Physiologie (Fach) / Tierphysio VL (Lektion)

Tierphysio Vorlesung

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• Atemgastransport Transport von o2 und CO2 physikalisch gelöst im Plasma, mit Transportproteinen
• Innere Atmung Oxidation von Kohelnhydraten, Fettsäuren und Amibosäuren.Endprdukte: H2O, CO2, ATP, (NH3)
• Walche Formen von Atmung gibt es? Äußere Atmung, Atmegas-Transport. Innere Atmung
• Atmen ohne Atemorganen nur bei wasserlebenden, dünnwändigen Tieren (O2 Diffusion)   zB Einzeller, Hohltiere, Turbelarien, Stachelhäuter, Anneliden   Schwamm muss aktiv ventilieren (Filtrieren durch Kragengeißelzellen)
• Verschiedene Atemorgane Kiemen: Ausstülpung der Körperoberfläche, bei Wassertieren zarthäutig (kein Verdurstungsschutz), sehr dünne Epithelien Lungen: Einstülpung der Körperoberfläche, vor allem bei terrestrischen Tieren Tracheen: ausgesteifte Einstülpung bis zu Mitochondrien   Buchlunge der Spinne: blattartige Lamellen die von Abstandshaltern getrennt sind (--> Luft kann zwischen Blättern zirkulieren) Gasaustausch mit Hämolymphe, sehr geringer Wasserverlust
• Kiemenatmung beim Hai Saugpumpensystem: Mundöffnen führt zu Unterdruck in Mundhöhle Wassereinsaugen durch Mund und Spritzloch Mundschließen --> Herauspressen des Wassers durch Kiemen Druckpumpensystem bei manchen schnellschwimmenden Haien, müssen zum Atmen schwimmen
• Warum sind Fischkiemen so effizient für Atmung? Gasaustausch durch Gegenstrom von Blut und Wasser => hohe Effektivität Ventilation durch Fortbewegung und Pumpen => sehr gleichmäßiger Wasserstrom Aktive Ventilation der Kiemen: Ventilation über  Mundboden und Kiemendeckel => konstanter Wasserdurchfluss Regulation überSchwimmgeschwindigkeit und Pumpenrate
• Atmung mit Lungen Lungen sind Einstülpungen der Körperoberfläche, durch die örtlich eine große Oberfläche für den Gasaustausch bereitgestellt werden Vorteil gegenüber Kiemen: Geschützte Lage im Körperinneren, keine Versteifung notwendig, Epithel befeuchtet (Atmung an Land/ in der Luft) • Evolution: Lungen entstehen durch den       Übergang zum Landleben unabhängig    voneinander in • Schnecken, Crustaceen (Diffusionslunge) • Wirbeltieren (Ventilationslunge)
• Atmung bei Amphibien • Füllung der Lunge mit Druckventilation • Lunge sackförmig • Kombinierte Lungen- und Hautatmung • Hautatmung ganzjährig konstant • Lungenatmung jahreszeitlich gekoppel
• Lunge und Luftsäcke bei Vögeln Luftsäcke der Vögel sind dünnwandige Anhänge der Lunge, die wie Blasebälge, die Luft durch die Lunge führen. In ihnen findet jedoch kein Gasaustausch statt. weitere Aufgaben: - Vokalisation - Thermoregulation erfordert zwei Atemzüge zum vollständigen Ein- und Ausatmen Kreuzstromaustausch von O2
• Hämoglobin besteht aus Globinproteinen mit Hämgruppe häufigstes Pigment in Wirbeltieren inErythrozyten des Blutes Häm-Gruppe: Sauerstoffbindung erfolgt an einem Eisenkomplex des Protoporphyrins reversible OXYGENIERUNG
• Myoglobin • Monomer • im Cytoplasma von Muskelzellen (Skelett und Herz) • Häm-Gruppe in tiefer Tasche=> Schutz vor Oxidation • jedes Monomer von Hämoglobin ähnelt dem Myoglobin
• Vergleich Hämoglobin Myoglobin • Myoglobin starke Affinität für O • P50 = 2.8 mmHg • Myoglobin als O2 Reserve. • Gibt O2 ab wenn pO2 erniedrigt => O2 Mangel • O2 Übertragen von Hämoglobin auf Myoglobin im Muskel
• Fötales Hämoglobin O2 geht von mütterlichem Oxyhämoglobin auf fötales Desoxyhämoglobin über hat eine viel höhere Sauerstoffafinität als adultes Hämoglobin um den Sauerstoff aus dem mütterlichem Blut aufzunehmen Bildung in Leber und Milz (adultes in Knochenmark)
• Rooteffekt bei der Steuerung der Schwimmblase bei Fischen Phytosomen (Lachs,Aal)- Ductus pneumaticus verbindet Schwimmblase und Darm=> Luftschlucken füllt Schwimmblase Physoclisten (zB Barsche)- Gasdrüse gibt CO2und H+ ins Blut => Blut-P(O2) durch Bohr- und RootEffekt stark erhöht- Gasdrüse gibt Lactat und Bicarbonat ab (Aussalzen)- Leeren derSchwimmblase am Oval (Muskuläres Ventil)
• Root-Effekt Änderung der Sauerstoffkapazität und Affinität durch pH-Wert mit steigendem pH erhöht sich die Sauerstoffaffinität und auch der Sauerstoffpartialdruck
• Bohr Effekt Änderung der Sauerstoffaffinität durch pH-Wertbei erhöhtem pH erhöht sich die Sauerstoffaffinität. bei niedrigerem pH kommt es zur Rechtsverschiebung der Kurvesprich: wenn mehr Co2, dann geringerer pH, dann geringere O2 Affinität
• Haldane Effekt Desoxygeniertes Blut kann mehr CO2 transportieren als oxygenisierten BlutDesoxygenisiertes Blit bindet H+ besser ---> pH-Wert steigt ---> Bicarbonatkonzi steigt (umgedrehter Bohr Effekt
• Sauerstoffspeicherung bei marinenSäugern hohe O2-Speicherkapazität im Blut (wird vorallem zu Herz, Lunge und Gehirn geleitet) Viel Myoglobin tauchen mit kollabierten Lungen Herzschlagverringerung wärend des Tauchgangs Lactatbildung nach 20min anaeroben Stoffwechsel
• Acetylcholin Verlangsamen die Herzfrequenz
• (Nor-) Adrenalin erhöht die Herzschlagfrequenzund ändert die Kontraktilität
• Neuronale Regulation des Blutdrucks Baro- (Presso-) Rezeptoren:  Mechanorezeptoren in Blutgefäßen (Carotis und Aortenbogen), die absoluten Blutdruck und Blutdruckänderung kodieren  projizieren zu Kontrollzentren im Hirnstamm (Medulla)
• Wärmetransport Konduktion: Wärmeleitung durch Übertragung von kinetischer Energie von Molekül zu Molekül Konvektion: Wärmetransport durch Moleküle (Luft, Wasser) Evaporation: Wärmeabgabe durch Verdunstung (Schwitzen, Hecheln, Einspeicheln) Radiation: Wärmeabgabe durch Strahlung
• Q10-Wert (van’t-Hoff’sche Regel) Temperaturabhängige biologische Prozesse unterliegen dem Q10- Effekt D.H.: Enzymreaktionen oder die Herzfrequenz ändern sich mit der Temperatur nicht linear sondern exponentiell, wenn die Temperatur um 10° verändert wird. Der Q10 liegt oft zwischen 1,8 und 3.
• Warum Thermoregulation? Optimale Lestung bei Tieren in einem engen Bereich erreicht Unterhlab des OB(Optimalbereichs): subjektive Kälte (Leistung nimmt mit steigender Temperatur zu) Oberhalb OB: subjektive Hitze (Fkts sind temperaturabhängig eingeschränkt OB ist artspezifisch
• Strategien der Temperaturregulation Poikilothermie: Fische, Amphibien Invertebraten Körpertemp korreliert mit Außentemp Metabolische Rate korreliert exponentiell zur Körpertemp spezialisierte Moleküle Homoiothermie: Vögel, Säuger konstante Körpertemp steigerung der metabolischen Rate bei Kälte und Hitze
• Strategien zur Temperaturanpassung bei Poikilothermie Termoregulation durch aktives aufsuchen der Präferenztemp --> zB Sonne (Eidechsen); Zusammendrängen mit Artgenossen (Nacktmulle) Zellmembranfluidität verändert sich mit Temperatur--> Cholesterin(stabilisierend) beeinflusst Verankerung und Fkt. von Mambranproteinen ---> Fische bei Kälte mehr ungesättigte FS in Membran Anpassung der Enzymaktivität verhindert Entsynchronisierung von Stoffwechselwegen Proteine denautrieren bei 45°C! Schutz durch Hitzeschockproteine--> Chaperone diezur Faltung von AS Ketten beitragen ---> exprimieren bei Wärem ---> Dienen der Proteinstrukturstabilisierung oder Proteinentsorgung Anti-Freeze Strategie:1. Ectrazelluläres Einfrieren: durch sezernieren von Kristallationskernen ->schützt Zellinnere Eisbildung und damit vor Platzen2. Produktion von Anti-Freezing-Mittel---> Anti-freeze Proteine (Teleostier)---> Glycerol, Sorbitol (Insekten)
• Thermoregulation beiauquatischen Ektothermen Ausgangspunkt: Wasser besitzt hohe Leitfähigkeit, Wärmekapazität und Dichte Meerwasser: Temperatur schwankt im Jahresverlauf nur gering: Tiere stenotherm (Eisfische leben bei ca. -1.8°C, Grenze der Hitzetoleranz+6°C) Litoral: Temperatur schwankt stark und schnell (regelmäßiges Überspülen und Trockenfallen des Lebensraums) Tiere eurytherm Süßwasser: große Temperaturunterschiede über die Jahreszeit (teilweise auch täglich); Tiere eurytherm
• physikalische Endothermie bei Haien und Thunfischen Physikalische Endothermie beruht auf dem Gegenstromprinzip: im Muskel produzierte Wärme wird durch zuführende Arterien zurückgeführt (rete mirabile). Die rote Muskulatur ist nach Innen verlagert. ⇒dadurch wird die bei der Muskelarbeit entstandene     Wärme wieder zu den Muskeln im Körper zurückgeführt ⇒Steigerung der Muskelleistung  
• craniale Endothermie bei Schwertfischen Tiere besitzen in der Augenregion Gewebe mit hoher Mitochondriendichte (ehemaliger Augenmuskel). => Temperaturausgleich bei tiefen Tauchgängen: Augen- und       Hirnfunktion konstant
• Thermoregulation bei Endothermie Bergmann´sche Regel:Bei Endothermie leben die größeren Arten (innerhalb einer Gattung/Familie) in den kälteren Gebieten, diekleineren in den wärmeren Gebieten Strategien zur Wärmekonservierung:Heterothermie: regionale Unterschiede in der TemperaturWärmeisolation: zB Fell und Federn Körperhaltung: zB "Einrollen"Gegenstrom-Wärmeaustausch: zB Blutgefäßsystem der Voeglfüße Thermogenese:über Muskelarbeitbiochemisch (in Leber oder braunem Fettgewebe)--> benötigt dieAufrechterhaltung von Ionengradienten ATP    --> ATP-Produktion generiert Wärme    --> endotherme Tiere haben durchlässigere Membranen als ektotherme Tiere
• Hitzeproduktion über die zitterfreie Thermogenese Braunes Fett (BAT) vorallem bei Neugeborenen und Tieren mit Winterschlaf Wärmeproduktion bei Fettleibigkeit Mechanismus des Zitterfreien Thermogenese: Naradrenalin aktiviert über cAMP-System die Lipolyse der Fettvorräte (zahlreiche kleine Fettvakuolen) Freie FS aktivieren die b-Oxidation und Atmungskette und uncoupling proteine 1(UCP1) der inneren Mitochondrienmembran UCP1 ermöglicht H+-Rückstrom über innere Mito.membran in Matrix ohne ATP-Bildung zu aktivieren => Entkopplung=> Gesamte Energie wird als Wärme frei!!!!!!!
• Strategien zur thermoreduktion Radiation (große Körperoberfläche) Evaporation (Schwitzen, Hecheln) => Wasserverlust Vögel: Schnabelboden?
• Thermokontrolle und Fieber exogene und endogene Pyrogene (fiebererzeugende Stoffe): zB Endotoxine von Bakterien (Lipopolysaccheride), Viren, Interleukine...., Metallverbindungen, Gummiabrieb etc => komplexe 2nd-messenger Kette => Hypothalamus => Änderung des Temperatursollwerts => Vasokonstriktion /verringerte Wärmeabgabe, Muskelzittern (erhöhte Wärmeerzeugung)  =>Hyperthermie
• Nahrung: Bausteine & Funktion Tiere sind heterotroph! Sie müssen Energieträger, Baustoffe, Funktioinsträger und Wasser aufnehmen Energieträger:Proteine (15%), Kohlenhydrate (50%), Fette (35%) Baustoffe:essentiele AS un FS, Nukleotide, Zucker Funktionsträger:Vitamine, Mineralien (Spurenelemenete) Wasser
• Essentielle Aminosäuren im Tierreich AS-Synthese abhängig von Tierart und Alter Histidin und Arginin essentiell für viele Tiere Taurin essentiell für alle Katzen
• Essentielle Lipide im Tierreich Linol- und Linolensäure Bestandteil vieler Triglyceride benötigen Omega-3 und 6 FS aus Nahrung (linolsäure und Linolensäure) (Fische nehmen diese aus Pflanzen auf
• Vitamine Co-Faktoren von Enzymen bei Elektronen-, Wasserstoff- und Gruppenübertragung.Mangelerkrankung: Skorbut (Vit C), Beriberi(Thyamin), Rachitis ( Vit D)
• Mineralien: Calcium häufigstes Mineral im Körper (99 in Knochen und Zähnen), sonst auch häufig   Funktionen: Knochenaufbau, neuronale Übertragung, Zellmotabolismus, Muskelkontraktion, Blutgerinnung Gegenspieler meist Magnesium
• Verschiedene Formen des Nahrungserwerbs Filtriererkleine sessile Wasserbewohner (Schwämme, Brachiopoden, Muscheln, Tunikaten) aber auch große (Flamingos, Bartenwale)  Endoparasiten Ektoparasiten Weidegänger zB durch Symbionten für Zelluloseverdauunng PrädatorenBeutefang mit Kiefer und Zähne (verschiedene Arten)oder mit Schnäbel: bestehend aus Knochen: Cytoskelett gebildet von Epidermisschicht; intermediäre Keratinfilamente zur VerstärkungBeutefang mit GIft
• Aufgaben des Verdauungssystem 1. mechanische Zerkleinerung 2. Desinfektion 3. Speicherung 4. Enzymatische Aufspaltung in niedermolekulare Produkte 5. Resorption der Abbauprodukte 6. Resorptsion von Wasser, Ionen, Vitaminen 7. Exkretion
• Aufbau des Verdauungstrakts beim Menschen Mund: mechanische Zerkleinerung, enzymatischer Aufschluss Magen: Zwischenspeicher, sterilisieren mit HCl, Eiweissverdauung (Pepsin) Duodenum: Hauptort des enzymatischen Abbaus, Pankreasenzyme und Gallensäure Jujenum, Ileum: Beendigung Abbau, Resoprtion Colon: Symbionten, Wasserresorprtion   Verweildauer der Nahrung 24-48 h
• Mund: Speichelbildung Speichelbildung: Mensch 1-2l/Tag, Rind: bis 50l/Tag 90% Wasser und Muzine (Glycoproteine) α-Amylase (Aufspaltung von Stärke), bei Säugern (fehlt bei Pferd, Schaf, Ziege,Katze) & Vögel hypoton & basisch Azinuszellen bilden isotones Primärsekret (Elektrolyte, Enzyme, Lipasen, Schutzfaktoren ) Cl- über Transporter sezerniert; Na+ und H2O folgen passiv parazelulär angereichert mit Bikarbonat und K+
• Salzsäureproduktion im Magen Becher-/Nebenzellen sezernieren sauren Schleim Belegzellen sezernieren H+ und Cl- => HCl-Bildung (pH=1!!!) => aktiviert durch N. vagus, Gastrin Hauptzellen der Fundusdrüse sezernieren Pepsinogen (Eiweissverdauung) Salzsäure denaturiert Eiweiße, wirkt keimtötend und aktiviert Pepsinogen und Ausschüttung von Gastrin (G-Zellen)
• Sekretionsprodukte im Pankreas sezerniert an Duodenum: • Bicarbonat zur Neutralisierung des Mageninhalts • Verdauungsenzyme zum Protein-, Kohlenhydrat- und Fett-   Abbau: Trypsine, Amylasen, Lipasen
• Absorption im Dünndarm (Jujenum, Ileum) ⇒ Durchmischung durch peristaltische Bewegung und     Zottenbewegung ⇒ über die gesamte Strecke des Dünndarms werden     Zucker, Aminosäuren, Fettsäuren, sowie fast alle     Salze resorbiert
• Dickdarm: Absorption von NaCl und H2O • Aufnahme von Na+ über apikale Na+ Kanäle => Abgabe   ins Blut über Na+/K+-   ATPase (ähnlich wie Niere) • Gleichzeitig Aufnahme von K+ über ROMK-Kanäle • gesteuert durch Aldosteron (siehe Niere)
• Darmmotilität Peristaltik: • langsame automatische Kontraktionswelle der glatten   Muskulatur • ensteht durch myogene Aktivität der glatten    Muskulatur (Schrittmacher: interstitielle Cajal-Zellen) => Ausbreitung der Aktivität über gap-junctions
• Enterisches Nervensystem Enterisches Nervensystem = Nervensystem des Magen-Darm-Trakts: • Plexus myentericus: Neurone zur Kontrolle der    Darmmotilität und Enzymsekretion • Meissnerplexus: Neurone zur Regulation von    Durchblutung und Ionentransport => wird reguliert durch das vegetative Nervensystem      und durch sensorische Eingänge
• Zerlegung der Nahrung die hochmolekulare Nahrung wird in kleine, resorbierbare Moleküle zerlegt Abbau der hochmolekularen Substrate erfolgt immer durch Hydrolyse

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