Die Physiologie des Menschen ist ein faszinierendes Feld, das die komplexen Funktionen des menschlichen Körpers erforscht. Das Nervensystem, als eines der wichtigsten Systeme, spielt dabei eine zentrale Rolle. Dieses System ermöglicht es uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen, zu denken, zu fühlen und zu handeln. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dem Nervensystem beschäftigen, basierend auf den Informationen aus dem bewährten Standardwerk "Physiologie des Menschen" von Springer Verlag, insbesondere unter Berücksichtigung der dort enthaltenen Abbildungen und Konzepte.
Einführung in die Physiologie des Menschen
Die Physiologie befasst sich mit der Frage, wie der Mensch "funktioniert". Von der Atmung über die Zellphysiologie bis hin zu Hirn, Herz und Niere umfasst sie alle physiologischen Aspekte, die für das Verständnis des menschlichen Körpers notwendig sind. Die "Physiologie des Menschen" von Schmidt/Lang/Heckmann ist ein umfassendes Lehrbuch, das dieses Wissen vermittelt.
Warum Physiologie studieren?
Das Studium der Physiologie ist nicht nur für die Vorklinik relevant, sondern auch im klinischen Abschnitt von großer Bedeutung. Physiologische Zusammenhänge sind die Grundlage, um Krankheiten und ihre Entstehung zu verstehen. Nur wer versteht, wie der gesunde menschliche Körper funktioniert, kann die Veränderungen im erkrankten Körper erkennen, richtig interpretieren und die für eine Gesundung erforderlichen Maßnahmen ergreifen.
Das Lehrbuch "Physiologie des Menschen"
Das Lehrbuch "Physiologie des Menschen" in seiner aktuellen Auflage versteht sich als Lotse durch den umfangreichen Stoff der Physiologie. Es wird von renommierten Experten verfasst und erklärt die Fachgebiete auf anschauliche Weise. Das beiliegende Repetitorium dient als Lernleitfaden und ideale Wiederholung vor Prüfungen und kann auf mobilen Geräten mitgenommen werden.
Das Buch richtet sich primär an Studenten der Vorklinik und eignet sich zur vertiefenden Vor- und Nachbereitung sowie zum Nachschlagen von Detailzusammenhängen im Rahmen der vorklinischen Lehrveranstaltungen.
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Das Nervensystem: Zentrale Steuerung des Körpers
Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk von Nervenzellen, den Neuronen, die miteinander kommunizieren und Informationen durch den gesamten Körper leiten. Es besteht aus dem zentralen Nervensystem (ZNS), das Gehirn und Rückenmark umfasst, und dem peripheren Nervensystem (PNS), das alle Nerven außerhalb des ZNS beinhaltet.
Das Autonome Nervensystem
Das autonome Nervensystem (ANS) reguliert und passt die Funktionen des menschlichen Organismus in Ruhe und Belastung an. Es unterliegt einer zirkadianen und ultradianen Rhythmik und ist durch seine zentrale Vernetzung mit schlaf-wach-regulierenden Strukturen in das biologische Schlaf-Wach-Programm integriert.
Die Möglichkeit der nichtinvasiven Messtechnik im Schlaf hat zur Entdeckung phasenbezogener vegetativer Regulationen, Anpassungen und Störungen beim Menschen geführt.
Sympathikus und Parasympathikus
Das thorakolumbale Rückenmark beherbergt die sympathischen präganglionären Neurone, während die postganglionären Neurone paravertebral in den Grenzsträngen oder prävertebral in den Bauchganglien liegen. Präganglionäre Neurone des Thorakalmarks (T5-T11) nehmen über cholinerge Synapsen Kontakt mit Zellen des Nebennierenmarks auf und versorgen die Blutbahn mit Adrenalin (ca. 80 %) und Noradrenalin (ca. 20 %).
Obwohl die Konzentration von Noradrenalin im Blut 3- bis 5-mal höher ist als die von Adrenalin, stammen 95 % des Noradrenalins im Blut aus den Endigungen sympathischer postganglionärer Neurone.
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Spinale Reflexbögen und supraspinale Regulationen
Die spinalen Reflexbögen sind in supraspinale Regulationen integriert, die das kardiovaskuläre System, die Körpertemperatur, den Magen-Darm-Trakt und die Beckenorgane steuern.
Die Medulla Oblongata: Ein Zentrum der Homöostase
Die Medulla oblongata ist mit ihren neuronalen Strukturen und Austauschmechanismen für die Homöostase des Organismus verantwortlich. Sie reguliert den arteriellen Blutdruck, die Atmungsmotorik, den Hirnkreislauf, den Säure-Basen-Haushalt im Blut und hinter der Blut-Hirn-Schranke sowie den Magen-Darm-Trakt (mit Ausnahme des Enddarms).
Der Nucleus tractus solitarii (NTS) empfängt viszerale Afferenzen des Nervus vagus von den inneren Organen im Thorakal- und Abdominalraum sowie Baro- und Chemorezeptorafferenzen aus der Karotisgabel im Nervus glossopharyngeus. Diese afferenten Projektionen sind viszerotop organisiert.
Viszerotop angeordnet liegen auch die präganglionären parasympathischen Neurone des Magen-Darm-Trakts im Nucleus dorsalis nervi vagi (NDNV) und die des Herzens und der Luftwege im Nucleus ambiguus (NA).
Pupillenregulation
Die Edinger-Westphal-Kerne im Mesencephalon steuern den vegetativen Teil des Okulomotoriuskerns mit präganglionären parasympathischen Neuronen der glatten Augenmuskulatur. Der Musculus sphincter pupillae wird parasympathisch versorgt, während der Musculus dilatator pupillae postganglionär sympathisch aus dem Ganglion cervicale superius versorgt wird.
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Die Erregung entstammt dem ziliospinalen Zentrum des Rückenmarks auf Höhe des 8. Hals- und 1. bis 2. Brustsegments. Dieser Reflexbogen bietet die Grundlage für die pupillographische Messtechnik, die Informationen über Müdigkeit, Schläfrigkeit, Vigilanz und die aktuelle sympathisch-parasympatische Tonuslage darstellen kann.
Die Ventrolaterale Medulla Oblongata (VLM) und die Regulation des Kardiorespiratorischen Systems
Die ventrolaterale Medulla oblongata (VLM) spielt eine vitale Rolle bei der Regulation des kardiorespiratorischen Systems. Deren rostraler Bereich kontrolliert die Blutdruckregulation, die tonische Aktivität in den Vasokonstriktoren und sympathischen Kardiomotoneuronen.
Pressorezeptorreflexe regulieren den Blutdruck phasisch über die Vasokonstriktorneurone für die Widerstandsgefäße, die sympathischen und die parasympathischen Kardiomotoneurone. Anstiege des Blutdrucks im Karotissinus-Gebiet erregen Neurone im NTS. Über Interneurone in der kaudalen VLM werden die sympathischen Prämotoneurone über GABA in der rostralen VLM gehemmt.
Der Barorezeptorenreflex steht unter der neuronalen Kontrolle anderer Hirnstammareale, des Hypothalamus und des limbischen Systems. Durch diese Verschaltungen wird die phasische Regulation des Blutdrucks an das Verhalten des Organismus angepasst.
Vernetzung des NTS mit Schlafregulierenden Strukturen
Die Vernetzung des NTS mit schlafregulierenden Strukturen zeigt sich in seiner hemmenden Wirkung auf die aktivierende mesencephale Formatio reticularis über den Nucleus reticularis thalami und seinen damit synchronisierenden Einfluss auf das kortikale EEG.
Eine Erhöhung der Barorezeptoraktivität bei Blutdruckanstieg, der Mechanorezeptoraktivität des Magens mit der Nahrungsaufnahme oder der Mechanorezeptoraktivität bei Lungendehnung senkt über den NTS die kortikale Aktivität. Darüber hinaus bewirkt eine Barorezeptorenreizung eine Verminderung der Pupillenweite, eine Atmungshemmung, eine Abnahme der efferenten γ-Innervation zu den Muskelspindeln und eine Abschwächung von Eigenreflexen.
Die Bedeutung der im NTS integrierten vegetativen Funktionen für das Schlaf-Wach-System wird auch durch aufsteigende synaptische Verschaltungen zum Nucleus paraventricularis und Nucleus supraopticus im Hypothalamus erreicht.
Schlaf und Blutdruck
Im Schlaf kommt es zu deutlichen, schlafphasenbezogenen Veränderungen des arteriellen Drucks. Mithilfe der Pulstransitzeitmessung lassen sich Blutdruckvariationen über die gesamte Schlafzeit annähernd darstellen.
Nächtlicher Hochdruck stellt ein höheres kardiovaskuläres Risiko dar als entsprechende Werte am Tag. Eine nächtliche Erhöhung des Blutdrucks um 10 mmHg steigert das Risiko für Schlaganfall und/oder Herzinfarkt um 25 %.
Neuronale Schaltkreise und das Schlafprogramm
Silvani und Dampney (2013) identifizieren die Strukturen, die an der Kopplung der neuronalen Schaltkreise des Herz-Kreislauf-Systems und des biologischen Programms Schlaf beteiligt sind. Während des NREM-Schlafs sind die ventrolaterale präoptische Area des Hypothalamus, thermoregulatorische Bahnen, die zentralen Anteile des Baroreflexes und Neurone in Pons und Mittelhirn verantwortlich. Für das Blutdruckverhalten im REM-Schlaf wird das autonome Kommando dem periaquäduktalen Grau des Mittelhirns, laterodorsalen und pedunkulären und vestibulären Kernen und Kernen der medullären Raphe obscurus zugeschrieben.
Chemorezeptorreflexe, zentrale Chemosensibilität und Atmungsregulation
Kerne des NTS empfangen Informationen über den arteriellen Sauerstoffpartialdruck (pO2) durch das Erregungsmuster der Afferenzen in den Nervi glossopharyngei aus den Glomera carotica, den am stärksten durchbluteten Organen des Körpers, sowie aus weiteren Glomera über die Nervi vagi und Nervi laryngei superiores.
Experimentell erhöht sich die Entladungsfrequenz der afferenten Fasern bereits bei einem pO2 von 110 mmHg und steigt bei abfallendem pO2 exponentiell an. In Antwortkurven auf Sauerstoffmangel ist eine Erhöhung der Lungenventilation unter der Bedingung konstanten CO2-Partialdrucks erst unter etwa 70 mmHg (O2-Schwelle) zu erkennen, deutlich erst ab 50 mmHg.
Die O2-Schwelle variiert individuell zwischen 100 und 170 mmHg. Der Beitrag der peripheren Chemorezeptoren zur Ruheatmung beträgt 10-15 %.
Zentrale Chemosensibilität und Atmungsantrieb
Der zentrale chemosensible Atmungsantrieb ist mit der Funktion oberflächlicher Strukturen der Medulla oblongata verbunden. Die verschieden lokalisierten CO2/pH-empfindlichen Reaktionen weiterer Hirnstammgebiete lassen bei ausgeschalteter Funktion bestimmter Areale keine Zunahme der Atemtiefe erkennen.
Die zentrale Chemosensibilität verantwortet den Hauptantrieb der Atmung und garantiert den metabolischen Atmungsantrieb im NREM-Schlaf. Seine vitale Bedeutung wird im Moment der Geburt besonders anschaulich, wenn es unter dem Bombardement nicht rückgekoppelter Atemreize zum ersten Atemzug kommt.
Schlafbezogene Atmungsstörungen und CO2-Messung
In der klinischen Schlafmedizin hat sich die transkutane Langzeitregistrierung des pCO2 bewährt. Die Darstellung von CO2-Atmungsantwortkurven erweist sich als wertvoll bei der Frage nach dem Einfluss von Medikamenten auf den Atmungsantrieb und dient der Darstellung der Charakteristik der zentralen Chemosensibilität der Atmung. Die Steigung der CO2-Atmungsantwort liegt bei Männern bei 2,3 L/min/mmHg, bei Frauen in der Lutealphase bei 1,7 L/min/mmHg und in der Follikelphase bei 1,44 L/min/mmHg. Der Apnoepunkt liegt bei Frauen niedriger als bei Männern.
Beim kongenitalen zentralen Hypoventilationssyndrom verläuft die Atmungsantwortkurve horizontal oder negativ, wobei die Ruhewerte bereits oberhalb 40 mmHg liegen und bis 80 mmHg und darüber ansteigen. Die transkutane CO2-Messung ist auch bei der Obesitashypoventilation und bei Auftreten von Apnoen eine wertvolle diagnostische Größe.
Lungenreflexe
Eine reflektorische Hemmung der Inspiration (Vagusapnoe) ist die Folge einer Aufblähung der Lunge. Entblähung der Lunge verstärkt die Inspiration. Diese Reflexe wirken am Zwerchfell, an der Interkostalmuskulatur und an den akzessorischen Atmungsmuskeln.
Verstärkte Beatmung bewirkt längerdauernde Hemmung der Atmung, auch wenn man die Blutchemie dabei erhalten würde (Hyperventilationsapnoe).
Rezeptoren im Bronchialbaum
Der jeweilige Dehnungszustand des Bronchialbaums wird über die Lungendehnungsrezeptoren in spezifischen Interneuronen im medialen und ventrolateralen NTS kodiert und bewirkt eine entsprechende Aktivierung in der ventralen respiratorischen Gruppe (VRG).
Reich mit rezeptorischen Strukturen ausgestattet sind subepithelial der Larynx, die Trachea und der Bronchialbaum, die Bronchialmuskulatur bis in die Bronchioli respiratorii und die Pleura. Die Mehrzahl der Afferenzen verläuft in den Nn. vagi.
Die Entladungsfrequenz der langsam adaptierenden Lungendehnungsrezeptoren folgt linear dem Lungenvolumen mit unterschiedlichen Schwellen. Einige sind bereits in der Atemruhelage aktiv, die meisten feuern mit Beginn der Inspiration.
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