Neuronen des vegetativen Nervensystems erregt. Diese geben ihre Transmittersubstanzen über so genannte Varikositäten ab. Varikositäten sind keine Synapsen im eigentlichen Sinne, sondern Strukturen, aus denen die Transmitter in den extrazellulären Raum diffundieren und nur einzelne glatte Muskelzellen erreichen. Diese werden dann erregt und kontrahieren. Die Zellen des multi unit-Typs sind nicht über gap-junctions miteinander verbunden. Daher bleibt die Erregung lokal begrenzt. Man spricht dann auch von einem neurogenen Tonus. Zu dieser Muskelart gehören die Zellen der Samenleiter, der Arteriolen, der Iris und auch der Muskulatur an den Haarwurzeln.
  • Welche Funktion haben Varikositäten?

    Lösung

    Varikositäten sind keine Synapsen im eigentlichen Sinne. Es handelt sich um Strukturen aus denen die Transmitter in den Extrazellularraum diffundieren und nur einzelne, glatte Muskelzellen durch Diffusion erreichen. Diese werden dann erregt und kontrahieren. Varikositäten findet man bei glatten Muskelzellen vom multi unit-Typ im vegetativen Nervensystem.
  • Wie entsteht das Aktionspotenzial einer glatten Muskelzelle?

    Lösung

    Die Depolarisation der glatten Muskelzelle läuft nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip ab. Sie depolarisiert und bildet Aktionspotentiale, wenn das oszillierende Ruhepotential einen Schwellenwert überschreitet. Wird dieser Schwellenwert erreicht, so öffnen sich zusätzlich schlagartig Ca2+-Kanäle und die Depolarisation läuft ab und generiert eine Reihe von Aktionspotentialen.
  • Erklären Sie die Funktion von Troponin und Tropomyosin.

    Lösung

    Troponin und Tropomyosin sind Teil des kontraktilen Elements der quergestreiften Muskulatur. Dieses Element besteht aus Actin- und Myosinfilamenten, welche die strukturelle Grundlage der Muskelbewegungen bilden. Dabei ist der Proteinstrang Tropomyosin in die Furche der zwei schraubenartig verdrehten F-Actin-Elemente eingebettet. In ca. 6 nm Abständen ist ein weiteres kugelförmiges Protein angelagert, das Troponin. Zusammen bilden diese Elemente das Actin-Filament.
  • Welche unterschiedlichen Typen von Muskulatur gibt es?

    Lösung

    Wir unterscheiden die quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur), die Herzmuskulatur und die glatte (Eingeweide-) Muskulatur.
  • Erläutern Sie den Ablauf der elektromechanischen Kopplung.

    Lösung

    Mit der elektromechanischen Kopplung wird eine zeitliche, nacheinanderfolgende Sequenz von Muskelaktionspotential, Ca2+- Signal und Muskelkontraktion beschrieben. Die neuronale Erregung (Aktionspotential, AP) wird über eine motorische Endplatte auf den quergestreiften Muskel übertragen. Die Depolarisation der Wand des T-Tubulus bewirkt die Konformationsänderung des spannungssensitiven DHPR-Rezeptoren (Di-Hydropyridin-Rezeptoren). Dies veranlasst die Öffnung des Ryanodin-Rezeptors (Ca2+- Kanal), sodass in wenigen ms Ca2+- Ionen aus dem sarkoplasmatischen Reticulum (Ca2+- Speicher der Muskelfasern) in das Cytosol der Muskelzelle strömen. Dort diffundieren die Ionen zu den kontraktilen Filamenten und binden am Troponin C, welches an den Actinfilamenten sitzt. Daraufhin wird in mehreren Schritten die Interaktion von Actin und Myosin gestartet, die Querbrückenaktivität. Die Filamente gleiten ineinander und die Sarkomere verkürzen sich.
  • Welche Fasertypen gibt es in der quergestreiften Muskulatur?

    Lösung

    Die quergestreifte Muskulatur der Wirbeltiere besteht aus tonischen Muskelfasern und den phasischen Muskelfasern vom Typ I, II a und II b.
  • Was ist eine Ruhedehnungskurve?

    Lösung

    Die Ruhedehnungskurve beschreibt, neben den isotonischen und isometrischen Maxima, die feste Beziehung zwischen Muskelkraft und Muskellänge.
  • Erklären Sie den Unterschied zwischen objektiver Sinnesphysiologie und Wahrnehmungspsychologie.

    Lösung

    Die objektive Sinnesphysiologie untersucht die durch Experimente messbare Signalkette, welche mit dem Reiz beginnt, über die Erregung der Sinneszellen läuft, zu der Weiterleitung durch afferente sensorische Neurone führt und bis zur Verarbeitung in sensorischen Zentren des ZNS reicht. Diese Vorgänge können objektiv betrachtet und untersucht werden. Die Wahrnehmungspsychologie beschäftigt sich hingegen mit einer objektiv nicht erfassbaren Dimension der Vorgänge. Hierbei handelt es sich um rein subjektive Wahrnehmungen, welche von jedem Individuum unterschiedlich erfahren und mit den Sinneseindrücken verbunden werden. Beim Menschen kann diese Wahrnehmung durch Befragung erschlossen und bei Tieren durch Verhaltensuntersuchungen nachvollzogen werden. Beide Bereiche gehören der Sinnesphysiologie an.
  • Was ist eine Reiztransduktion, und wie unterscheidet sie sich von einer Transformation?

    Lösung

    Als Reiztransduktion wird der Prozess bei der Entstehung eines Rezeptorpotentials bezeichnet. Mit der Transformation hingegen wird die Übersetzung dieses lokalen Rezeptorpotentials in eine modulierte Serie von Aktionspotentialen beschrieben. Sinneszellen erstellen also aus dem Reiz ein Rezeptorpotential (Transduktion), welches anschließend in eine Serie von Aktionspotentialen übersetzt wird (Transformation).
  • Welche Typen von Regelcharakteristika gibt es bei Sinnesrezeptoren?

    Lösung

    Man unterscheidet den phasisch-tonischen Rezeptor (PD-Typ), den phasischen Rezeptor (D-Typ) und den tonischen Rezeptor (P-Typ). Der PD-Typ regelt nach einer Proportional-Differenzial-Charakteristik, der D-Typ nach einer Differenzial-Charakteristik und der P-Typ nach einer Proportional-Charakteristik.
  • Erklären Sie die Funktion des Gehörorgans beim Menschen. Wie werden die Schallwellen in elektrische Signale umgesetzt?

    Lösung

    Bei den an Land lebenden Wirbeltieren werden die Schallwellen über das Außenohr, an dessen Ende das Trommelfell sitzt, aufgenommen. Da wir über zwei Ohren verfügen, kann bereits über die Trommelfelle die Druckdifferenz des Schalls erfasst und somit die Richtung dessen bestimmt werden. Das Trommelfell schließt das Außenohr komplett vom Mittelohr ab. Die Membran wird durch die Schallwellen in Schwingungen versetzt. Deren Amplitude wird nun durch die drei Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss, Steigbügel) des Mittelohrs auf das ovale Fenster des Innenohrs übertragen und der Schalldruck wird durch die Hebelmechanik der Knöchelchen ca. 80fach verstärkt. Ein Druckausgleich zwischen Ohr und Umgebung ist durch die Eustachsche Röhre möglich, welche das Mittelohr mit dem Rachenraum verbindet. Im Innenohr befindet sich die knöcherne Schnecke (Cochlea), welche drei, durch häutige Schichten umgebene Kanäle enthält. Der Schall wird also vom Steigbügel über das ovale Fenster auf die Perilymphe des oberen Kanals (Scala vestibuli, oberer Kanal) übertragen. Die Schallwellen laufen über das Helicotrema (Verbindungsspitze des oberen und unteren Kanals) und die Scala tympani des unteren Kanals zum runden Fenster. Dieses bewegt sich in Ausgleichsbewegungen zum ovalen Fenster. Bei der Wanderung der Schallwellen wird die Basilarmembran, welche zwischen oberem und unterem Kanal liegt, in Schwingung versetzt. In dieser Basilarmembran liegt das Corti-Organ, das eigentliche Sinnesorgan. Erreichen die Schallwellen ihr Maximum an der Basilarmembran, wird das Corti-Organ erregt. Seine Sinneszellen sind in äußere und innere Haarzellen eingeteilt, welche ein Ruhepotential von ca. -70 mV aufweisen. Durch den Schall werden die Cilien gebogen und ein Rezeptorpotential enststeht.
  • Welche Geschmacksqualitäten gibt es?

    Lösung

    Man unterscheidet eigentlich vier Geschmacksqualitäten: bitter, süß, sauer und salzig. Der Umami-Geschmack wurde neu als fünfte Qualität eingeführt.
  • Welche Typen von Sinneszellen befinden sich in der Netzhaut, und welche Funktion haben sie?

    Lösung

    Die Netzhaut trägt zwei Arten von lichtsensorischen Zellen (Photorezeptoren), welche sich zwischen den Pigmentzellen befinden. Die einen sind die Stäbchen. Hierbei handelt es sich um hoch empfindliche Sensoren, die nur für das Hell-Dunkel-Sehen (skotopisches Sehen) verantwortlich sind. Das photopische Sehen (Farbensehen) wird durch die weniger lichtempfindlichen Zapfen ermöglicht.
  • Was ist ein dioptrischer Apparat, und welche Funktion hat er?

    Lösung

    Das menschliche Auge wird in einen vorderen dioptrischen Apparat und einen hinteren rezeptiven Bereich (Netzhaut) eingeteilt. Der dioptrische Apparat ist der physikalisch-optische Teil des Auges und bildet auf der Netzhaut (Retina) ein umgekehrtes und verkleinertes Bild ab. Er besteht aus der durchsichtigen Hornhaut, den mit Kammerwasser gefüllten hinteren und vorderen Augenkammern, der die Pupille bildenden Iris, der Linse und dem Glaskörper, einer gelartigen Struktur, die den größten Teil des Raums im Augapfel ausfüllt. Der dioptrische Apparat fokussiert die Lichtstrahlen auf der Netzhaut und ermöglicht so eine scharfe Abbildung. Er kann akkomodieren und damit sowohl Sehschärfe als auch Schärfentiefe regeln.
  • Wie entsteht das Rezeptorpotenzial bei den Photorezeptoren der Wirbeltiere und wodurch unterscheidet es sich von dem der wirbellosen Tiere?

    Lösung

    Das Sehpigment der Stäbchen, das Rhodopsin, besteht aus Opsin und einer chromophoren Gruppe, dem 11-cis-Retinal. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften kann diese chromophore Grupper Licht absorbieren und verändert seine Struktur dann zum all-trans-Retinal. Dieses all-trans-Retinal dissoziiert nun vom Opsin, wodurch die Struktur des Opsins verändert wird. Opsin ist nun enzymatisch aktiv, indem es das GTP-bindende Protein Transducin aktiviert. Transducin wiederum aktiviert eine Phosphodiesterase, welche in der Zelle cGMP abbaut. Bei cGMP handelt es sich um einen intrazellulären Signalstoff, auf dessen Konzentrationsverringerung cGMP-aktivierte Kationenkanäle mit einer Schließung reagieren. Es kommt zu einer Hyperpolarisation der Zelle. Im Vergleich dazu führt die Lichteinwirkung bei Invertebraten zu einem depolarisierenden Rezeptorpotential. In den Zapfen laufen ähnliche biochemische und elektrische Vorgänge ab.
  • Welche Typen von Thermorezeptoren gibt es, und wozu werden sie benutzt?

    Lösung

    Thermorezeptoren sind Neuronen, die ihre Aktionspotentialfrequenz bei Temperaturveränderung entweder steigern, oder verringern. Deshalb werden sie in Warmrezeptoren und Kaltrezeptoren unterteilt. Die zentralen Thermorezeptoren erfassen die Temperatur im Körperkern. Diese liegen in verschiedenen Rezeptorenfeldern, vorwiegend im Hypothalamus und im Wirbelkanal des Rückenmarks. Die peripheren Thermorezeptoren liegen in der Haut. Sie sind besonders an solchen Stellen zu finden, welche exponierte Areale zur Wärmeabgabe darstellen, wie z.B. im Nasen-Mund-Bereich, Ohren oder an den Hoden.
  • Wie verläuft die optische Signalverarbeitung im zentralen Nervensystem?

    Lösung

    Die optische Signalverarbeitung erfolgt zunächst erst, wenn die Information über mehrere Umschaltstationen in den visuellen Cortex im Hinterhauptbereich gelangt ist. Die erste Verarbeitung der optischen Information erfolgt in den retinalen Ganglienzellen über die Vergleiche der rezeptiven Felder. Aber erst im visuellen Cortex wird aus den Informationen der beiden Netzhäute ein dreidimensionales Bild errechnet. Für jeden Bereich der Netzhaut ist im primären visuellen Cortex eine Gruppe corticaler Zellen vorhanden, die eine genaue räumliche Entsprechung zur Netzhaut abbilden. Die corticalen Zellen verarbeiten die Informationen und bilden eine Orientierungssäule ab, welche dann im visuellen Cortex mit dem Inhalt von visuellen Assoziationsfeldern verglichen wird. So werden nicht nur Formen und Linien, sondern auch komplexe Muster wie z.B. Gesichtszüge erkannt und zugeordnet. Diese visuellen Hirnregionen liegen im Bereich des Hinterhautlappens.
  • Welche Arten von Hormonen gibt es, und nach welchen Kriterien werden sie eingeteilt?

    Lösung

    Man unterscheidet zwischen fettlöslichen Steroid- und meist wasserlöslichen Peptidhormonen, zwischen Aminosäure- und Arachidonsäurederivaten. Sie werden nach ihrer chemischen Struktur, ihrem Bildungsort oder ihrem Wirkmechanismus eingeteilt.
  • In welchen Organen werden im Körper welche Hormone gebildet?

    Lösung

    Zu den Steroidhormonen gehören z.B. Aldosteron, welches in der Nebennierenrinde gebildet wird, das Testosteron der Hoden und die Östrogene der Eierstöcke. Die Synthese der Peptidhormone Insulin, Calcitonin und Parathormon erfolgt in der Bauchspeicheldrüse, der Schilddrüse und den Nebenschilddrüsen. Thyroxin und Adrenalin sind Aminosäurederivate und werden in der Schilddrüse und dem Nebennierenmark gebildet. Die Arachidonsäurderivate (Prostaglandine, Thromboxan) werden überall im Körper synthetisiert.
  • Welche generellen Unterschiede gibt es bezüglich der Interaktion von Hormonen mit ihren Rezeptoren und deren zellulärer Lokalisation?

    Lösung

    Man unterscheidet zwischen Hormonrezeptoren in der Zellmembran und denen im Intrazellularbereich. Diese Rezeptoren sind unterschiedlich lokalisiert, da ihre Hormone unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen. Wasserlösliche Hormone (Peptidhormone, Aminosäurederivate) können nicht in die Zelle eindringen und benötigen deshalb extrazelluläre Rezeptoren in der Zellmembran. Steroid- und auch die Schilddrüsenhormone sind lipidlöslich und können demnach die Zellmembran passieren. Ihre Rezeptoren liegen im Cytoplasma, bzw. dem Zellkern.
  • Über welche Mechanismen werden Wachstum und Größe der Hormondrüsen reguliert?

    Lösung

    Bei Wachstum und Größe der Hormondrüsen spielen Zellteilung (Proliferation) und Zelltod (Apoptose) eine große Rolle, denn Größe und Wachstum der Hormondrüsen werden ständig den Erfordernissen des Körpers angepasst. Liegt eine dauerhaft gesteigerte Hormonausschüttung vor, so führt dies zu einer Vergrößerung der Hormondrüse (Hyperplasie), bei der die Zahl und die Größe der hormonproduzierenden Zellen zunehmen. Bei einer verringerten Hormonausschüttung kommt es zu einer Verkleinerung der Drüse (Atrophie).
  • Was versteht man unter der Hierarchie der Hormonausschüttung?

    Lösung

    Die Hormonsekretion unterliegt einer gewissen Rangfolge. Das heißt, dass bestimmte Hormondrüsen anderen hormonausschüttenden Drüsen und Geweben übergeordnet sind. Bei vielen hormonellen Regelkreisen ist der Hypothalamus der oberste Regulator. Dieser stellt den Kontakt zwischen Außenwelt und Körperinnerem her und beeinflusst wiederum den Hypophysenvorderlappen der Hypophyse. Der Vorderlappen wirkt anschließend auf untergeordnete Hormondrüsen, wie z.B. die Nebennieren oder die Schilddrüse. Diese wirken dann auf die jeweiligen Zielzellen. Die Hormone des Verdauungstraktes und der Bauchspeicheldrüse funktionieren allerdings weitestgehend unabhängig auf lokaler Ebene.
  • Welche Hormone werden im Hypothalamus-Hypophysen-System gebildet?

    Lösung

    Das Hypothalamus-Hypophysen-System stellt das höchste hormonelle Kontrollorgan im Körper dar. Im Hypothalamus werden Releasing-Hormone (RH, Liberine) und Inhibiting-Hormone (ICH, Statine) gebildet. In der Hypophyse werden glandotrope Hormone, Somatotropin (Wachstumshormon), Prolaktin und MSH (melanocytenstimulierendes Hormon) gebildet.
  • Was bewirken die Hormone der Epiphyse?

    Lösung

    Die Epiphyse befindet sich oberhalb des Mittelhirns im ZNS. Sie sezerniert Melatonin und verbindet so die lichtempfindlichen neuralen Strukturen der inneren Uhr mit dem endokrinen System. Melatonin wird verstärkt in Dunkelheit und weniger stark bei Licht ausgeschüttet. Es scheint einen positiven Effekt auf das Immunsystem zu haben, aber bei zu hoher Dosierung konzerogen zu wirken.
  • Erklären Sie den Ablauf der Biosynthese der Schilddrüsenhormone.

    Lösung

    Die beiden iodhaltigen Schilddrüsenhormone Thyroxin und Triiodthyronin werden in den Follikelzellen der Schilddrüse produziert. Die Synthese läuft folgendermaßen ab. Zunächst synthetisiert der Golgi-Apparat der Follikelepithelzelle das Protein Thyreoglobulin, welches durch Exocytose in das Follikellumen abgegeben wird. An der basolateralen Seite der Epithelzellen wird gleichzeitig Iodid (I-) über einen Na+-gekoppelten Cotransport aufgenommen. Iodid gelangt über einen apikalen Kanal ebenfalls in das Follikellumen und wird dort zu Iod oxidiert. Dieses Jod wird nun an die Thyrosinreste des Thyreoglobulins gebunden. Je zwei dieser Reste verbinden sich, so dass Thyreoglobuline entstehen, die entweder drei (T3, Triiodthyronin) oder vier (T4, Thyroxin) Iodatome enthalten. Bis zur Sekretion wird diese Struktur im Follikellumen in kolloidaler Form gespeichert. Zur Sekretion wird das Thyreoglobulin durch Endocytose in die Zelle aufgenommen, T3 und T4 enzymatisch vom Globulin abgespalten und in das Blut abgegeben.
  • Welche Hormone werden in der Nebenschilddrüse gebildet, und welche Funktion haben sie?

    Lösung

    Die Nebenschilddrüsen bilden das Parathormon (PTH), welches im Zusammenspiel mit Calcitonin und Vitamin D an der Regulation des Knochenstoffwechsels beteiligt ist. Das PTH aktiviert die Osteoklasten, erhöht dadurch den Knochenabbau und den Calciumspiegel im Blut. Außerdem vermindert es die Calciumausscheidung der Niere und erhöht die Calciumresporption im Darm.
  • Welche Hormone werden in den verschiedenen Gewebeschichten der Nebenniere gebildet, und welche Funktion haben sie?

    Lösung

    Die Nebenniere wird in drei Zonen untergliedert, welche je unterschiedliche Hormone synthetisieren. Die äußere Zona glomerulosa bildet das Mineralocorticoid Aldosteron, welches den Wasser- und Salzhaushalt des Körpers reguliert. Es fördert die Resorption von Natrium und stimuliert die Ausscheidung von Kalium in der Niere. Die mittlere Zona fasciculata bildet die Glucocorticoide, z.B. Cortisol. Glucocorticoide steigern die Stoffwechselprozesse, hemmen Entzündungsvorgänge und die Lymphocyten, wirken antientzündlich auf die Wundheilung und fördern den Knochenabbau. Die innere Zona reticularis bildet geringe Mengen von Sexualhormonen, vorwiegend Androgene. Androgene wirken anabol und muskelaufbauend.
  • Aus welchen drei Schichten besteht die menschliche Haut?

    Lösung

    Die menschliche Haut besteht aus der Oberhaut (Epidermis), der Lederhaut (Corium) und der Unterhaut (Subcutis).
  • Aus wie vielen Schichten besteht die Oberhaut, und welche Zelltypen findet man in ihnen?

    Lösung

    Allgemein gesagt besteht die Haut aus Keratinocyten, welche sich in fünf untereinander liegenden Schichten anordnen. Der Umwelt zugewand finden wir die Hornschicht (Stratum corneum). Sie besteht aus flachen, kernlosen Keratinocyten, welche sich ständig nach außen ablösen und von unten ersetzt werden. Eine Schicht weiter unten liegt die Glanzschicht (Stratum lucidum), welche nur an Fußsohlen und der Handinnenfläche zu finden ist. Sie besteht aus sehr flachen belastbaren Zellen. Die folgende Körnerschicht (Stratum granulosum) besteht ebenfalls auch flachen Zellen. Darauf folgt die Stachelzellschicht (Stratum spinosum), welche aus Melanocyten (pigmenthaltigen Zellen) mit stacheligen Ausläufern besteht. Ganz innen in der Oberhaut liegt die Basalzellschicht (Stratum basale). Sie ist sehr teilungsfähig und bildet ständig neue Zellen, welche nach oben in die anderen Schichten einwandern.
  • Beschreiben Sie die Entwicklung einer Keratinose.

    Lösung

    Als Keratinose wird das Frühstadium von Hautkrebs bezeichnet. Zu den bösartigen Hauttumoren gehören Basaliome und Melanome. Basaliome (heller Hautkrebs) entstehen - wie der Name schon sagt - aus den Basalzellen der Epidermis (Oberhaut). Diese Zellen teilen sich normalerweise mehrmals, ehe sie in die oberen Zellschichten der Epidermis (obere Schicht der Haut) befördert werden. Hier verlieren sie ihre Fähigkeit sich zu teilen, und verhornen.
    Ein Basaliom entsteht nun aus einer solchen entarteten Basalzelle. Diese Zelle verhornt im Unterschied zu der gesunden Basalzelle nicht in den obersten Schichten der Oberhaut. Sie besitzt diese Fähigkeit nicht. Anstelle dessen kann sie sich weiter teilen. Der Hauptrisikofaktor zur Entstehung von Basaliomen ist eine chronische, intensive Sonneneinstrahlung. Das maligne Melanom ist ein hochgradig bösartiger Tumor, der schnell Metastasen in anderen Organen bildet. Wie der Name schon sagt, geht er von den Melanozyten der Haut aus. Melanome werden in vier unterschiedliche Klassen eingestuft, die in ihrer Unregelmäßigkeit der ABCD-Regel folgen und danach klassifiziert werden. Nach dieser Regel werden die Kontur (Asymmetrie), Begrenzung, Farbe (Colorierung), und Größe (Durchmesser, > 5mm) beurteilt.
  • Was sind Hautanhangsgebilde?

    Lösung

    Haare, Nägel und Drüsen werden als Hautanhangsgebilde bezeichnet. Dabei handelt es sich um Strukturen, die den Hautbereich durchqueren und auf der Oberfläche nach außen münden.
  • Welche Drüsentypen findet man in der menschlichen Haut?

    Lösung

    In der menschlichen Haut findet man Schweißdrüsen, Talgdrüsen und Duftdrüsen.
  • Beschreiben Sie den Unterschied zwischen apokrin und ekkrin.

    Lösung

    Als apokrine Sekretion wird die Ausscheidung großer Tropfen bezeichnet. Die Sekretion vieler kleiner wässriger Sekrettropfen wird als ekkrin bezeichnet.
  • Aus welchem Hautzelltyp entsteht ein Basaliom und aus welchem ein malignes Melanom?

    Lösung

    Ein Basaliom entsteht aus Basalzellen. Ein malignes Malinom hingegen entwickelt sich aus entarteten Melanocyten.
  • Wodurch bildet sich eine Gürtelrose, und wie kann man sie behandeln?

    Lösung

    Die Gürtelrose (Zoster) ist ein schmerzhafter Hautausschlag, der durch das Varicella-Zoster-Virus hervorgerufen wird. Dieses Virus gehört zur Familie der Herpes-Viren. Beim Erstkontakt verursacht das Varicella-Zoster-Virus Windpocken (Varizellen). Typisch für Herpes-Viren ist, dass sie nach einer Infektion in bestimmten Bereichen des Nervensystems verbleiben. Werden sie reaktiviert, entwickelt sich eine Gürtelrose. Auch nach einer Impfung gegen Windpocken kann Gürtelrose auftreten. Die Behandlung besteht in medikamentöser Therapie mit antiviralen Mitteln, wie Aciclovir, Famciclovir oder Valaciclovir. Um einen schnellen Behandlungserfolg zu erzielen, sollte mit der Behandlung schnell begonnen werden.
  • Was ist eine Wundrose, und wodurch entsteht sie?

    Lösung

    Die Wundrose ist eine örtliche Entzündung der Lederhaut, die durch Streptokokken verursacht wird. Die Bakterien dringen über eine Eintrittspforte in die Haut ein und befallen auch das örtliche Lymphsystem. Im Lymphsystem kann sich die Infektion ausbreiten. Als Eintrittspforte dienen häufig kleine Wunden, Risse oder Geschwüre, welche in den Zwischenzehenräumen und Mundwinkeln entstanden sind.
  • Was ist der Unterschied zwischen holokrinen und merokrinen Drüsen?

    Lösung

    Bei holokrinen Drüsen wird der gesamte Zellinhalt in das Sekret umgewandelt. Die Zelle zerfällt anschließend. Bei merokrinen Drüsen wird das Sekret aus der intakten Zelle ausgeschleust. Die Zelle bleibt erhalten.
  • Was ist der Hämatokrit, und welche Bestandteile des Blutes gibt es?

    Lösung

    Mit dem Hämatokrit wird der Volumenanteil der Blutzellen bezeichnet. Er nimmt nur knapp die Hälfte des Gesamtvolumens des Blutes ein. Blut besteht etwa zur Hälfte aus der wässrigen Phase, dem Blutplasma, welches die gelösten Stoffe trägt. Dazu gehören die Blutgase O2 und CO2, Elektrolyte, Blutproteine mit daran gebundenen Signal- oder Abwehrstoffen, sowie die Blutzellen, welche vertreten sind durch Erythrozyten, Leukozyten und Lymphozyten und den Thrombozyten. Je nach Tierart ist das Blut anders zusammengesetzt.
  • Aus welchen hauptsächlichen Komponenten setzt sich das Blutplasma zusammen und was ist der Unterschied zum Blutserum?

    Lösung

    Das Blutplasma ist der nicht-zelluläre Bestandteil des Blutes. Es ist eine wässrige Lösung, in welcher die niedermolekularen Ionen (hauptsächlich Na+, Cl- und HCO3-), die hochmolekularen Plasmaproteine (Albumine, Globuline, etc.) und die Blutgerinnungsfaktoren und Proteine (Prothrombin, Fibrinogen u.a.) enthalten sind. Blutserum enthält im Gegensatz zu Blutplasma keine gerinnungsaktiven Substanzen, wie z.B. Fibrin.
  • Welche Blutgruppen gibt es beim Menschen, und wodurch wird die Blutgruppe eines Menschen festgelegt?

    Lösung

    Beim Menschen gibt es genau vier Blutgruppen: A, B, AB und 0. Die Variation der Antigene der Erythrozyten und Antikörper des Plasmas beim Menschen werden im ABO-Blutgruppensystem zusammengefasst. Seine Benennung erfolgt nach den gruppenspezifischen Oberflächenantigenen A und B. Die Blutgruppeneigenschaften (Antigene) werden nach den Mendelschen Gesetzen vererbt, wobei die Antigene A und B dominant sind. Der Genotyp des Trägers der Blutgruppe B kann deshalb homozygot (BB) oder heterozygot (B0) sein.
  • Welche Bestandteile des Rhesus-Systems können Rhesus-negative Menschen im Blut haben?

    Lösung

    Rhesusnegative (Rh-) Menschen besitzen bei Geburt weder Rhesus-Antigene, noch Rhesus-Antikörper. Sie können aber Rh-Antikörper durch Kontakt mit Rh-Antigenen, z.B. bei Bluttransfusionen oder Schwangerschaften ausbilden. Es gibt demnach zwei Gruppen Rh-negativer Menschen: solche ohne und solche mit Rh-Antikörpern.
  • Welche Struktur haben Antikörper und wie werden sie gebildet?

    Lösung

    Antikörper (AK; Immunglobuline) sind alle ähnlich aufgebaut. Sie bestehen aus vier Eiweißketten, zwei leichten und zwei schweren. Diese Eiweißketten sind über Disulfidbrücken miteinander verbunden. Das Fc-Fragment, ein Teil dieser Eiweißketten, ist bei allen Antikörperklassen (insgesamt fünf; IgM, IgG, IgA, IgD, IgE) strukturell ähnlich. Das Fab-Fragment, ein zweiter Teil, ist über ein 'Scharnier' (hinge-Region) mit dem Fc-Fragment verbunden. Dieses Fab-Fragment ist variabel und zwischen den AK unterschiedlich. An diesem variablen Teil des AKs befinden sich zwei Antigenbindungsstellen. Am Fc-Fragment, dem konstanten Teil, ist eine so genannte Fc-Bindungsstelle vorhanden. Mit dieser Stelle binden die AK an phagocytinierende Immunzellen. Seitlich am Fc-Fragment befindet sich eine weitere Bindungsstelle, mit der das Komplementsystem aktiviert werden kann. AK werden von aktivierten B-Lymphocyten gebildet. Diese Aktivierung der B-Lymphocyten erfolgt durch die Bindung von Antigenen. Jetzt reifen und proliferieren die B-Lymphocyten. Die Vielfalt der AK entsteht durch variable Gene und eine klonale Selektion der B-Lymphocyten. Im Verlauf der AK-Bildung nach einer Infektion werden zunächst IgM-AK hergestellt, später dann IgG-Moleküle. Somit bilden die IgM-AK die Erstantwort des Immunsystems bei beginnenden Infektionen, und die IgG kommen bei der Sekundärantwort vor.
  • Was besagt die osmotische Resistenz?

    Lösung

    Die normale Umgebung der Erythrocyten entspricht bei Säugetieren einer physiologischen Kochsalzlösung von 0,9%. Die Erythrocyten können leichte Schwankungen der Umgebungskonzentration kompensieren. Dieser gewisse Toleranzbereich wird osmotische Resistenz genannt. Wird dieser Toleranzbereich überschritten, so kommt es zur osmotischen Hämolyse und die Erythrocyten sterben ab.
  • Beschreiben Sie Bildung und Abbau der Erythrocyten.

    Lösung

    Alle Blutzellen, so auch die Erythrozyten, werden im hämatopoetischen Gewebe (Knochenmark) aus pluripotenten Stammzellen gebildet. Die pluripotenten Stammzellen entwickeln sich über verschiedene Differenzierungsschritte zu hämopoetischen Vorläuferzellen, aus denen sich unter dem Einfluss verschiedener Differenzierungsfaktoren die entsprechenden ausdifferenzierten Blutzellen bilden. Im Fall von Erythrozyten geht dieser Weg über erythroide Vorläuferzellen (Reticuloblasten). Sie entwickeln sich unter dem Einfluss des aus Leber und Niere stammenden Hormons Erythropoetin. Wichtige Faktoren sind außerdem Vitamin B12, Folsäure und eine gute Verfügbarkeit von Eisen. Erythrozyten haben im Blut eine Lebensdauer von ca. 120 Tagen. Sie werden bei jedem Durchgang durch die Milz auf Schäden überprüft und, sollten sie schadhaft sein, sofort ausgesondert. Sie gelangen dann über die Milz und das Blut in das reticuloendotheliale Sytem (RES), welches aus Leber, Milz und Knochmark besteht. Dort werden sie abgebaut.
  • Welche Arten von Granulocyten besitzt der Mensch, und welche Aufgaben haben sie?

    Lösung

    Es gibt neutrophile Granulocyten, welche für unspezifische Abwehrreaktionen (Phagocytose) zuständig sind. Ihre Hauptfunktion ist die antibakterielle Wirkung. Eosinophile Granulocyten töten große, nicht phagocytierbare Erreger, wie z.B. Würmer durch Degranulation. Sie besitzen für diese Abwehrmechanismen Granula, welche viele Enzyme, wie Oxidasen, Proteasen, Lipasen, Amylase und Trypsin enthalten. Die basophilen Granulocyten enthalten große Granula mit Histamin und Heparin. Nach der Nahrungsaufnahme ist die Zahl dieser Granulocyten erhöht, um mit dem aus ihren Granula freigesetzten Heparin die Serum-Lipase zu aktivieren. Diese sorgt dafür, dass die Blutfette gesenkt werden. Außerdem setzen sie bei allergischen Reaktionen Histamin frei, welches zu Hautrötungen, Quaddelbildung und Bronchospasmen führt.
  • Wie unterscheiden sich T-Helferzellen und cytotoxische T-Zellen?

    Lösung

    T-Helferzellen stimulieren die Proliferation der aktivierten T-Lymphocyten. Diese bilden weitere T-Helferzellen, als auch cytotoxische T-Zellen (T-Killerzellen). Diese cytotoxischen T-Zellen sind in der Lage, infizierte Zielzellen mithilfe spezieller Proteine zu zerstören, indem diese Proteine die Zellmembran permeabel machen und die Apoptose initiieren.
  • Welche Systeme gibt es zur Blutgerinnung und zur Fibrinolyse?

    Lösung

    Die Gerinnungsaktivierung kann über zwei Systeme erfolgen: die endogene und die exogene Aktivierung. Die endogene Aktivierung ist die langsamere der beiden und beginnt beim Endotheldefekt (Verletzung) durch den Kontakt der Kollagenfasern mit löslichen, im Plasma vorhandenen Gerinnungsfaktoren und läuft über eine Kaskade weiterer Faktoren. Die schnellere, exogene Gerinnungsaktivierung hat ihren Ausgangspunkt in der Gewebsthrombokinase, welche bei größeren Verletzungen mit dem Blut in Berührung kommt und dort zusammen mit Ca2+ eine Kaskade auslöst. Eine Fibrinolyse ist der entgegengesetzte Mechanismus zur Gerinnung: Thromben müssen aufgelöst werden. Diese Gerinnungshemmung wird hauptsächlich durch Plasmin vermittelt. Plasmin sorgt für den Abbau des vernetzten Fibrins, kann somit größere Thromben abbauen und den Verschluss von Gefäßen verhindern. Eine weitere Möglichkeit der Fibrinolyse kann auch durch künstliche Aktivatoren ausgelöst werden. Bei Herzinfarkten wird z.B. das Enzym Streptokinase als Therapeutikum verabreicht. Es fördert die Umwandlung von Plasminogen in Plasmin.
  • Erklären Sie den Aufbau des Herzens (Herzkammern und Herzklappen).

    Lösung

    Das Herz des Menschen besteht aus mehreren Kammern und ist ein asymmetrisches Organ, welches sich zwischen den beiden Lungenflügeln im Mediastinum befindet. Es besteht aus zwei Hälften, die jeweils eine Vorkammer (Atrium) und eine Kammer (Ventrikel) aufweisen. Vorhof- und Kammerseptum trennen die Kammern voneinander. Einströmendes Blut aus der Lungenvene fließt in die linke Vorkammer und daraufhin durch die Segelklappe (Mitralklappe) in die linke Kammer. Durch eine Taschenklappe (Aortenklappe) gelangt das Blut in die Aorta und von dort aus weiter in den Körper. Die Segelklappen bestehen aus zwei Segeln, welche an langen Sehnenfäden und Papillarmuskeln gehalten werden. Die Taschenklappen bestehen aus drei vollständig gegeneinander schließenden Klappen. In einem Querschnitt des Herzens ist deutlich sichtbar, dass die rechte Herzhälfte anatomisch eine viel dünnere Wandmuskulatur aufweist, als die linke Herzhälfte. Aus der Hohlvene gelangt das Blut in die rechte Vorkammer und durch eine Segelklappe (Trikuspidalklappe) in die rechte Kammer. Von dort aus gelangt das Blut unter geringem Druck durch eine Pulmonalklappe in die Lunge.
  • Welche Funktionen haben Endokard und Perikard?

    Lösung

    Beim Endokard handelt es sich um die innere Herzwandschicht, beim Perikard um den das Herz umgebende Herzbeutel. Zusammen mit den Herzklappen bilden Endo- und Perikard die bindegewebigen Anteile des Herzens. Die wichtigste Aufgabe des Endokards ist die Bildung der Herzklappen. Durch seine spiegelglatte Oberfläche verbessert das Endokard die intrakardiale Hämodynamik und verhindert die Bildung von Thromben im Bereich der Herzwand oder der Herzklappen. Die Gewebe des Endokards dienen als Verschiebeschicht des Endothels während der Herzmuskelkontraktion (Systole). Bei der Erschlaffung (Diastole) wirken die elastischen Fasern und Muskelzellen einer Überdehnung entgegen. Das Herz wird nahezu komplett vom Perikard umschlossen. Das Pericard dient dem Schutz vor Überdehnung des Herzens.
  • Beschreiben Sie den Aufbau der Gefäßwand von Arterien und Venen.

    Lösung

    Zwischen dem Aufbau der beiden Gefäßtypen bestehen erhebliche Unterschiede. Gemeinsam ist allen, dass die von einer inneren Schicht, dem Endothel ausgekleidet werden. Bei größeren Blutgefäßen wird dieses Endothel von einer hoch elastischen Schicht aus kollagenhaltigen Bindegewebsfasern umgeben. Dazwischen oder um sie herum sind glatte Muskelzellen in Längs- oder Querrichtung angeordnet. Bei größeren Gefäßen besteht die Wand aus drei Schichten, welche von außen nach innen als fibrinöse Mantelschicht (Tunica externa), als muskuläre Mittelschicht (Tunica media) und als innere Schicht der Endothelzellen (Tunica intima mit elastischem Bindegwebe) bezeichnet werden. Die Tunica media der Arterien ist muskulöser und dicker als die der Venen. Denen fehlt in manchen Abschnitten das Muskelgewebe sogar völlig. Herznahe Arterien weisen eine dickere Tunica intima auf, als herzfernere und sind daher elastischer.
  • Beschreiben Sie die Bildung und die Abfolge der Erregungsleitung am menschlichen Herz.

    Lösung

    Herzmuskelzellen werden über die gap junctions einer Nachbarzelle elektrisch erregt und bilden daraufhin ein Aktionspotential (AP), welches bei den Myokardzellen eine spezielle Form mit einem länger anhaltenden Plateau aufweist. In der Ruhephase weisen die Myokardzellen ein Ruhepotential von -80 bis -90 mV auf. Die Depolarisation und der Aufbau eines APs erfolgt zunächst nach klassischem Schema. Es kommt zu einer Öffnung von Na+-Kanälen und den Einstrom von Na+-Ionen in die Herzmuskelzellen. Das Membranpotential ändert sich unter der Bildung eines APs sehr rasch bis zu +20 mV. Anschließend folgt eine kurze Phase der Repolarisation, in welcher das Membranpotential leicht absinkt, aber noch im positiven Bereich bleibt. Hierfür ist ein vorübergehender K+-Auswärtsstrom und ein Einstrom von Cl- -Ionen in die Zelle verantwortlich. De- und Repolarisation zusammen dauern wenig mehr als eine Miliisekunde. Es folgt eine lange Plateau-Phase von ca. 200-300 ms, in welcher sich das Membranpotential hält. Diese wird durch einen langsamen Ca2+-Einstrom, welcher durch spannungsabhängige Aktivierung von L-Typ-Calciumkanälen verursacht wird, hervorgerufen. Dieser positive Einwärtsstrom steht mit den Strömen der Repolarisation im Gleichgewicht. Die Repolarisationsströme gewinnen erst die Überhand, wenn die Ca2+-Knäle allmählich inaktiviert werden. Abschließend setzt die Repolarisationsphase durch die Aktivierung verschiedener K+-Kanäle ein. Durch den Ausstrom der K+-Ionen wird das Membranpotential wieder in den negativen Bereich umgepolt und strebt den Wert des Ruhepotentials an.
  • Skizzieren Sie ein menschliches EKG und bezeichnen und erklären Sie die einzelnen Abschnitte.

    Lösung

    Was gezeichnet werden muss: Diagramm (Abszisse: Zeit; Ordinate Spannung [mV]); EGK mit P-Welle, PQ-Strecke, QRS-Gruppe, ST-Strecke, T-Welle.
  • Welche Rolle spielt die Ventilebene bei der Herzmechanik?

    Lösung

    Die Ventilebene des Herzens ist jene, in der die Segelklappen liegen, welche linke und rechte Vorkammer von linker und rechter Kammer trennen. Durch die abwechselnde Kontraktion und Entspannung der Vor- und Hauptkammern wirkt die Herzmechanik wie eine Saug-Druck-Pumpe, indem sich diese Ventilebene der Segelklappen ständig auf und ab bewegt.
  • Was ist ein Summationsvektor und wie kann man die Herzlage im Thorax bestimmen?

    Lösung

    Die Elektrokardiographie ist eine Untersuchungsmethode der kardiologischen Diagnostik in der die elektrischen Vorgänge des Herzens abgeleitet und in Form einer Herzstromkurve dargestellt werden. Diese zeigt bei vielen Herzkrankheiten typische Veränderungen. Die elektromotorischen Kräfte entstehen durch die Erregung der Herzmuskelfasern. Dabei kann die größte Kraft - der Haupt- oder Summationsvektor - auf die Körperoberfläche
    projiziert werden. Das EKG bildet diesen Summationsvektor als Zacke (R-Zacke) auf dem jeweiligen Ableitungspunkt ab. Während der Reizbildung und -weiterleitung entstehen in jeder Einzelzelle des Herzens Potentialdifferenzen. Ein erregter Muskelbereich verhält sich gegenüber einem unerregten Bereich elektrisch negativ. Der erregte und unerregte Teil einer Herzmuskelfaser können deshalb als elektrischer Dipol aufgefasst werden, wobei die Spannung vom erregten zum unerregten Pol zeigt. Die elektrischen Dipole werden durch Vektoren mit bestimmter Richtung und Größe dargestellt. Die Elementarvektoren der Einzelmuskelzellen während der Herzaktion bilden in ihrer Summe durch das Parallellogramm der Kräfte den Summationsvektor. Dieser ändert
    ständig Richtung und Größe und wird im EKG durch Messung der Spannungsveränderungen
    an bestimmten EKG-Ableitungspunkten in Form einer Kurve dargestellt. Der Summationsvektor entspricht in einer zweidimensionalen Auswertung der elektrischen Herzachse, wodurch die Lage des Herzens im Thorax auch elektrisch bestimmt werden kann.
  • Welche Rolle spielt das vegetative Nervensystem bei der Kreislaufregulation?

    Lösung

    Das vegetative Nervensystem innerviert hauptsächlich die glatte Muskulatur aller Organe, das Herz und die Drüsen. Die Wirkungen des vegetativen Nervensystems sind auf die neuronale Kontrolle des inneren Milieus gerichtet. Dabei ist die Hauptfunktion des vegetativen Nervensystems, das innere Milieu so einzuregeln, dass es für die Zellfunktionen optimal ist. Entsprechend spielt das vegetative Nervensystem bei den Regelkreisen zur Einstellung des inneren Milieus eine Rolle. Aufrechterhaltung und Regulation der individuellen Organdurchblutung in Ruhe und unter Belastung wird durch eine übergeordnete systemische Kreislaufregulation kontrolliert. Dabei wird vor allem der arterielle Blutdruck geregelt.
  • Wodurch entstehen die Herztöne?

    Lösung

    Die Herztöne entstehen durch die Abläufe der Herzkontraktionen. Beim Zusammenziehen der Herzmuskulatur (Systole), als auch bei der Erschlaffung derselben (Distole) werden die verschiedenen Klappenapparate des Herzens plötzlich straff gespannt.
  • Welche Einflüsse führen zu einer Vasodilatation?

    Lösung

    Als Vasodilatation wird die Erweiterung der Blutgefäße bezeichnet. Dies wird z.B. durch den Überträgerstoff Adrenalin hervorgerufen. Eine geringe Konzentration dieser Catecholamine im Blut erregt hauptsächlich die ß-Reteptoren der glatten Muskelzellen der Blutgefäße, wodurch eine Vasodilatation ausgelöst wird. Die Bildung und Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) führt nur in den Koronararterien und den Arterien der Genitalorgane zur Vasodilatation.
  • Beschreiben Sie den Aufbau des respiratorischen Traktes beim Menschen.

    Lösung

    Das respiratorische System wird in die oberen Atemwege (Nase, Nebenhöhlen, Rachen) und in die unteren Atemwege (Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien, Lunge) unterteilt. Von der Nase äußerlich sichtbar sind die Nasenflügel, die Nasenwurzel, der Nasenrücken und die beiden Nasenlöcher. Die umfangreiche Nasenhöhle liegt im vorderen Bereich des Gesichtschädels. In diese Nasenhöhle münden die vier paarig angelegten Nasennebenhöhlen. Auf die Mund und Nasenhöhle folgt der Rachen, in welchem sich Luft- und Speisewege im Kehlkopf überkreuzen. Dieser enthält die zur Lautbildung notwendigen Stimmbänder. Über den Mund-Rachen-Raum gelangt die Luft in die Trachea (Luftröhre) und von dort in die beiden Hauptbronchien. Diese verzweigen sich in jedem Lungenlappen baumartig und münden schließlich nach ca. 16 Verästelungen in die Terminalbronchien. Bei all diesen Gängen spricht man vom Totraum, da sie die Atemluft hauptsächlich leiten und nicht am Gasaustausch teilnehmen. Anschließend folgen die respiratorischen Bronchiolen, welche in den Alveolen der Lunge enden. Diese besteht aus zwei Flügeln und besitzt verschiedene Typen von Alveolarepithelzellen, welche unterschiedliche Funktionen aufweisen. Die Zellen vom Typ I bewirken den Gasaustausch, die vom Typ II sezernieren das Surfactant.
  • Welche Form hat die O2-Bindungskurve des Hämoglobins und wodurch lässt sie sich verschieben?

    Lösung

    Durch den allosterischen Effekt des Hämoglobins weist es eine sigmoidale O2-Bindungskurve auf. Durch Veränderungen des Blutes, welche z.B. den pH-Wert, die Temperatur, den CO2-Gehalt und die Konzentration von 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3BPG) betrifft, kann diese verschoben werden. Zum Beispiel hat 2,3BPG, wenn die Konzentration zunimmt, einen geringen Einfluss auf die Sauerstoff-Bindung im Häm, aber einen starken Einfluss auf die Abgabe an das periphere Gewebe.
  • Beschreiben Sie den Haldane-Effekt.

    Lösung

    Der Haldane-Effekt beschreibt, die unterschiedliche Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff und CO2 im Gewebe und in der Lunge. Er besagt, dass die Oxygenierung des Hämoglobins in den Lungenkapillaren die Bindung von Protonen und CO2 an das Hämoglobin senkt, und die Desoxygenierung desselben in den Gewebekapillaren die Bindung von Protonen und CO2 an Hämoglobin erhöht. Dadurch wird die CO2-Abgabe in den Lungen und die CO2-Aufnahme in den Gewebekapillaren durch das Hämoglobin jeweils verstärkt.
  • Welche Mechanismen verursachen die Ventilation der Lunge?

    Lösung

    Die inspiratorische Rippenbewegung, welche für Hebung und Vergrößerung des Brustkorbs sorgt, dehnt die Lunge auf. Gleichzeitig mit dieser Bewegung kontrahiert sich die Muskulatur des Zwerchfellrings. Das Zwerchfel spannt sich an und senkt sich nach unten ab. So vergrößert sich beim Einatmen der Thoraxraum, sodass die adhäsiv an der Thorakalwand anliegende Lunge aufgedehnt wird. Beim Einatmen dehnt sich die Lunge also aktiv durch Bewegungen der Zwischenrippenmuskulatur und des Zwerchfells. Das Ausatmen allerdings erfolgt überwiegend passiv. Zwischenrippenmuskulatur und die des Zwerchfells setzen aus und gehen in ihre Ruheposition zurück. Dadurch verkleinert sich der Thorax, die Lunge wird zusammengepresst und stößt die Luft durch die Atemwege wieder aus.
  • Welche Atemvolumina und Atemkapazitäten gibt es?

    Lösung

    Atemvolumina und Atemkapazitäten können mit Hilfe eines Spirometers bestimmt werden. Das normale Atemzugvolumen beträgt bei einem ausgewachsenen Menschen ca. 0,5 l. Atmet eine Person nach einigen normalen Atemzügen maximal ein und maximal aus, so lassen sich zusätzlich das inspiratorische Reservevolumen (ca. 3 l) und das exspiraratorische Reservevolumen (ca. 1,7 l) bestimmen. Diese drei Volumina werden als Vitalkapazität zusammengefasst, welche beim Erwachsenen ca. 4,5 bis 5,5 l beträgt. Die Vitalkapazität bezeichnet das Volumen, welches von einem gesunden Erwachsenen maximal ein- und ausgeatmet werden kann. Das inspiratorische Reservevolumen und das Atemzugvolumen zusammen ergeben die Inspirationskapazität. Trotz maximaler Ausatmung bleibt noch ein Restvolumen in der Lunge - das Residualvolumen (ca. 1,3 l). Das gesamte Volumen in der Lunge, inklusive Residualvolumen, wird als Totalkapazität bezeichnet. Als funktionelle Residualkapazität werden Residualvolumen und exspiratorisches Reservevolumen zusammengefasst.
  • Welche Funktion hat das Residualvolumen?

    Lösung

    Unter dem Residualvolumen versteht man das Gasvolumen, welches nach maximaler Exspiration noch in der Lunge verbleibt und aus physikalischen Gründen nicht ausgeatmet werden kann.
  • Wie verändern sich die Atemgrößen unter körperlicher Belastung?

    Lösung

    Natürlich passen sich die Atemwerte bei starker körperlicher Belastung entsprechend der Situation an. Abhängig vom Grad der Belastung wird das Atemminutenvolumen erhöht. Es kann um das 10fache erhöht werden. Durch diese Steigerung werden auch Atemzugvolumen und Atemfrequenz erhöht. Durch Steigerung der Herzschlagfrequenz und des Herzschlagvolumens wird das Herzminutenvolumen erhöht.
  • Was ist der Totraum und welche Funktion hat er?

    Lösung

    Man unterscheidet zwischen dem anatomischen Totraum und dem funktionellen Totraum. Der Gasaustausch im Respirationstrakt ist auf die Alveolen beschränkt. Dorthin gelangt aber nur der erste Teil des eingeatmeten Volumens. Der Rest bleibt im so genannten anatomischen Totraum zurück und wird ungenutzt wieder ausgeatmet. Wenn unter pathophysiologischen Bedingungen nicht alle Alveolen am Gasaustausch teilnehmen, so existiert auch ein funktioneller Totraum, welcher unter diesen Bedingungen größer ist, als der anatomische Totraum.
  • Beschreiben Sie die Atmungsregulation beim Menschen.

    Lösung

    Die Atmung erfolgt sowohl unwillkürlich über regelmäßige Atmungsreflexe, als auch willkürlich, wie z.B. bei bewusst verstärktem Ein- oder Ausatmen. Die Atmung wird im Gehirn gesteuert. Im verlängerten Mark befindet sich das Atemzentrum, welches aus Neuronengruppen mit verschiedenen AKtivitäten besteht (Instirations-, Exspirations- und pneumotaktisches Zentrum). Das pneumotaktische Zentrum gibt den Atmungsrhythmus vor. Die Chemorezeptoren am Aortenbogen und an der Halsschlagader messen den Partialdruck der Atemgase (hauptsächlich pO2) im Blut. Die Messergebnisse werden über Bahnen des vegetativen Nervensystems ins Atemzentrum geleitet. Weitere Chemorezeptoren im Gehirn messen den pCO2 und den pH-Wert im Liquor (Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit). Mechanorezeptoren reagieren auf die Dehnung des Brustkorbs und schalten das Einatmen bei maximaler Dehnung des Thorax aus (Hering-Breuer-Reflex). Weitere, nicht rückgekoppelte Reize aus der Peripherie (z.B. Körper- und Umgebungstemperatur, Hormone, Muskelarbeit, etc.) beeinflussen ebenfalls die Atmungsregulation. Alle diese Reize sind in ein rückgekoppeltes System (Regelkreis) der Atmung integriert. Die Messergebnisse der Rezeptoren (Ist-Werte) werden mit den Soll-Werten verglichen und Atemfrequenz und Atemzugtiefe entsprechend verändert. Dieses wirkt sich wieder auf pO2, pCO2 und den pH-Wert des Blutes und den Liquor aus, deren aktuelle Werte dann wiederum dem Atemzentrum mitgeteilt werden.
  • Welche Zeitabschnitte gibt es bei der Wiederbelebungszeit?

    Lösung

    Mit dem Beginn der Anoxie (Sauerstoffmangel) treten nach ca. fünf Sekunden Funktionsstörungen ein. Bis ca. 20 Sekunden spricht man von der Überlebenszeit, da noch die Möglichkeit zu einer vollständigen Erholung besteht. Danach tritt die völlige Lähmung ein und nach ca. drei Minuten Sauerstoffmangel kommt es zu irreversiblen Schäden. Nach einiger Zeit tritt der Zelltod ein.
  • Über welche Faktoren wird die Magensaftsekretion reguliert?

    Lösung

    Die Magensaftsekretion wird reflektorisch durch die Nahrungsaufnahme ausgelöst. Geschmacks-, Geruchsnerven und der Nervus vagus wirken über bedingte Reflexe auf den Magen ein. Diese nervalen Einflüsse treffen in der Magenwand auf das Netzwerk der lokalen gastrischen Reflexe. Die Magensaftsekretion wird also zusätzlich über lokale enterale Reflexe und Hormone reguliert.
  • Über welche Mechanismen wird Glucose im Dünndarm resorbiert?

    Lösung

    Glucose wird apikal über den SGLT1, den Na+/ Glucose Cotransporter in den Dünndarm transportiert. Dabei ist es so, dass Natrium entlang eines elektrochemischen Gradienten über einen Symport mit Glucose in die Dünndarmzelle einströmt und danach durch eine Na+/ K+-ATPase über die basolaterale Membran ins Blut transportiert. Dabei energetisiert der apikale Na+-Einstrom den Einwärtstransport von Glucose (sekundär aktiver Transport).
  • Wie verläuft die Regulation der Nahrungsaufnahme?

    Lösung

    Die Nahrungsaufnahme wird durch Faktoren eingeleitet, die das Gefühl 'Hunger' generieren und den Körper zur Nahrungsaufnahme stimulieren. Der Appetit beschreibt lediglich das Verlangen nach einer bestimmten Nahrung, wohingegen der Hunger meist zur Nahrungsaufnahme führt. Gastrointestinale Signale dienen der Regulation von Hunger und Sättigung. Das Verzehrverhalten von Säugetieren wird über ein komplexes, in mehreren Hirnarealen verteiltes, neuronales Netzwerk gesteuert. Das Hungerhormon Ghrelin wird von endokrinen Zellen des Magens in das Blut abgegeben. Ghrelin aktiviert Neurone im Hypothalamus und bewirkt eine verstärkte Magenmotorik und Magensaftsekretion. Das Hormon Leptin, welches von den Fettzellen abgegeben wird, hemmt die Nahrungsaufnahme. Im Zusammenspiel mit Insulin, Adiponektin und Dehnungsrezeptoren in der Magenwand signalisiert es Sättigung. Neben den hormonellen Einflüssen spielen auch andere endogene und exogene Faktoren eine Rolle bei der Regulation der Nahrungsaufnahme. Es besteht eine inverse Beziehung zwischen Umgebungstemperatur und Nahrungsaufnahme. Diese ist auch besonders während der Wachstums- und Entwicklungphasen des Menschen verstärkt. Ein weiterer wichtiger Zusammenhang besteht zwischen Nahrungs- und Wasseraufnahme. Da nämlich Flüssigkeit für die Verdauungs- und Stoffwechselvorgänge benötigt wird, ist die Nahrungsaufnahme bei Wassermangel unterdrückt. Es kommt zu einer Verzehrsdepression, ebenso wie bei Erkrankungen, welche auch zu Inappetenz führen. Bei Gravidität (Schwangerschaft) und Laktation (Stillphase) bestehen weitere positive Abhängigkeiten.
  • Beschreiben Sie die Aufgaben der Leber.

    Lösung

    Die Leber ist mit ca. 1,5 kg die größte Anhangdrüse des menschlichen Körpers. Sie erfüllt neben vielzähligen zentralen Stoffwechelsaufgaben (z.B. Gluconeogenese, Harnstoffzyklus) auch die Speicherung von Vitaminen, Fetten und Kohlenhydraten. Sie entgiftet den Körper von schädlichen Substanzen (z.B. Alkohol) und bildet die Gallenflüssigkeit.
  • Welche Abschnitte und Funktionen hat der Dünndarm?

    Lösung

    Der Dünndarm gliedert sich in den Zwölffingerdarm, den Leerdarm und den Krummdarm. Im Dünndarm, der direkt an den Magen schließt, werden Bauchspeichel aus dem Pankreas und die Gallenflüssigkeit zum Nahrungsbrei gegeben. Beide Verdauungssekrete weisen eine hohe Konzentration an Hydrogencarbonat auf, um die verbliebene Magensäure wirkungsvoll zu neutralisieren. Dies ist unbedingt nötig, weil die Enzyme des Darms nur im neutralen bis leicht alkalischen Bereich ihre Wirkung entfalten können. Der größte Teil der aufeschlossenen Nahrung wird durch den Dünndarm absorbiert. Dort schaffen zahllose fingerförmige Villi und Mikrovilli eine enorme Oberfläche, über die Stoffe aus dem Darmlumen in den Kreislauf übertreten können.
  • Wie ist der Magen funktionell eingeteilt?

    Lösung

    Der einhöhlige Magen wird funktionell in einen proximalen (Speicherung) und einen distalen (Durchmischung und Aufbereitung) Magen unterschieden.
  • Welches sind die Aufgaben des exokrinen und des endokrinen Pankreas?

    Lösung

    Der exokrine Teil des Pankreas sekretiert Verdauungsenzyme und Puffern, der endokrine Teil bildet Hormone (Insulin) und reguliert den Zuckerstoffwechsel.
  • Welche Zelltypen befinden sich in der Fundusdrüse, und welche Substanzen werden von ihnen sezerniert?

    Lösung

    In der Fundusdrüse befinden sich hauptsächlich die Drüsen zur Sekretion des Magensaftes. Die Zusammensetzung des Magensaftes ist bei allen Organismen unterschiedlich. Das einschichtige Epithel des Fundusbereichs ist von den zahlreichen Mündungen der Fundusdrüsen unterbrochen. Ihr einschichtiges Epithel bildet sich aus Stammzellen im Halsbereich der Drüsen und differenziert sich in Nebenzellen, Hauptzellen, Belegzellen und endokrine Zellen. Die unterschiedliche Funktion dieser Zellen bestimmt die Magensaft-Zusammensetzung. Die Nebenzellen sezernieren Mucine, um das Magenepithel vor Eigenverdau zu schützen. Die Hauptzellen sezernieren Enzyme, besonders Pepsinogen (Eiweißverdauung). Die Belegzellen sezernieren Salzsäure (HCl).
  • Welche Verdauungsenzyme gibt es beim Menschen?

    Lösung

    Die Verdauungsenzyme der Wirbeltiere werden, entsprechend ihrer Nährstoffklassen, als Proteasen, Lipasen, Carboanhydrasen und Nukleasen bezeichnet.
  • Beschreiben Sie die Bewegungsmuster der Darmmotorik.

    Lösung

    Die Darmmotorik wird durch endogene Reflexe gesteuert, an denen sowohl sensorische als auch motorische Fasern beteiligt sind. Die charakteristischen Bewegungsmuster sind einmal die propulsive Peristaltik, welche wandernde Kontaktionswellen von oral nach aboral verursacht und so den Darminhalt in Richtung Dickdarm vorantreiben. Segmentationsbewegungen zerkleinern und durchmischen den Darminhalt, ebenso, wie die Pendelbewegungen. Neben diesen drei Bewegungsmustern gibt es z.B. auch noch tonische Kontraktionen (Dauerkontaktionen), welche ausschließlich an den Sphinkteren der Darmabschnitte stattfinden. Ein weiteres Muster ist die interdigestive Motilität (früher auch als Hungerkontraktion bezeichnet). Außerdem gibt es noch die äußeren, extramuralen Reflexe und den gastrocolischen Reflex.
  • Worin liegt der Unterschied zwischen corticalen und juxtamedullären Nephronen?

    Lösung

    Nephrone bilden die funktionelle Einheit der Niere. Corticale Nephrone liegen weiter außen in der Rindenschicht der Niere, juxtamedulläre reichen von der Rinde bis tief in das Nierenmark hinein. In ihrer Funktion weisen sie keine Unterschiede auf.
  • Was ist ein juxtaglomerulärer Apparat und welche Funktion hat er?

    Lösung

    Strukturell gesehen stellt der juxtaglomerulärer Apparat eine Verbindung des distalen Tubulus mit den afferenten und efferenten Arteriolen des Glomerulus dar. Zu diesem Zweck verläuft der juxtaglomeruläre Apparat in einer Windung wieder zurück zum Glomerulus und eng an diesem vorbei. Zwischen Tubulus und Gefäßen liegt eine Gewebeschicht, welche aufgrund ihres optisch dicht wirkenden Eindrucks als Macula densa bezeichnet wird. Dieser juxtaglomeruläre Apparat hilft dem Organismus, auf plötzlich auftretende osmotische Belastungen schnell zu reagieren. Außerdem erhält er ein Gleichgewicht zwischen glomerulärer Filtration und tubulärer Resorption und Sekretion. Dies wird mithilfe eines Rückkopplungsmechanismus' bewerkstelligt, welcher dem Glomerulus den tubulären Funktionszustand meldet. Außerdem reguliert er über das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System den Blutdruck.
  • Welche Kräfte spielen bei der glomerulären Filtration eine Rolle?

    Lösung

    Die Filtration ist ein passiver Vorgang, welcher auf Druckdifferenzen und Siebeigenschaften der Trennwände in der Bowmanschen Kapsel beruht.
  • Beschreiben Sie die Rolle und Funktionsweise der Henleschen Schleife bei der Harnkonzentrierung.

    Lösung

    Die Harnkonzentrierung funktioniert mittels Gegenstromprinzip und einem osmotischen Gradienten. Die Henlesche Schleife und das Sammelrohr sind parallel angeordnet und bilden eine funktionelle Einheit. Zur Spitze der Schleife bildet sich ein osmotischer Gradient, der Wasser aus dem Sammelrohr in das Interstitium anzieht. Durch die enorme NaCl-Resorption im dicken aufsteigenden Ast der Schleife bei gleichzeitiger Wasserimpermeabilität, werden viele osmotisch wirksamen Teilchen in und außerhalb der Henleschen Schleife konzentriert. Die eng aneinander liegenden Äste der Schleife arbeiten dabei im Gegenstromprinizp und vervielfachen den Aufbau des osmotischen Gradienten. Denn der absteigende Ast nimmt ständig NaCl auf und verliert Wasser. Das Sammelrohr führt mit noch erheblichen Mengen an Wasser an der Schleife vorbei. Die interstitielle Osmolarität übt auf den Inhalt des Sammelrohrs eine erhebliche osmotische Kraft aus, sodass Flüssigkeit aus dem Sammelrohr ins Interstitium austritt. Von dort wird es von den langen Kapillarschlingen der Vasa recta aufgenommen und abtransportiert. Der Durchtritt des Wassers durch das Sammelrohr erfolgt über regulierte Aquaporine.
  • Welche drei Stickstoffexkretionsprodukte gibt es?

    Lösung

    Man unterscheidet zwischen Organismen, welche Ammoniak, Harnsäure oder Harnstoff ausscheiden. Ammoniakausscheidende werden als ammoniotelische, harnsäureausscheidende als urikotelische und harnstoffausscheidende Tiere als ureotelische Organismen bezeichnet.
  • Welche Faktoren spielen bei der Regulation des Säure-Basen-Haushalts im Organismus eine Rolle?

    Lösung

    Niere und Lunge arbeiten bei der Regulation des Säure-Base-Haushalts zusammen. Die Regulation erfolgt hauptsächlich über das Bicarbonatpuffersystem. Entscheidende Stellglieder in diesem Regelkreis sind die CO2-Abgabe aus dem Blut an die Lunge und die Säuresekretion in der Niere. Deshalb arbeiten Niere und Lunge eng zusammen.
  • Was sind Aquaporine und wie werden sie reguliert?

    Lösung

    Aquaporine sind Wasserkanäle und werden im Sammelrohr durch ADH (antidiuretisches Hormon) reguliert. ADH wird auch als Vasopressin bezeichnet. Es wird beim Menschen im Hypothalamus gebildet und im Hypophysenhinterlappen gespeichert. Produktion und Ausschüttung wird durch zentrale Osmorezeptoren im Gehirn gesteuert. Bei Bedarf wird ADH ins Blut abgegeben und so an die Epithelzellen des Sammelrohrs gebracht. ADH bindet dort an den membranständigen V2-Rezeptor in der basolateralen Membran. Dadurch wird eine Kaskade von intrazellulären Signalmolekülen aktiviert, welche wiederum ein über G-Proteine an der Membraninnenseite lokalisiertes System in Gang setzt. Dieses System synthetisiert den seccond messenger cAMP. cAMP wirkt über eine Kaskade von Reaktionen auf die Proteinkinase A. Diese phophoryliert die Aquaporine, welche dadurch aktiviert werden. Sie öffnen sich und es strömt Wasser entlang eines osmotischen Gradienten in die Zelle ein und weiter auf die basolaterale Seite. Der Effekt des ADH ist sehr schnell und setzt innerhalb von Minuten ein.
  • Durch welche Mechanismen wird die Entleerung der Harnblase (Miktion) gesteuert?

    Lösung

    Zunächst wird die Miktion willkürlich ausgelöst. Sie läuft dann aber reflektorisch ab. Dabei kontrahieren Blasenwand als auch Bauch- und Beckenmuskulatur. So wird der innere Sphinkter (Schließmuskel) erweitert. Diese Reflexe werden durch ein Miktionszentrum im Gehirn kontrolliert. Die bewusste Beeinflussung der Blasenentleerung nennt man Kontinenz.
  • Was versteht man unter Diabetes mellitus?

    Lösung

    Diabetes mellitus ist eine häufige Stoffwechselkrankheit, bei der der Körper der betroffenen die aufgenommenen Kohlenhydrate wie z.B. Zucker nur ungenügend verwerten kann. Folge dieser Erkrankung ist ein erhöhter Blutzuckerspiegel. Die Ursache der Erkrankung ist einerseits eine Insulinresistenz (verminderte Empfindlichkeit der Körperzellen für das blutzuckersenkende Hormon Insulin), andererseits ein Insulinmangel ("Erschöpfung" der Insulin-produzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse). Trotzdem ist eine Behandlung mit Insulin nicht zwingend notwendig.
  • Wie funktioniert die Clearance-Methode?

    Lösung

    Die Clearance-Methode ist eine wichtige Untersuchung zur Beurteilung der Nierenfunktion. Dabei ist die Clearance ganz genau definiert, nämlich als das Plasmavolumen, welches von der Niere pro Zeiteinheit von einer bestimmten Substanz X vollständig befreit wird. Hierfür sind Konzentrationsbestimmungen in Plasma (Px) und Urin (Ux), sowie die Messung des Harnvolumens pro Zeiteinheit (V) notwendig. Für Substanzen, die normalerweise vollständig zurückgehalten werden, ist die Clearance = 0. Die Clearance Cx) einer Substanz X berechnet sich dann wie folgt: Cx = V* Ux / Px [ml/min].
  • Über welche hormonellen Mechanismen werden die männlichen Sexualfunktionen gesteuert?

    Lösung

    Mit Eintreten der Pupertät wird das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) vom Hypothalamus ausgeschüttet. Dieses bewirkt im Hypophysenvorderlappen eine Freisetzung von FSH (follikelstimulierendes Hormon) und LH (luteinisierendes Hormon). FSH stimuliert die Spermienreifung über die Sekrete der Sertoli-Zellen und LH stimuliert in den Leydig-Zellen der Hoden die Bildung von Testosteron. Testosteron und Dihydrotestosteron (DHT) und ein inhibierender Faktor wirken hemmend auf den Hypothalamus. Diese hormonellen Regelungen dauern normalerweise das ganze Erwachsenenleben an. Testosteron ist das wichtigste männliche Geschlechtshormon und gehört zu der Gruppe der Androgene. So auch DHT. Die Androgene haben neben dieser Funktion eine Vielzahl weiterer Effekte auf den männlichen Organismus (z.B. Bartwuchs, Muskel- und Knochenwachstum).
  • Beschreiben Sie den Ablauf der Spermatogenese.

    Lösung

    Spermien werden in den Hodenkanälchen aus Vorläuferzellen gebildet. Dieser Vorgang dauert ca. 80 Tage. Aus den Urkeimzellen bilden sich zunächst die Spermatogonien, welche sich ab der Pupertät durch Mitose in die diploiden Spermatocyten erster Ordnung teilen. Im Zuge der ersten Reifeteilung bilden sich aus ihnen die haploiden Spermatocyten zweiter Ordnung, aus denen im Zuge der zweiten Reifeteilung die Spermatiden entstehen. Diese reifen schließlich zu den beweglichen und befruchtungsfähigen Spermien.
  • Welche Hormone bewirken zu welchem Zeitpunkt den Eisprung?

    Lösung

    Der Eisprung einer Frau findet in der Mitte ihres Menstruationszyklus statt. Bei einem Zyklus von 28 Tagen fällt der Eisprung also auf den 14. Tag nach dem ersten Tag der Monatsblutung. Große Mengen an LH (luteinisierendes Hormon), geringere Mengen an FSH (follikelstimulierendes Hormon) bewirken diesen Eisprung.
  • Beschreiben Sie die Funktion der Eierstöcke und der Eileiter im Zusammenhang mit der Oogenese.

    Lösung

    Unter der Oogenese versteht man die Eibildung des weiblichen Organismus'. Bei der Oogenese haben Eierstöcke und Eileiter unterschiedliche Aufgaben. Aus den Urkeimzellen bilden sich Oogonien. Diese teilen sich durch Mitose weiter. Einige dieser Oogonien vergrößern sich und beginnen mit der ersten Reifeteilung. In ihrer Prophase verharren sie in der Rinde der Eierstöcke (Ovar). Sie umgibt ein Follikelepithel und werden als Primärfollikel bezeichnet. Jedes Ovar enthält von Anfang an etwa 400.000 Primärfollikel. Unter hormonellem Einfluss entwickeln sich aus einigen dieser Primärfollikel monatlich einige Sekundärfollikel. Aus ihnen wachsen die Tertiärfollikel mit der Oocyte, welches zu dem Graaf-Follikel ausbildet. Die Oocyte beendet noch im Graaf-Follikel die erste Reifeteilung und beginnt mit der zweiten. In der Mitte des Monatszyklus springt eine Oocyte aus dem Graaf-Follikel in den Eileiter. Durch diesen wird sie zur Gebärmutter transportiert.
  • Über welche Mechanismen werden Bildung und Abgabe der Milch gesteuert?

    Lösung

    Die Milchsekretion wird durch Hormone der Hypophyse gesteuert. Während der Schwangerschaft entwickeln Östrogene, Progesteron, Prolactin, Wachstumshormone, Glucocoricoide und Insulin das Gangsystem der Milch in der Burst. Vor der Geburt hemmen Östrogene und Progesteron die Milchsekretion. Circa zwei bis fünf Tage nach der Geburt kommt es durch die Wirkung von Prolactin zur vollen Milchsekretion. Um diese zu erhalten, ist die mechanische Reizung der Brustwarzen nötig, welche über Reflexe im Hypothalamus die Bildung der Prolactin-Releasing-Hormone (PRH) verändert. Das Prolactin-Inhibiting-Hormon, welche bei Nicht-Schwangeren die Milchproduktion unterdrückt, wird nun gehemmt und PRH stimuliert. Dies führt zur verstärkten Ausschüttung von Prolactin. Über denselben Reflexbogen wird aus dem Hypophysenhinterlappen gleichzeitig Oxytocin freigesetzt. Dieses kontrahiert die Milchgänge und fördert so die Milchejektion. Prolaktin und Oxytocin hemmen die Ausschüttung von GnRH, wodurch der Menstruationszyklus bei einer stillenden Frau normalerweise für mehrere Monate gehemmt wird.
  • Welche sexuell übertragbaren Krankheiten gibt es?

    Lösung

    Es gibt klassische sexuell übertragbare Krankheiten. Zu ihnen gehören: Gonnorhö (Tripper), Syphilis, weicher Schanker und die venerische Lymphknotenentzündung. Zudem können auch allgemeine bakterielle und/ oder virale Krankheiten übertragen werden, wie z.B. durch Chlamydien, Mykoplasmen, Parasiten und Viren. Hier sind besonders das Papilloma-Virus, Hepatitis B und C und natürlich HIV zu nennen.
  • Beschreiben Sie den Vorgang der Nidation.

    Lösung

    Als Nidation wird die Einnistung der Blastocyste in das Endometrium (Uterusschleimhaut) bezeichnet. Voraussetzung für eine erfolgreiche Implantation ist der progesteroninduzierte drüsige Umbau des Endometriums während der sekretorischen Phase (Lutealphase) des Menstruationszyklus. Die endometrialen Zellen sezernieren ein glykogenhaltiges Sekret. Der Implantationsvorgang beruht auf einer komplexen Zell-Zell-Interaktion zwischen Trophoblast und endometrialen Zellen, deren biochemische Prozesse noch nicht eindeutig geklärt sind. Diskutiert werden sowohl sekretorische als auch rezeptorvermittelte Interaktionen. Zunächst nähert sich die Blastocyste dem Endometrium an (Apposition) und lagert sich daraufhin an (Adhäsion). Es kommt zu einer Differenzierung des Trophoblasten in eine außen gelegene Zellschicht, den Synzytiotrophoblasten, und eine innen gelegene Zellschicht, den Zytotrophoblasten. Die beginnende Implantation des Keims löst die progesteron- und östrogeninduzierte Dezidualreaktion der Uterusschleimhaut aus. Dabei kommt es zur Gefäßproliferation und Umwandlung der Bindegewebszellen des endometrialen Stromas in Dezidualzellen. Diese weisen Lipid- und Glykogeneinlagerungen auf, die der Ernährung des implantierten Keimes dienen. Es folgen invasives Wachstum, Proteasesekretion und die Bildung von EPF zur Verhinderung der Abstoßung des Keims. Die ersten Schritte der Plazentation ermöglichen einen Anschluss an das mütterliche Gefäßsystem. Zum Abschluss der Implantation schließt sich das Endometrium über dem implantierten Keim.
  • Was ist ein Trophoblast?

    Lösung

    Der Trophoblast ist eine Zellschicht, welche die äußere Begrenzung der Blastocyste bildet und für die Ernährung des Embryos verantwortlich ist. Er entwickelt sich zwischen dem fünften und 12. Tag nach der Befruchtung aus den Blastomeren. Er vermittelt die Implantation des Embryos in die Gebärmutterschleimhaut.
  • Welche Besonderheiten gibt es im fötalen Blutkreislauf?

    Lösung

    Im fötalen Kreislauf gibt es zwei kardiale Kurzschlüsse, die Verbindung zwischen rechtem und linkem Atrium über das Foramen ovale und die Verbindung zwischen Truncus pulmonalis und Aorta über Ductus arteriosus.
  • Welche männlichen Geschlechtsdrüsen gibt es?

    Lösung

    Die eigentlichen männlichen Geschlechtsdrüsen sind paarig als eiförmige Hoden im Hodensack angelegt. Zusätzlich sind bis zu vier paarige Geschlechtsdrüsen entlang des Samenwegs ausgebildet. Samenleiterampulle, Samenblasendrüse, Bulbourethraldrüse und die Prostata produzieren einen Großteil der Samenflüssigkeit.
  • Erklären Sie die funktionellen Abschnitte eines Gens.

    Lösung

    Die funktionellen Abschnitte eines Gens sind die codierenden Abschnitte. Man nennt diese Exons. Zwischen ihnen liegen die Introns, die nicht codierenden Abschnitte eines Gens. Alle Exons werden später in die Proteine 'Übersetzt', die Introns hingegen beim Spleißen der Prä-m-RNA herausgeschnitten und abgebaut. ANMERKUNG: In meinen Augen zielt diese Frage nicht direkt auf eine konkrete Antwort ab. 'Erklären sie den Aufbau...' oder 'Welches sind die funktionellen ....' käme mir sinnvoller vor.
  • Beschreiben Sie die Struktur eines Chromosoms.

    Lösung

    Chromosomen sind die hoch organisierten Strukturen des Chromatins, welches im Normalfall zwischen den Kernteilungen, also in der Interphase, als netzartige Struktur im Zellkern vorliegt. Ein Chromosom ist aus zwei Chromatiden aufgebaut, welche am Centromer miteinander verbunden sind. Jedes der Chromatiden ist aus einer Doppelhelix, der DNA aufgebaut, welche um Histone organisiert vorliegt. Histone dienen zum einen der Stabilisierung der DNA, nehmen aber auch enzymatische Funktionen wahr. Die DNA Doppelhelix trägt die genetische Erbsubstanz. Die Chromatinfasern legen sich in unregelmäßigen Schleifen zusammen, sodass bei maximaler Verdichtung schließlich die Form eines Chromosoms entsteht. Dieses ist nur während der Metaphase der Mitose unter dem Mikroskop zu sehen. Die DNA ist dann auf ca. 2% ihrer eigentlichen Länge verkürzt.
  • Was ist eine Tetrade, und welche Funktion hat sie?

    Lösung

    Eine Tetrade tritt in der Meiose I auf. Bei dieser Meiose handelt es sich um die eigentliche Reduktionsteilung. Hier wird der diploide auf den haploiden Chromosomensatz reduziert. In der Prophase der Meiose I paaren sich die homologen Chromosomen, sodass in der Metaphase vier Chromatiden (also zwei Chromosomen mit ihren jeweiligen Chromatiden) in einer so genannten Tetrade eng zusammen liegen. Um die Funktion der Tetrade zu erklären muss erwähnt werden, dass die Prophase der Meiose I in fünf Phasen eingeteilt wird: Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän und Diakinese. Die Tetrade bildet sich im Pachytän. Hier verkürzen sich die Chromosomen und durch Überkreuzung (Chiasma) von homologen Chromosomen kann es zu einem Austausch (Crossing-over) von Nicht-Schwesterchromatiden kommen. Dadurch kann die Erbinformation neu kombiniert werden (Rekombination).
  • Aus welchen Phasen besteht die Mitose?

    Lösung

    Die Mitose wird in die Phase zwischen den Teilungsphasen, die so genannte Interphase, in die Pro-, die Meta-, die Ana- und die Telophase eingeteilt.
  • Welche Vorgänge laufen an einer Replikationsgabel ab?

    Lösung

    Die Replikationsgabel ist bei der Verdopplung der DNA vor der Zellteilung von wichtiger Bedeutung. Sie trennt die DNA-Einzelstränge durch Helicasen voneinander. Diese entwinden den Doppelstrang und trennen die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren voneinander. Eine Primase (RNA-Polymerase) synthetisiert den RNA-Primer, der benötigt wird, um die Synthese eines komplementären DNA-Strangs zu beginnen. Der Leitstrang wird durch die DNA-Polymerase kontinuierlich in 5' à 3' Richtung komplementär zur Matrize synthetisiert. Der Folgestrang hingegen nur diskontinuierlich, da die Polymerasen nur in 5' à 3' Richtung arbeiten. Hierfür bildet die Primase in bestimmten Abschnitten RNA-Primer, welche von der DNA-Polymerase als Startpunkt für die Synthese von kleinen DNA-Abschnitten (Okazaki-Fragmenten) in 5' à 3' Richtung genutzt werden. Eine DNA-Ligase fügt anschließend die Okazaki-Fragmente zusammen.
  • Welche Funktion hat die Reverse Transkriptase, und wo kommt sie vor?

    Lösung

    Die reverse Transkription machen sich Viren zunutze. Durch den Vorgang der reversen Transkription können Informationen eines RNA-Genoms eines Retrovirus' in DNA transkribiert und daraufhin in die DNA der Wirtszelle eingebaut werden. Hier ist also die Richtung der Informationsübertragung umgekehrt, nicht von DNA zu RNA, sondern von RNA zu DNA. Die reverse Transkriptase ermöglicht diesen Vorgang.
  • Was passiert beim alternativen Spleißen, und wo findet dieser Vorgang statt?

    Lösung

    Das alternative Spleißen ist ein Vorgang nach der Transkription der Eukaryoten-DNA. Während der Transkription entsteht zunächst die Prä-mRNA, welche codierende (Exons) und nicht codierende (Introns) Abschnitte enthält. Im Zuge der RNA-Prozessierung wird diese Prä-mRNA zu einer sekundären RNA verarbeitet. Dabei werden die Introns durch Spleißen entfernt und die sehr fragile mRNA an beiden Enden modifiziert. Beim alternativen Spleißen entscheidet sich aber erst während des Spleißvorganges, welche DNA-Sequenzen Introns und welche Exons sind. Die Regulation erfolgt über Spleißfaktoren (Proteine, die Signale auf der RNA erkennen und die Auswahl der splice sites beeinflussen). Dabei können unterschiedliche Formen des alternativen Spleißens unterschieden werden. Dadurch gilt die Ein-Gen-Ein-Polypeptid-Hypothese für Eukaryoten nicht in jedem Fall, denn durch alternatives Spleißen können aus ein und derselben DNA-Sequenz und dementsprechend ein und derselben Prä-mRNA mehrere verschiedene reife mRNA-Moleküle und durch deren Translation auch mehrere unterschiedliche Polypeptide oder Proteine gebildet werden.
  • Was sind Onkogene, und wie funktionieren sie?

    Lösung

    Onkogene spielen bei der Entstehung von Tumoren eine große Rolle. Sie fördern die Zellproliferation und sind im normalen Zustand als nicht-mutierte Protoonkogene für eine normale Zellfunktion aktiv. Erst durch spontane Änderungen oder äußere Einflüsse, die zu bestimmten Mutationen in den Protoonkogenen führen, werden diese als Onkogene aktiv. Meist geht eine verstärkte Onkogen-Aktivität mit einer verringerten Tumorsuppressor-Protein-Aktivität einher.
  • Welche Arten von Mutationen gibt es?

    Lösung

    Die einfachste ist die Punktmutation. Außerdem gibt es die Nonsense-, die Missense-, die Null- und die stumme Mutation. Auch Deletion und Insertion führen zu Veränderungen des Erbguts. Die konditional letalen Mutationen führen unter bestimmten Umständen sogar zum Zelltod. Alle diese Mutationen verändern das Erbgut gar nicht (stumme M.) bis sehr stark (konditional letale M.).
  • Was versteht man unter Epigenetik?

    Lösung

    Bei epigenetischen Veränderungen bleibt die DNA ansich unverändert, allerdings wird die Genaktivität beeinflusst. Chromosomenabschnitte oder auch ganze Chromosomen werden durch Methylierung der DNA oder der Histone blockiert und dadurch inaktiviert. Im Gegensatz zu Mutationen, welche zur Veränderung der Basensequenz führen, werden diese Modifikationen aber nicht an die nächste Generation weitergegeben. Allerdings werden solche epigenetischen Veränderungen durch klonale Aufrechterhaltung bei den mitotischen Zellteilungen eines einzelnen Individuums weitergegeben und wirken sich auf den gesamten Organismus aus.
  • Welche Vorgänge führen zur Arteriosklerose?

    Lösung

    Die Arteriosklerose ist eine Erkrankung des Arteriensystems, welche sich sehr langsam entwickelt und jahrelang symptomlos verläuft. Es handelt sich um eine chronisch fortschreitende Degeneration der Arterien mit progressiven Veränderungen der Gefäßwand. Durch Bindegewebewucherung, intra- und extrazelluläre Einlagerungen von Cholesterin, Fettsäuren und Kalk sowie Akkumulation von Kollagen und Proteoglykanen kommt es zu einer Verhärtung und Verdickung der Gefäße, die mit Verengungen und einer abnehmenden Elastizität einhergeht. Viele Faktoren begünstigen die Entstehung dieser Krankheit, z.B. arterielle Hypertonie, Übergewicht, Hyperlipidämie, Hypercholesterinämie, Diabetes mellitus, männliches Geschlecht, Alter, aber auch die Lebensweise, wie kalorien- und fettreiche Ernährung, Rauchen, Stress, sowie genetische und konstitutionelle Faktoren.
  • Was ist ein Reperfusionsschaden?

    Lösung

    Ein Peperfusionsschaden kann nach einem erfolgreich abgwendeten Herzinfarkt auftreten. Denn nach der Wiederherstellung der koronaren Durchblutung kann es durch eben diesen Reperfusionsschaden zu Komplikationen kommen. Durch die erneute Durchblutung des ischämischen Gewebes kommt es zur Bildung von Sauerstoffradikalen, z.B. Wasserstoffperoxid. Neben Membranschädigungen aktivieren diese Radikale auch Granulocyten, die sich im Gewebe ansiedeln und schädliche Substanzen freisetzen.
  • Beschreiben Sie die verschiedenen Typen der hämatogenen Metastasierung.

    Lösung

    Durch hämatogene Metastasierung bilden sich Tochtergeschwülste aus dem Primärtumor. Die Lokalisierung der Metastastasen ist dabei abhängig von der Lokalisierung des Primärtumors. Bei der hämatogenen Metastasierung lösen sich Tumorzellen aus dem eigentlichen Tumor, dringen in die Blutgefäße ein, werden weiter transportiert und bleiben im nächsten Kapillargebiet hängen. Man unterscheidet vier Typen der hämatogenen Metastasierung. Beim Vertebralvenentyp gelangen die Tumorzellen aus Brust oder Prostata über die Vertebralvenen in das Skelett und bilden dort Knochenmetastasen. Beim arteriellen Typ kommen die Tumorzellen aus der Lunge und gelangen über den Körperkreislauf in die Kapillargebiete von Leber, Nebenniere, Gehirn und Skelett und bilden dort Metastasen. Beim Hohlvenentyp sitzt der Primärtumor in der Leber oder der Niere und die Tumorzellen gelangen über die Hohlvene in die Lunge. Sitzt der Primärtumor im Magen-Darm-Trakt, so spricht man vom Pfortadertyp, bei dem die Tumorzellen zur Leber und von dort aus eventuell weiter in die Hohlvene gestreut werden.
  • Welche Formen des Lungenkarzinoms gibt es, und wodurch unterscheiden sie sich?

    Lösung

    Trachealtumoren entstehen in der Luftröhre oft als sekundäre Tumoren, welchen ein Tumor in Larynx oder Pharynx (etc.) vorausgeht. Bronchialkarzinome entwickeln sich in den Bronchien. Für die Entstehung wird eine entzündliche Reizung der Bronchialzellen verantwortlich gemacht. Sie treten besonders bei Männern auf. Selten gehen sie einem Lungenkarzinom voraus. Häufiger entstehen diese aber durch maligne Metastasen hämatogenen oder lymphogenen Ursprungs.
  • Wodurch entstehen kolorektale Karzinome?

    Lösung

    Kolorektale Karzinome (Dickdarmkrebs) entstehen überwiegend aus anfangs gutartigen Darmpolypen, welche später entarten. Die meisten malignen kolorektalen Karzinome sind Adenokarzinome, welche aus dem Drüsengewebe der Darmschleimhaut hervorgehen.
  • In welchem physiologischen Bereich bewegt sich der normale Blutzuckerspiegel?

    Lösung

    Der normale Blutzuckerspiegel des Menschen liegt zwischen 60 und 140 mg/dl Blut.
  • Welche genetischen Veränderungen erhöhen das Risiko für Brustkrebs dramatisch?

    Lösung

    Nur ca. fünf Prozent aller Mammakarzinome haben eine genetische Ursache. Es handelt sich dabei um Mutationen in einer Reihe von Genen, die zur Entwicklung von Mamma- und Ovarialkarzinomen führen. Das betrifft häufig die Gene BRCA1 und BRCA2. Sie codieren Transkriptionsfaktoren, welche an der Kontrolle der Zellteilung beteiligt sind. Bei beiden Mutationen beträgt das Risiko bis zum 70. Lebensjahr an Brustkrebs zu erkranken ca. 85%.
  • Was ist eine essenzielle Hypertonie, und wodurch entsteht sie?

    Lösung

    Die essentielle Hypertonie ist die häufigste Form des Bluthochdrucks. Die Ursachen hierfür sind noch nicht bekannt. Es liegen vermutlich genetische Prädispositionen vor, welche, zusammen mit anderen Risikofaktoren (z.B. Rauchen, erhöhter Alkoholgenuss), eine multifaktorielle Ursache darstellen.
  • Welche verschiedenen medizinischen Definitionen für den Tod gibt es?

    Lösung

    Medizinisch gesehen, wird der Begriff 'Tod' auf drei unterschiedliche Zustände angewendet, welche unterschiedlich bezeichnet werden. Beim klinischen Tod sind die Herz-Kreislauf-Funktionen erloschen. Herzschlag, arterieller Puls und Atemfunktion fehlen und der Körper ist in der Bewusstlosigkeit. Innerhalb einer Wiederbelebungszeit kann der klinisch Tote aber durch Reanimationsmaßnahmen wieder ins Leben zurückgerufen werden. Ansonsten stirbt das Gehirn infolge Mangeldurchblutung ab. Es kommt zum Hirntod. Jetzt fehlen zusätzlich Pupillen- und Hornhautreflex. Können durch die Reanimationsmaßnahmen die Funktionen der Stammhirnareale, nicht aber die der Großhirnareale wieder hergestellt werden, so spricht man von einem Teilhirntod. Jetzt sind die Herz-Kreislauf-Funktionen der Person erhalten geblieben, aber die Persönlichkeit ist in fortdauernder Bewusstlosigkeit erloschen.
  • Wie unterscheiden sich die Begriffe Verstädterung und Urbanisierung?

    Lösung

    Durch die Industrialisierung im 19. Jahrhundert nahm die Verstädterung stark zu. Mit dem Wort Verstädterung beschreibt man die Vermehrung, Ausdehnung und Vergrößerung der Anzahl, Fläche und Einwohner von Städten. Die Urbanisierung hingegen beschreibt die Ausbreitung dieser städtischen Lebensform in einem Land.
  • Was versteht man unter einer Zoonose?

    Lösung

    Infektionskrankheiten, welche von Tier zu Mensch und andersherum übertragbar sind, werden als Zoonose bezeichnet.
  • Was versteht man unter einem kompetenten Säugling?

    Lösung

    Untersuchungen in der menschlichen Entwicklungsforschung vor ca. 30 Jahren führten zu dem Begriff des 'kompetenten Säuglings'. Damals lagen die Forschungsschwerpunkte vor allem auf den kognitiven Fähigkeiten des Säuglings (Wachstum, Lernen, Gedächtnis, Denkvermögen). Diese beeindruckenden Fähigkeiten führten in der Fachsprache zu dem Begriff des kompetenten Säuglings.
  • Welche Auswirkungen hat oxidativer Stress?

    Lösung

    Oxidativer Stress ist eine Stoffwechsellage, bei der eine das physiologische Ausmaß überschreitende Menge reaktive Sauerstoffverbindungen gebildet wird, bzw. vorhanden ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn übermäßig viele Eisen- oder Zinkoxidpartikel in die Lungenzellen gelangen. Oxidativer Stress kann eine Vielzahl an schädigenden Zellreaktionen in Gang setzen. Gesunde Zellen können oxidativen Stress durch eine Reihe an Enzymen kompensieren. Zu den Folgen des oxidativen Stresses gehören die Lipidperoxidation, welche letztlich dazu führt, dass Zellen mehr Energie aufwenden müssen, um ihr Membranpotenzial zu stabilisieren, die Proteinoxidation und die Schädigung der DNA. Diese drei Vorgänge werden mitverantwortlich für den Alterungsprozess und die Lebenserwartung gemacht.
  • Welche biologischen Anwendungsmöglichkeiten hat die Nanotechnologie?

    Lösung

    Unter dem Begriff 'Nanotechnologie' werden Herstellung, Untersuchung und Anwendung von Strukturen zusammengefasst, welche in ihrer Dimension kleiner als 100 nm sind. Nanopartikel werden z.B. in der biomedizinischen Forschung in Mikrochips für die Proteinforschung eingesetzt. An der Charité in Berlin wurde vor Kurzem ein Verfahren gegen bisher unheilbare Gehirntumore entwickelt. Bei diesem Verfahren werden Nanopartikel aus Eisenoxid auf ihrer Oberfläche so markiert und verändert, dass sie von den stoffwechselaktiven Tumorzellen als 'Nahrung' aufgenommen werden. Die Nanopartikel werden zunächst in die Blutbahn injiziert. Sind sie von den Tumorzellen aufgenommen, werden die Nanopartikel durch eine Magnetflüssigkeitshyperthermie mit einem Magnetfeld erwärmt. Dadurch sterben sie ab. Allerdings ist noch wenig bekannt, inwieweit die im Körper befindlichen Nanopartikel weitere Reaktionen auslösen. Größere werden ausgeschieden, kleinere hingegen setzen sich im Gewebe von Leber und Pankreas fest. Deshalb ist für die Zukunft wichtig Nanopartikel zu entwickeln, welche gezielt und ungefährlich zur Diagnose und Therapie in den Organismus eingeschleust werden können.
  • In welcher Phase der menschlichen Entwicklung entstand die Lactosetoleranz?

    Lösung

    Studien belegen, dass sich die Fähigkeit des Menschen Milch zu verdauen erst nach der Mittelsteinzeit entwickelt hat und somit eine relativ junge genetische Neuerung der Menschheit ist.
  • Welche Zusammenhänge bestehen zwischen Bevölkerungsdichte und Inkubationszeit einer Krankheit?

    Lösung

    Hat eine Infektionskrankheit eine lange Inkubationszeit (z.B. Lepra), so haben die Erreger in dünn besiedelten Gebieten einen Selektionsvorteil. Anders ist es bei Infektionskrankheiten mit kurzer Inkubationszeit (Masern, Pocken). Diese haben einen Vorteil in Ballungsgebieten, da sie zur erfolgreichen Verbreitung eine sehr große Wirtspopulation benötigen.
  • Mithilfe welcher Mechanismen hat sich der Mensch an Infektionskrankheiten angepasst?

    Lösung

    Der Mensch hat sich als Folge von Selektionsmechanismen, allgemeinen biologischen Anpassungen und durch Anpassung der Kultur und des Verhaltens an bestimmte Krankheitserreger adaptiert. Hinzu kommen neue technische Errungenschaften des Menschen, wie z.B. biotechnische Verfahren der Immunisierung (Impfen) oder die Antibiotikatherapie.
  • Über welche Mechanismen wirkt sich psychosozialer Stress auf den menschlichen Organismus aus, und was sind die Folgen?

    Lösung

    Psychosozialer Stress, welcher sich auf den Menschen auswirkt, ist z.B. ein besonders schwerwiegendes Lebensereignis (Tod eines Angehörigen, Scheidung). Weitere Stressfaktoren sind z.B. chronische Konflikte in einer Paarbeziehung, Überschuldung, Zeitmangel, Reizüberflutung, übergroße Verantwortung und soziale Isolation. Auf Dauer führen diese Faktoren zu Erkrankungen, welche durch übermäßige Ausschüttung der Stresshormone Adrenalin und Noradrenalin verursacht werden. Arteriosklerotische Gefäßschäden, Herzinfarkt und Schlaganfall sind die Folge. Ein Schlüsselmolekül der Stressreaktion ist der Transkriptionsfaktor NFkB. Dieser wird von den Stresshormonen aktiviert und reguliert die Genaktivität im Zellkern.
  • Fertig!

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