Tierphysiologie kompakt

Tierphysiologie
ISBN: 
978-3-8274-1661-2

Dieses kompakte Tierphysiologie-Lehrbuch ist das erste, das sich ausschließlich auf das für das Bachelor-Studium der Biologie relevante Wissen konzentriert. Es bietet eine optimale Grundlage zur umfassenden Vorbereitung der entsprechenden Studienmodule und Abschlussklausuren. Das tierphysiologische Basiswissen ist gut verständlich, aber in konzentrierter Form dargestellt. Text- und Bildanteil stehen dabei in einem idealen Verhältnis zueinander. Alle Zeichnungen sind detailliert und didaktisch auf Bachelor-Niveau zugeschnitten.

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Für die Studierenden eröffnet dieses Buch die Möglichkeit, sich in einem mehrwöchigem Kompaktmodul auf die jeweiligen Themenkomplexe vorzubereiten und ihr Wissen durch prüfungsrelevante Fragen zu kontrollieren und somit den Lernerfolg sicherzustellen. Das Werk wird den Studieninhalten aller deutschsprachigen biologischen Fakultäten gerecht.

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  • Kapitel 1: Grundlagen und Zellphysiologie (10)
  • Kapitel 2: Nerven- und Muskelphysiologie (10)
  • Kapitel 3: Sinnesphysiologie und zentrales Nervensystem (10)
  • Kapitel 4: Vegetatives Nervensystem (10)
  • Kapitel 5: Blut, Blutgruppen und Immunsystem (10)
  • Kapitel 6: Atmung und Gasaustausch (10)
  • Kapitel 7: Osmoregulation, Exkretion und Säure-Basen-Haushalt (10)
  • Kapitel 8: Herz und Kreislauf (10)
  • Kapitel 9: Verdauung und Energiestoffwechsel (10)
  • Kapitel 10: Thermoregulation und Wärmehaushalt (10)
  • (8)
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Frage 1 von 108
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  • 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.
  • Wie funktioniert Osmose und welche Bedeutung hat sie für den tierischen Organismus?

    Lösung

    Aufgrund der Eigenschaft der Lipiddoppelschicht biologischer Membranen sind diese für viele Stoffe semipermeabel. Kleinere, ungeladene Moleküle, wie z.B. Wasser, werden allerdings leichter als große und geladene Teilchen durch die Membran gelassen. Diese Eigenschaften der Membranen führen zum Begriff Osmose. Osmose ist ein grundlegender physikochemischer Vorgang, der zwischen allen biologischen Kompartimenten stattfindet. Die ungleiche Verteilung von gelösten Teilchen in zwei Kompartimenten, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, bewirkt die Verschiebung des Lösungsmittels (Wasser) von einem Kompartiment in das andere. So soll der Konzentrationsunterschied zwischen den Kompartimenten ausgeglichen werden. Es kommt zur Volumenvergrößerung in einem Kompartiment und zum Aufbau eines osmotischen Drucks. Der entstehende osmotische Druck ist größer als der hydrostatische Druck. Osmotische Effekte stellen in unserem Organismus eine starke Kraft dar und werden für bestimmte Transportmechanismen, z.B. die Wasserrückresorption im distalen Tubulus der Niere, genutzt.
  • 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 bildet sich ein Diffusionspotenzial?

    Lösung

    Durch die Bewegungen von geladenen Teilchen, wie z. B. Ionen und kleinere organische Molekülen, wird über jede biologische Membran eine elektrische Potenzialdifferenz aufgebaut, welche als das Membranpotenzial bezeichnet wird. Dessen Polarität ist intrazellulär negativ, extrazellulär positiv und typischerweise liegt es bei ca. -70 mV. Diese elektrische Spannung entsteht durch elektrische Diffusion, bei der eine Ladungstrennung zwischen positiven und negativen Ionen der Zelle stattfindet. Ein Diffusionspotenzial bildet sich, wenn eine Ungleichverteilung von Ladungsträgern vorliegt. Erst, wenn sich die Konzentrationsgradienten nach längerer Zeit ausgeglichen haben, bricht das Diffusionspotenzial zusammen und beträgt null.
  • Wozu verwendet man elektrische Ersatzschaltbilder?

    Lösung

    Die Gleichgewichtspotenziale der Zellmembranen können nur über hochauflösende elektrische Messungen mit einer intrazellulären Mikroelektrode gemessen und analysiert werden. Um die Verhältnisse zu verdeutlichen werden die Membran und die Ionengradienten in einem elektrischen Ersatzschaltbild simuliert. Die unterschiedlichen Ionenpermeabilitäten werden dabei als regelbare Widerstände dargestellt, weil die Ionenkanäle der Membran mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit geöffnet oder geschlossen vorliegen. Die Ionenkanäle einer Membran liegen nebeneinander vor, demnach werden die einzelnen Widerstände im Ersatzschaltbild in Parallelschaltung angeordnet. Die verschiedenen Ionengradienten werden jeweils durch eine Batterie symbolisiert. Diese erzeugt das entsprechende Gleichgewichtspotenzial E (K), E (Na) und E (Cl). Misst man nun mit einer Mikroelektrode das Membranpotenzial quer über die Membran von innen nach außen, so sind die in diesem elektrischen Ersatzschaltbild abgebildeten Elemente hauptsächlich für dieses Potenzial verantwortlich und können durch geeignete experimentelle Maßnahmen analysiert werden.
  • Welche Regulationsmöglichkeiten gibt es bei Ionenkanälen?

    Lösung

    Ionenkanäle besitzen ein verschließbares Tor (gate), welches sich unter bestimmten Bedingungen öffnet und schließt (gating). Zudem können sich Ionenkanäle in einem weiteren Zustand befinden, in dem sie völlig inaktiv sind. Ionenkanäle durchlaufen ständig die drei Phasen. Der Zyklus kann unterschiedlich gesteuert werden. Spannungsgesteuerte Ionenkanäle verfügen über einen Spannungssensor, der die Veränderung des Membranpotentials registriert und durch Mikrobewegungen die molekulare Struktur des Kanalproteins so verändert, dass vorhandene Tore geöffnet oder geschlossen werden. Ein Beispiel wäre der spannungsgesteuerte Natrium-Kanal. Es gibt auch ligandengesteuerte Ionenkanäle, bei denen ein Ligand (chemischer Stoff) direkt an das Kanalprotein bindet und dies zur Öffnung veranlasst, z.B. Acetylcholin bindet an dem nicotinergen Kationenkanal in neuronalen Synapsen. Ein Ionenkanal kann auch durch Phosphorylierung gesteuert werden. Hierfür sind intrazelluläre Signalstoffe wie ATP und außerdem Proteinkinasen notwendig. Eine vierte Möglichkeit der Kanalsteuerung ist die durch mechanische Reize. Hier spielen Membranverformung und das Cytoskelett eine regulierende Rolle.
  • Was ist der Unterschied zwischen einem first und einem second messenger? Nennen Sie Beispiele.

    Lösung

    Zum Informationsaustausch der Zellen eines Organismus' werden extrazelluläre Botenstoffe, die first messenger, benötigt. Hierzu zählen z.B. Transmitter, Hormone und parakrine Stoffe (ATP). Je nachdem ob sie membrangängig sind oder nicht, haben sie spezifische extra- oder intrazelluläre Rezeptoren. Das zu übermittelnde Signal wird letztlich intrazelluär über weitere Signalwege bis zum Effektor geleitet. Die Stoffe, die dabei intrazellulär wirken, bezeichnet man als second messenger. Hierzu zählen z.B. cAMP, cGMP und Ca2+.
  • Welche intrazellulären Signalwege gibt es?

    Lösung

    Ein intrazellulärer Signalweg läuft über cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP). Ein zweiter intrazellulärer Signalweg, die cGMP-Kaskade, folgt einem ähnlichen funktionellen Schema. Die Ca2+ - Signalkaskade funktioniert wesentlich komplexer, als die beiden anderen Signalwege.
  • Wie lautet die Nernst-Gleichung und welche Anwendung hat sie?

    Lösung

    Durch die Nernst-Gleichung kann die Beziehung zwischen dem elektrischen und dem chemischen Gradienten beschrieben werden. Sie lautet:
    E = [R × T / z × F] × ln c(a) / c(i)
    Dabei ist R die allgemeine Gaskonstante (8,31 J / K × mol). T steht für die absolute Temperatur, F für die Faraday-Konstante (96485 C / mol) und z für die Wertigkeit des Ions. Die Nernst-Gleichung beschreibt die Diffusionsvorgänge einer einzelnen Ionenart durch eine semipermeable Membran.
  • 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 geht wieder in den ürsprünglichen, aktivierbaren Zustand über.
  • Worin unterscheidet sich eine saltatorische von einer kontinuierlichen Erregungsleitung 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 einigen Stellen regelmäßig unterbrochen - an den Ranvierschen Schnürringen. 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.
  • Welche unterschiedlichen Typen von Muskulatur gibt es?

    Lösung

    Wir unterscheiden die quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur), die Herzmuskulatur und die glatte (Eingeweide-) Muskulatur.
  • Erklären 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.
  • Was ist der Unterschied 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.
  • 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 Rezeptorpotenzials bezeichnet. Mit der Transformation hingegen wird die Übersetzung dieses lokalen Rezeptorpotenzials in eine modulierte Serie von Aktionspotenzialen beschrieben. Sinneszellen erstellen also aus dem Reiz ein Rezeptorpotenzial (Transduktion), welches anschließend in eine Serie von Aktionspotenzialen 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.
  • Wie unterscheiden sich Makrosmaten von Mikrosmaten?

    Lösung

    Makrosmaten und Mikrosmaten unterscheiden sich in ihrem Geruchsvermögen. Tiere mit starkem Geruchsvermögen (Makrosmaten) sind z.B. Nagetiere, Huftiere und Raubtiere. Der Mensch gehört z.B. zu den Organismen mit geringem Geruchsvermögen (Mikrosmaten).
  • 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 Honrhaut, 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 Elektrorezeptoren gibt es und wozu werden sie benutzt?

    Lösung

    Die Elektrorezeption dient vielen aquatischen Tieren der Wahrnehmung von und Orientierung über elektrische Felder. Die Elektrorezeptoren unterteilen sich in ampulläre und tuberöse Organe. Beide Formen stammen vom Seitenliniensystem der Fische ab und haben ihre Cilien und damit ihre Mechanosensitivität verloren. Ampulläre Organe besitzen eine gallertgefüllte Grube, die durch einen Kanal mit der Oberfläche in Verbindung steht. Sie dienen der passiven Elektroortung, wie z.B. die Lorenzinischen Ampullen der Haie und Rochen. Die tuberösen Organe dienen der aktiven Elektroortung und kommen z.B. bei schwach elektrischen Fischen, z.B. den Nilhechten vor.
  • Erklären Sie schematisch grob den Aufbau und die Funktion des zentralen Nervensystems.

    Lösung

    Das ZNS bezieht sich auf die Wirbeltiere und besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Es steuert und koordiniert mithilfe des peripheren Nervensystems und des vegetativen Nervensystems die Funktion der Organe. Zum Gehirn gehören Großhirn, Kleinhirn, Mittelhirn, der Thalamus, das Limbische System, die Basalganglien und die Medulla oblongata als Übergang zum Rückenmark. Das Großhirn umfasst den größten Teils des Gehirns und ist bei Menschen Sitz des Bewusstseins, des Gedächtnisses und der bewussten Lautäußerung (Sprache). Das Kleinhirn arbeitet besonders eng mit dem motorischen Cortex zusammen, um komplizierte Bewegungsabläufe zu koordinieren und ist das Kontrollorgan der Willkürmotorik. Das Mittelhirn liegt im Innern des Gehirns und kontrolliert viele motorische Abläufe. Der Thalamus spielt eine zentrale Rolle als Bindeglied zwischen verschiedenen Hirnarealen. Das Limbische System liegt ebenfalls im Innern des Gehirns und hat Verbindungen u.a. zum Cortex und beinhaltet z.B. die Vorgänge zur Gedächtnisbildung. Die Basalganglien liegen an der Basis des Gehirns und sind für die Kontrolle von Bewegungsprogrammen der Willkürmotorik zuständig. Das verlängerte Mark (Medulla oblongata) stellt die Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark dar und steuert z.B. die Atmung und den Kreislauf. Das Rückenmark wird in die schmetterlingsförmige graue Substanz und die sie umgebende weiße Substanz eingeteilt. Eine Hauptaufgabe des Rückenmarks ist es, elektrische Impulse zwischen dem Gehirn und anderen Teilen des Körpers zu vermitteln. Eine zweite Aufgabe ist die Arbeit als Reflexzentrum, ohne das Gehirn zwischenzuschalten.
  • In welche anatomischen und funktionellen Bereiche gliedert sich das vegetative Nervensystem?

    Lösung

    Das vegetative Nervensystem ist für die Steuerung des Stoffwechselgeschehens verantwortlich, reguliert demnach alle inneren Organe. Generell wird das vegetative Nervensystem in zwei weitestgehend autonome Bereiche untergliedert, den Sympathikus und den Parasympathikus. Ein weiterer eigenständiger Bereich des vegetativen Nervensystems ist das enterische Nervensystem des Darms. Parasympathikus und Sympathikus agieren als Antagonisten.
  • 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 benutzen 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 benutzt 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 Alpha- und Beta- Rezeptoren einteilen lassen. Beide Gruppen enthalten Subtypen der jeweiligen Rezeptoren, welche in den Geweben der Zielorgane unterschiedlich verteilt sind.
  • Welche postganglionären Transmitter benutzt der Parasympathikus und welche Rezeptortypen sind in den Erfolgsorganen vorhanden?

    Lösung

    Wie auch in den präsympathischen Neuronen erfolgt die Signalübertragung in den parasympathischen Neuronen über Acetylcholin. Allerdings sind hier muscarinerge Rezeptoren vom Subtyp M1 bis M3 in den Zielorganen vorhanden.
  • Was ist eine supraspinale Kontrolle?

    Lösung

    Die Aktivität der präganglionären Neurone wird durch absteigende Bahnen aus dem Gehirn und dem verlängerten Mark kontrolliert und unterliegt demnach der supraspinalen Kontrolle.
  • Beschreiben Sie eine viscerale Afferenz. Was ist eine Headsche Zone?

    Lösung

    Viscerale Afferenzen gehören zum vegetativen Nervensystem und leiten Informationen von den inneren Organen zum Dorsalhorn des Rückenmarks weiter. Dort liegen sie in enger räumlicher Nachbarschaft zu Afferenzen der Haut. Dadurch gibt es Interaktionen der neuronalen Informationsverarbeitung, die zu übertragenen Schmerzwahrnehmungen führen können. Dabei werden Schmerzempfindungen aus den inneren Organen auf Hautareale übertragen, die so genannten Headschen Zonen.
  • 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.
  • Welche Funktion hat die ventrolaterale Medulla oblongata?

    Lösung

    Die ventrolaterale Medulla oblongata ist eines der speziellen Kerngebiete der Medulla oblongata und steuert die Aktivität des Sympathikus.
  • In welcher Beziehung steht das vegetative Nervensystem zum endokrinen System?

    Lösung

    Diese neurovegetativen Beziehungen zeigt sich besonders bei den Transmittern des Sympathikus. Hier vermischt sich die lokalisierte synaptische Wirkung mit der allgemeinen über das Blutgefäßsystem auf alle Gewebe zielenden hormonellen Wirkung. Adrenalin z.B. wird sowohl als Transmitter in zentralen Synapsen, als auch als Hormon aus dem Mark der Nebenniere ausgeschüttet. In der Nebenniere wird Adrenalin in den chromaffinen Zellen gebildet, welche entwicklungsbiologisch aus modifizierten Vorläuferzellen der Neuralleiste stammen. Somit ist also der sympathische Teil des vegetativen Nervensystems eng mit der Funktion des Nebennierenmarks gekoppelt.
  • Welche Bestandteile des Blutes gibt es und was ist der Hämatokrit?

    Lösung

    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. Mit dem Hämatokrit wird der Volumenanteil der Blutzellen bezeichnet. Er nimmt nur knapp die Hälfte des Gesamtvolumens des Blutes ein.
  • 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.
  • Was besagt die osmotische Resistenz?

    Lösung

    Die normale Umgebung der Erythrozyten 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 Erythrozyten sterben ab.
  • Welche Blutgruppen gibt es beim Menschen und wie unterscheiden sie sich?

    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. Menschen mit der Blutgruppe A tragen auf der Oberfläche all ihrer Erythrozyten das Antigen A. In deren Plasma hingegen tragen sie den Antikörper B, welcher gegen das bei Blutgruppe A nicht vorhandene Antigen B gerichtet ist. Umgekehrt tragen Menschen mit der Blutgruppe B das Antigen B auf der Oberfläche ihrer Erythrozyten und im Plasma die Antikörper gegen A. Bei der Blutgruppe AB sind beide Antigene auf der Oberfläche des roten Blutkörperchens vorhanden, im Plasma befinden sich keine Antikörper. Die Blutgruppe 0 hingegen weist keine Antigene auf, dafür aber Antikörper A und B im Plasma. Die Antigene dieses Blutgruppensystems sind nicht nur auf der Oberfläche der Erythrozyten zu finden, sondern auch auf der der Leukozyten und Körperzellen. Dies spielt in Hinblick auf Transfusionen und Transplantationen eine große Rolle.
  • Welche Varianten gibt es im Blut rhesusnegativer Menschen?

    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 Granulocytenarten 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.
  • 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.
  • Wie unterscheiden sich T-Helferzellen von T-Killerzellen?

    Lösung

    T-Helferzellen stimulieren die Proliferation der aktivierten T-Lymphocyten. Diese bilden weitere T-Helferzellen, als auch T-Killerzellen. T-Killerzellen 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.
  • 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.
  • Beschreiben Sie den Aufbau eines Hämoglobinmoleküls.

    Lösung

    Hämoglobin ist das Atmungspigment bei den Menschen. Das Hämoglobin ist ein Einweißmolekül, welches aus vier Untereinheiten (UE) aufgebaut ist (tetramer). Jede dieser UE besteht aus einer Polypeptidkette, dem Globin, und einer prosthetischen Gruppe, dem Häm. Je zwei dieser vier Polypeptidketten sind identisch, sodass zwei ?- und zwei ?-Ketten vorhanden sind. Das Häm ist aus vier Pyrrolringen aufgebaut, deren Stickstoffatome in ihrer Mitte ein Fe2+ komplex binden. Dieses Eisen-Zentralatom kann bei der Oxygenierung ein Sauerstoff-Molekül an der 6. Stelle binden, ohne dass es zu einer Oxidation des Fe2+ kommt. Da Hämoglobin aus vier UE besteht, kann es vier O2-Moleküle binden.
  • 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.
  • Was ist ein Ventilpneumothorax?

    Lösung

    Ein Ventilpneumothorax ist ein beidseitiger Pneumothorax. Das heißt, dass beide Lungenflügel, eventuell aufgrund einer Verletzung der Brustwand, kollabieren. Dabei zieht sich die Lunge durch ihre innere Zugspannung auf eine faustgroße Form im Thorakalraum zurück. Es besteht kein Kontakt mehr zur Brustwand, weshalb keine Atembewegungen mehr möglich sind. Bei einem Ventilpneumothorax besteht, im Vergleich zu einem einseitigen Pneumothorax, Lebensgefahr.
  • Welche Atemvolumina und Atemkapazitäten gibt es?

    Lösung

    Atemvolumina und Atemkapazitäten können mithilfe 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.
  • Wie kann man den O2-Verbrauch bestimmen?

    Lösung

    Den Sauerstoff-Verbrauch kann man mit einem Spirometer bestimmen. Füllt man zu Beginn des Versuchs statt normaler Luft reinen Sauerstoff in die Spirometerglocke, so kann dessen Verbrauch pro Zeiteinheit sehr einfach an der kalibrierten Registrierung abgelesen werden. Denn durch den Sauerstoffverbrauch und die fortwährende Absorption des ausgeatmeten CO2 an den Atemkalk (Calciumbicarbonatverbindung, welche das ausgeatmete CO2 bindet) wird dem abgeschlossenen Volumen der Spirometerglocke stets ein gewisses Volumen entzogen. Daher verläuft die Registrierung der Atemzüge nicht horizontal, sondern steigt schräg an. Aus der Steigung der Grundlinie (Ausatmung) pro Zeiteinheit kann nun der verbrauchte Sauerstoff ermittelt werden.
  • 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.
  • Beschreiben Sie den Bau und die Arbeitsweise der Vogellunge.

    Lösung

    Die Lunge der Vögel ist nicht, wie bei anderen Vertebraten, sackartig angelegt, sondern funktioniert als permanent durchströmtes Organ nach dem Dudelsackprinzip. Dies ermöglicht die hohe Sauerstoffbereitstellung, welche aufgrund des großen O2-Verbrauchs notwendig ist. Sie besteht aus einem vorderen Luftsack, den Parabronchien und einem hinteren Luftsack. Vögel können ihren Brustkorb nicht erweitern, sondern führen zum Atmen schaukelartige Bewegungen ihres Sternums durch. Dadurch quetschen sie abwechselnd den vorderen und den hinteren Luftsack, sodass die eingeatmete Luft durch die Lungenpfeifen in den Parabronchien bewegt wird. Sie besitzen beim Ein- und auch beim Ausatmen einen sehr effektiven Gasaustausch in den Lungenpfeifen.
  • Welche unterschiedlichen Osmoregulationsmechanismen haben Meeres- und Süßwasserfische?

    Lösung

    Marine Vertebraten sind vorrangig hypoton im Verhältnis zu ihrer Umgebung. Demnach verlieren sie stets Flüssigkeit an das umliegende Wasser. Ohne Osmoregulation würden sie vertrocknen/ verdursten. Nicht nur deshalb, sondern auch aufgrund ihrer Kiemenatmung trinken sie sehr viel Meerwasser. Daher haben sie in ihren Kiemen Mechanismen zur Salzausscheidung entwickelt. Diese so genannten Chloridzellen dienen ausschließlich der Osmoregulation. Es handelt sich hierbei um spezielle Kiemenepithelzellen. Ihre zellulären Transportmechanismen bestehen aus einem Cotransportsystem in der basolateralen Zellmembran. Dieses transportiert pro Zyklus zwei Chloridionen zusammen mit einem Na+- und einem K+-Ion aus dem Blut in die Zelle. Dadurch akkumuliert Cl- sehr schnell in der Zelle. So bildet sich ein Konzentrationsgradient, aufgrund dessen Cl- die Zelle auf der apikalen Seite durch einen Chloridkanal verlassen kann. So entledigen sich Meeresfische der großen Menge an Natriumchlorid. Die Körperflüssigkeit der limnischen Wasserbewohner hingegen ist hyperosmotisch im Vergleich zum umgebenden Medium. Daher strömt ständig Wasser in sie hinein. Ohne Osmoregulation würden ihre Zellen platzen. Sie regulieren vorwiegend über die Kiemen und die Nieren. Na+ wird bei diesen Fischen durch epitheliale Na+- Kanäle und Na+/H+-Antiporter über die apikale Membran in die Zelle aufgenommen und durch eine basolaterale Na+/K+-ATPase zur Blutseite befördert. Chlorid folgt über einen apikalen Chlorid/Bicarbonat-Austauscher und basolaterale Chloridkanäle. So gehen die Fische sicher, nicht ständig Salze zu verlieren.
  • Beschreiben Sie die Funktionsweisen von Salz- und Rektaldrüsen.

    Lösung

    Rektaldrüsen dienen der Salzabgabe bei Haien und Rochen. Sie befindet sich als blind endender Anhang im letzten Bereich des Dickdarms und besitzt spezialisierte Epithelien, deren Zellen funktionell nach demselben Prinzip wie die Chloridzellen der Teleostierkiemen arbeiten. Das heißt, dass ihre transzelluläre Chloridsekretion durch einen basolateralen (innere Membranseite) Na+/ K+/ Cl- -Cotransporter und einen apikalen (äußere Membranseite) Cl- -Kanal ermöglicht wird. Pro Transportzyklus werden zwei Chloridionen zusammen mit einem Na+- und einem K+ -Ion basolateral aus dem Blut in die Zelle gebracht. Cl- akkumuliert so schnell in der Zelle, es bildet sich ein Konzentrationsgradient und Cl- kann die Zelle auf der apikalen Seite durch den speziellen Cl- -Kanal verlassen und ausgeschieden werden. Das durch die Rektaldrüse ausgeschiedene Sekret enthält sehr viel NaCl, welches über den Enddarm und das Rectum in die Umgebung abgegeben werden. Bei den Salzdrüsen der Meeresvögel (Möwe, Pinguin) handelt es sich ebenfalls um ein Organ zur gezielten Salzabgabe. Diese Tiere nehmen mit Nahrung und Meerwasser große Mengen an NaCl zu sich, welches über die paarigen Salzdrüsen am Kopf oberhalb der Augen ausgeschieden wird. Die Transportmechanismen der Epithelzellen sind ähnlich denen der Rektaldrüsen. Letztlich wird ein NaCl-reiches wässriges Sekret ausgeschieden.
  • Wie funktioniert ein Malpighi-Gefäß?

    Lösung

    Bei den Malpighi-Gefäßen der Insekten handelt es sich um ein zusätzliches Exkretionssystem, welches aus blind endenden Schläuchen besteht, welche in den Bereich des Enddarms münden. Ihre Funktion ist an die Resorptionsvorgänge des Enddarmepithels gekoppelt. Dort resorbierte Ionen und Flüssigkeit werden durch die Malpighi-Gefäße aus dem Interstitium aufgenommen, in deren Lumen sezerniert und dem Enddarm wieder zugeführt. Somit besteht ein geregelter Kreislauf von Substanzen, die durch mehrfache Passage von Epithelien in ihrer Konzentration und Menge modifiziert werden können.
  • 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 Gloerulus 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 und wie werden die Organismen danach bezeichnet?

    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 und weiter auf die basolaterale Seite. Der Effekt des ADH ist sehr schnell und setzt innerhalb von Minuten ein.
  • Erklären Sie den Unterschied zwischen einem offenen und einem geschlossenen Kreislaufsystem. Bei welchen Tiergruppen kommen sie jeweils vor?

    Lösung

    Ein offenes Kreislaufsystem findet man z.B. bei Insekten und Crustacea. Ein geschlossenes Kreislaufsystem ist erstmals bei den Anneliden ausgebildet. Weitere Invertebraten mit geschlossenem System sind die Cephalopoden. Zudem weisen alle Vertebraten ein geschlossenes System auf. Die wesentlichen Unterschiede dieser beiden Kreislaufsysteme sind: Im offenen System findet keine Trennung von Kompartimenten statt, es zirkuliert Hämolymphe. Es handelt sich um ein Niederdrucksystem mit einem großen Volumen (ca. 80% des Gesamtkörperwassers). Das Gefäßherz muss einen großen Pumpaufwand betreiben. Im geschlossenen System hingegen findet eine Trennung der Kompartimente statt. Blut zirkuliert im Kreislaufsystem und interstitielle Flüssigkeit füllt den interstitiellen Raum. Das Blut wird vom Herzen mit hohem Druck in das arterielle System gepumpt. Durch die Kompartimentierung ist ein kleines Blutvolumen notwendig (bis zu 10% des Gesamtkörperwassers). Das Herz muss einen vergleichsweise geringen Pumpaufwand betreiben. Diese beiden Systeme unterscheiden sich also in Volumen, Druck und Pumpaufwand.
  • Welche Abhängigkeiten gibt es zwischen Gefäßquerschnitt, Geschwindigkeit der Blutströmung und dem Blutdruck?

    Lösung

    Die Fließgeschwindigkeit des Blutes ist abhängig vom Querschnitt des Gefäßes im betreffenden Abschnitt. Dabei zählt bei parallel angeordneten Gefäßen, z.B. im Kapillarbereich, der Gesamtquerschnitt. Wo der Gesamtquerschnitt am gringsten ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit am größten (Aorta). Im Kapillarbett ist der Gesamtquerschnitt am größten und demnach die Strömungsgeschwindigkeit am geringsten. Entsprechend des Querschnitts verhält sich auch der Druckverlauf entlang des Kreislaufsystems. Der Blutdruck nimmt mit fortschreitender Entfernung kontinuierlich ab, solange der Gefäßquerschnitt gleich bleibt. Verringert sich der Querschnitt, wie in den allmählich enger werdenden Arterien, Arteriolen und Kapillaren, dann fällt der Druck dort stärker ab.
  • Beschreiben Sie die Verteilung des Blutvolumens in den hauptsächlichen Abschnitten des menschlichen Gefäßsytems in prozentualen Einheiten

    Lösung

    Normalerweise nehmen Lunge und Herz etwa 15% des Blutvolumens auf, im arteriellen Abschnitt befinden sich etwa 10%, im Kapillarbereich etwa 5% des Blutvolumens. Der größte Teil des Blutvolumens, ca. 70%, befindet sich im venösen Bereich. Es dient als Blutreservoir des Körpers.
  • 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?

    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 auf dem jeweiligen Ableitungspunkt ab. Während der Reizbildung und -weiterleitung entstehen in jeder Einzelzelle des Herzens Potenzialdifferenzen. 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.
  • Erklären Sie den Frank-Starling-Mechanismus.

    Lösung

    Der Frank-Starling-Mechanismus beschreibt die Zusammenhänge zwischen der Füllung und der Auswurfleistung des Herzens. Durch ihn wird die Tätigkeit des Herzens an kurzfristige Schwankungen von Druck und Volumen angepasst, so dass beide Herzkammern dasselbe Schlagvolumen auswerfen.
  • Über welche Strukturen und durch welche Mechanismen erfolgt der Stoffaustausch über die Kapillarwand?

    Lösung

    Die einzelnen Endothelzellen der Kapillarwand berühren sich über verschiedenartige intrazelluläre Verbindungen. Zum einen sind das die normalen, durch tight junctios verschlossenen, parazellulären Bereiche. Zum anderen sind aber auch spezielle Fenestrationen (parazelluläre Route), welche fensterähnliche Durchlässe bilden, vorhanden. Das Endothel der Kapillaren liegt auf einer Basalmembran und ist wesentlich durchlässiger für den Stoffaustausch als alle anderen Gefäßabschnitte. Der Stoffaustausch über die Wand der Kapillaren kann aber neben den extrazellulären Routen auch über transzelluläre Diffusion (für lipidlösliche Stoffe) und transzellulären Vesikeltransport erfolgen. Erfolgt der Stoffaustausch über die Fenestrationen, ist er von den Druckverhältnissen im Gefäß und dem umliegenden Gewebe abhängig und wird dann als Filtration bezeichnet.
  • 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.
  • Woraus bestehen und wie bilden sich Lipide?

    Lösung

    In der Natur liegen Lipide meist als Triglyceride vor. Alle drei OH-Gruppen des Glycerins sind mit jeweils einer Fettsäure verestert. Sie entstehen also durch Veresterung (Wasserabspaltung) aus dreiwertigen Alkoholen und Fettsäuren.
  • Was ist eine O-glykosidische Bindung und wie wird sie gespalten?

    Lösung

    Monosaccharide können sich über eine O-glykosidische Bindung mit anderen Monosacchariden zu Di-, Oligo- oder Polysacchariden verbinden. Eine glycosidische Bindung kann hydrolytisch durch die entsprechenden Enzyme gespalten werden. Das Polysaccharid Stärke z.B. weist eine ?-glykosidische Verbindung auf, welche durch die Amylase (Verdauungsenzym) gespalten werden kann. Die ?-glykosidische Verbindung der Cellulose hingegen kann nur durch die mikrobielle Cellulase gespalten werden.
  • Beschreiben Sie die Grundstruktur einer Aminosäure und eines Peptids.

    Lösung

    Die Aminosäuren weisen alle eine gemeinsame Grundstruktur mit einem variablen Rest auf. In dieser Grundstruktur gibt es ein zentrales Kohlenstoffatom, welches vier freie Bindungsstellen aufweist. Eine dieser Stellen ist grundsätzlich mit einer Aminogruppe (NH2) besetzt, eine weitere mit einer Carboxylgruppe (COOH). An einer Stelle sitzt der variable Rest, welcher den Aminosäuren die Eigenschaften verleiht, z.B. basisch oder sauer zu sein. Der einfachste Rest ist bei Glycin zu finden, -H. Bei Alanin ist der Rest eine Methylgruppe (CH3), bei Serin ist es -HOCH2. Die Aminosäuren (AS), durch eine Peptidbindung miteinander verbunden, ergeben ein Di-, Tri-, Oligo- oder Polypeptid, je nach Anzahl der AS. Eine Peptidbindung entsteht durch Verknüpfung der Aminogruppe eines Peptids mit der Carboxylgruppe des anderen Peptids unter Wasserabspaltung. 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 zusammenlagern, entsteht eine Quartiärstruktur, z.B. wie beim Hämoglobin.
  • Welche Verdauungsenzyme gibt es bei Wirbeltieren?

    Lösung

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

    Lösung

    Sowohl in Menge als auch in der Zusammensetzung wird der Speichel durch antagonistische Regulation des vegetativen Nervensystems reguliert. Dünnflüssiger, enzymarmer (seröser) Speichel wird z.B. gebildet, wenn die parasympatischen Fasern des Nervus glossopharyngeus und des N. facialis gereizt werden und so eine Ausschüttung von Acetycholin bewirken, wodurch eine Vasodilatation der Blutgefäße erfolgt. Ähnlich wie Acetylcholin wirkt auch das Neuropeptid Substanz P auf die Epithelzellen der Speicheldrüse und erhöht das Volumen des sezernierten Speichels über die Freisetzung von Calcium aus intrazellulären Speichern. Wasserarmer, enzym- und mucinreicher (mucöser) Speichel wird ausgeschüttet, sobald der Sympathikus gereizt wird und es zu einer Ausschüttung von Noradrenalin kommt. Dieses wirkt dann auf die Beta-adrenergen Rezeptoren, wodurch eine Vasokonstriktion der Gefäße erreicht wird, welche die Ausschüttung des Speichels bedingt. Bei monogastrischen Tieren wird die Speichelsekretion also nach Bedarf geregelt. Bei digastrischen Tieren (Wiederkäuer) findet eine Dauersekretion statt.
  • Welche funktionelle Einteilung hat der einhöhlige Magen?

    Lösung

    Der einhöhlige Magen wird funktionell in einen proximalen (Speicherung) und einen distalen (Durchmischung und Aufbereitung) Magen unterschieden.
  • Welche Zelltypen befinden sich in der Fundusdrüse und welche Substanzen sezernieren sie?

    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 Endprodukte entstehen bei der Kohlenhydratverdauung im Wiederkäuermagen?

    Lösung

    Die Endprodukte bei der Verdauung von Kohlehydraten im Magen der Wiederkäuer sind kurzkettige Fettsäuren (Acetat, Propionat, Butyrat), welche dann vom Pansenepithel resorbiert und vom Tier als energiereiche Substrate genutzt werden.
  • Welche Bewegungsmuster gibt es bei 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.
  • 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).
  • Nach welchen thermoregulatorischen Prinzipien kann man die Tiere gruppieren?

    Lösung

    Gleichwarme (homoiotherme) Tiere haben eine Körpertemperatur, welche in einem gewissen Bereich unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant gehalten wird. Im zoologischen System sind dies Vögel und Säugetiere. Alle anderen Tiere sind wechselwarm (poikilotherm). Das heißt, dass ihre Körpertemperatur durch die Umgebungstemperatur so stark beeinflusst wird, dass die beiden sich oft nicht stark unterscheiden. Innerhalb dieser poikilothermen Gruppe gibt es so genannte Konformatoren. Diese Tiere passen ihre Körpertemperatur im Wesentlichen voll an die Umgebungstemperatur an, wie z.B. Insekten oder Tiefseefische. Es gibt aber auch poikilotherme Regulatoren. Das sind Tiere, die sich zwar grundsätzlich poikilotherm verhalten, aber ihre Körpertemperatur zeitweise in beschränktem Maß und wenig präzise oder effizient regulieren können. Dazu gehören die ektothermen Regulatoren, welche ihre Körpertemperatur durch Verhaltensanpassung regulieren (suchen z.B. bei Hitze einen schattigen Platz auf). Dazu gehören z.B. Schmetterlinge aber auch Amphibien und Reptilien. Endotherme Regulatoren können hingegen durch endogene Stoffwechselwärme ihre Körpertemperatur erheblich regulieren, wie z.B. die Bienen oder auch Elasmobranchier.
  • Nennen und beschreiben Sie die vier physikalischen Mechanismen der Wärmeabgabe.

    Lösung

    Wärme kann über Konvektion, Konduktion, Strahlung und Verdunstung an die Umgebung abgegeben werden. Unter Konvektion versteht man die Ableitung von Wärme von der Körperoberfläche durch die Bewegungen des Außenmediums (Luft oder Wasser). Der Faktor Windgeschwindugkeit (wind-chill-factor) hat hier eine erhebliche Bedeutung. Denn fehlt die Luftbewegung völlig, so steigt die erwärmte Luft lediglich von der Körperoberfläche nach oben, sodass kaum Konvektion stattfindet. Konduktion bedeutet direkte Wärmeableitung. Diese kann z.B. durch den Kontakt mit einer kalten Oberfläche geschehen. Beide Mechanismen können durch geeignete Isolationsschichten (z.B. Haar- oder Federkleid) vermindert werden. Wenn zwischen Körperoberfläche und Umgebung eine Temperaturdifferenz besteht, so kann eine Wärmeabstrahlung erfolgen. Im Gegensatz dazu kann es auch zu einer Wärmeeinstrahlung (z.B. Sonnenstrahlen auf einen Organismus) kommen. Die Wellenlänge bei Ab- und Einstrahlung liegt dann im Infrarotbereich. Die Verdunstung (Evaporation) an der Körperoberfläche findet statt, da die Haut von Tieren nicht ganz wasserdicht ist. Dabei wird Wärme in Form von Wasserdampf abgegeben. Diese ständige Verdunstung über die Oberfläche wird auch insensible Perspiration genannt. Die regulierte Schweißsekretion mit ihrer Verdunstungswärme wird als sensible Perspiration bezeichnet.
  • Über welche Mechanismen kann Wärme gebildet werden?

    Lösung

    Grundsätzlich wird die Körperwärme durch zwei unterschiedliche Mechanismen gebildet: die zitterfreie Thermogenese des Stoffwechsels im braunen Fettgewebe oder durch den Muskeltonus und das Kältezittern.
  • Nach welcher Regelcharakteristik arbeiten Thermorezeption und Thermoregulation?

    Lösung

    Zentrale und periphere Thermorezeptoren erfassen 'warm' und 'kalt' und leiten den Ist-Wert in das Temperaturregulationszentrum in den Hypothalamus. Dort wird der Ist-Wert mit dem dort generierten Sollwert verglichen und, wenn nötig, über Wärmeabgabe, bzw. -Bildung angepasst. Diese Regelung erfolgt nach dem Proportional-Differenzial-Prinzip (PD-Regelschema).
  • Wo befinden sich im Körper welche Typen von Thermorezeptoren?

    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-Munbd-Bereich, Ohren oder an den Hoden.
  • Wie unterscheiden sich Winterruhe und Winterschlaf?

    Lösung

    Beim Winterschlaf gelangen Tiere in eine scheinbare Starre, in der ausgedehnte Temperatur- und Stoffwechselabsenkungen stattfinden (Nagetiere, Fledemäuse). Wird die Körpertemperatur nur gering abgesenkt, können diese Tiere rasch aufwachen. Man spricht dann auch von Winterruhe (Bär).
  • Was ist ein Topor und bei welchen Tieren kommt er vor?

    Lösung

    Ein Topor ist ein anderes Wort für scheinbare Starre. Dieser Topor kommt durch ausgedehnte Temperatur- und Stoffwechselabsenkungen zustande und kommt z.B. bei solchen Tieren vor, die Winterschlaf halten (z.B. Nagetiere und Fledermäuse).
  • Welche Faktoren beeinflussen die Körpertemperatur?

    Lösung

    Die Körpertemperatur wird von endogenen Faktoren (Alter, weiblicher Zyklus) aber auch von exogenen Faktoren (Tagesrhythmus, körperliche Arbeit) beeinflusst.
  • Was ist eine zitterfreie Thermogenese?

    Lösung

    Mit der zitterfreien Thermogenese kann Wärme im Körper freigesetzt werden. Dieser Stoffwechselvorgang findet im braunen Fettgewebe statt, welches einen hohen Anteil an Mitochondrien aufweist. In der inneren Membran der Mitochondrien dieses braunen Fettgewebes findet sich ein spezielles Entkopplungsprotein (UCP1). Dieses UCP1 entkoppelt die Atmungskette in der Mitochondriemmembran von der ATP-Produktion, sodass die aus der Atmungskette angelieferte Oxidationsenergie nicht in ATP umgesetzt wird, sondern vollständig als Wärme freigesetzt wird. Da hier also Wärmeproduktion ohne Zittern entsteht, spricht man von der zitterfreien Thermogenese.
  • Wie wird die Körpertemperatur vor, während und nach einem Fieberanfall reguliert?

    Lösung

    Ein Fieberanfall wird durch so genannte exogene und/ oder endogene Pyrogene ausgelöst. Diese Pyrogene bewirken, dass der Sollwert der Körpertemperatur nach oben verschoben wird. Deshalb beginnt eine Fieberanfall immer mit einer intensiven Wärmebildung, welche durch schnell aktivierbares Kältezittern ermöglicht wird. Dies kommt durch Schüttelfrost zum Ausdruck. Nach circa ein bis zwei Stunden hat sich die Körpertemperatur auf ihrem 1 bis 3°C höheren Niveau eingependelt und ein neues Gleichgewicht zwischen Wärmebildung und -abgabe gefunden. Einige Bakterien, welche z.B. diesen Fieberanfall ausgelöst haben, können bei den höheren Temperaturen nicht überleben und körpereigene Abwehrsubstanzen, wie z.B. Interferon sind bei höheren Körpertemperaturen besser wirksam. Daher scheint die erhöhte Körpertemperatur als Abwehrmechanismus gegen bakterielle Infektionen zu dienen. Zur Beendigung des Anfalls wird der Sollwert der Körpertemperatur wieder auf den normalen Wert heruntergestellt. Dadurch entsteht im Körper ein hoher Wärmeüberschuss, welcher durch intensive Wärmeabgabemechanismen (vorwiegend durch Schwitzen), wieder abgebaut wird.
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