Die Physiologie bezeichnet die Wissenschaft von den Grundlagen des allgemeinen Lebensgeschehens, besonders von den normalen Lebensvorgängen und Funktionen des menschlichen Organismus.
Die Anatomie befasst sich mit der Lage und Struktur von Körperteilen wie z. B. Organen, Gewebe oder Zellen.

Das Henneman Größen Prinzip (Original: „Henneman Size Principle“ nach dem US-amerikanischen Neurophysiologen Elwood Henneman) beschreibt die Zusammenarbeit der Neuronen in den jeweiligen motorischen Einheiten. Weiterhin die Zusammenarbeit der motorischen Einheiten untereinander und miteinander in der Skelettmuskulatur. Henneman entwickelte das gleichnamige Größenprinzip durch spezielle Experimente über einen Zeitraum von 25 Jahren. Seine dabei gewonnenen Erkenntnisse wurden im Journal of Neurophysiology veröffentlicht.

Das ZNS aktiviert dabei die unterschiedlichen motorischen Einheiten gezielt, und zwar bewegungsabhängig und aufgabenspezifisch. Dies erkannte Elwood Henneman schon 1957. Er fasste seine Forschungsergebnisse unter dem nach ihm benannten „Henneman Größen Prinzip“ zusammen. Dieses besagt, dass motorische Einheiten auf der Grundlage ihrer Größe rekrutiert werden.

Das Henneman Größen Prinzip

Motorische Einheiten

Ein motorischer Nerv versorgt nicht nur eine einzige Muskelzelle (Muskelfaser, Myofibrille). Vielmehr werden Muskelzellen immer in einer Gruppe – der sogenannten motorischen Einheit –  von einem Nerv versorgt. Innerhalb einer motorischen Einheit gibt es immer nur eine Art von Muskelfasertypen.Kleine motorische Einheiten

Henneman Größen Prinzip | Multiphotonen-Mikroskopie der Motoneuronen einer Maus

Henneman Größen Prinzip | Multiphotonen-Mikroskopie der Motoneuronen einer Maus. Multiphoton microscopy of mouse motor neurons” von Zeiss Microscopy, lizenziert unter CC BY-NC-ND 2.0.

Der Nerv einer kleinen motorischen Einheit innerviert ca. 200 Muskelzellen. Diese bestehen aus langsamen, ermüdungsresistenten Fasern – den sogenannten tonischen Muskelfasern, auch Slow-Twitch-Fasern. Die kleinen motorischen Einheiten werden bei geringer Kraftanforderung rekrutiert. Daraus resultiert eine kleine Muskelspannung.

Große motorische Einheiten

Der Nerv einer großen motorischen Einheit innerviert ca. 2000 Muskelzellen. Diese bestehen aus schnellen, schnell ermüdbaren Fasern, den sogenannten phasischen Muskelfasern, auch Fast-Twitch-Fasern. Die großen motorischen Einheiten werden bei hohen Kraftanforderungen rekrutiert. Daraus resultiert eine große Muskelspannung.

Arbeitsweise des Henneman Größen Prinzip – und wie dadurch Bewegung entsteht

  • Bei einer Kontraktion feuern die kleinen (tonischen, slow-twitch) motorischen Einheiten zuerst und verursachen eine geringe Spannungszunahme der Muskulatur.
  • Wird die Kontraktion stärker, werden nach und nach größere (phasische, fast-twitch) motorische Einheiten mit einbezogen. Entsprechend nimmt die Muskelspannung zu.
  • Dadurch kann eine kontrollierte, qualitativ fein abgestufte Bewegung erfolgen.
  • Aus dieser Arbeitsweise ergibt sich eine Feinabstimmung von kleinen zu großen Bewegungen.

Quellennachweise

Lorne M. Mendell The size principle: a rule describing the recruitment of motoneurons. Journal of Neurophysiology 93: 6, 3024 – 3026, 2005.

Henneman E and Olson CB. Relations between structure and function in the design of skeletal muscles. Journal of Neurophysiology 28: 581–598, 1965.

Henneman E, Somjen G, and Carpenter DO. Excitability and inhibitability of motoneurons of different sizes. Journal of Neurophysiology 28: 599–620, 1965

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 16. Jun 2018 @ 21:57 überarbeitet.

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Das Lymphsystem des Menschen hat die Aufgabe, alle Stoffe aus dem Bindegewebe abzutransportieren, welche nicht durch das Blutgefäßsystem abtransportiert werden können (sogenannte obligatorische lymphpflichtige Last). Ohne ein funktionierendes Lymphsystem ist der Mensch nicht lebensfähig.

In diesem zweiten Teil über das menschliche Lymphsystem erfahren Sie, aus welchen Organen das Lymphsystem besteht.

Lymphsystem – lymphatische Organe

Tonsillen (Mandeln)

Der Mensch besitzt 4 verschiedene Tonsillenarten (t. pharyngea, t.palatina, t. lingualis und t. tubaria)  Sie liegen im Bereich von Mund, Gaumens und Rachen. Zusammen bilden sie im übertragenen Sinn den sogenannten „lymphatischen Rachenring“. Ihre Funktion liegt im Schutz der oberen Atemwege vor schädlicher Organismen wie Bakterien, Viren oder Pilzen aus Mund- und Nasenhöhle.

Milz

Die Milz ist im Blutkreislauf integriert und liegt im Bauchraum links vom Magen. Die Milz hat drei wichtige Funktionen:

  • Vermehrung von Lymphozyten, welche zu den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) gehören und einen Teil des Immunsystems bilden.
  • Speicherort von Monozyten, welche ebenfalls zu den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) gehören. Auch sie sind ein Teil des Immunsystems.
  • Aussonderung von überalterten und defekten roten Blutkörperchen (Erythrozyten).

Lymphozyten, Monozyten und Erythrozyten sind allesamt Bestandteile des menschlichen Blutes.

Thymus (Bries)

Der Thymus ist ein zweilappiges Organ welches hinter bem Brustbein liegt. Der Thymus verliert mit einsetzen der Pubertät zunehmend seine Funktion. Er dient bis dahin der Primärentwicklung von T-Lymphozyten gegen spezifische Antigene.

Lymphatisches Gewebe (MALT)

Als MALT (Mucosa Associated Lymphoid Tissue, engl. für „Schleimhaut-assoziiertes lymphatisches Gewebe“) werden knotenartige Ansammlungen von Lymphozyten unter der Schleimhaut verschiedener Organe bezeichnet. Z. B. unter der Bronchialschleimhaut (BALT), unter den Schleimhäuten des Magen-Darm-Trakts (GALT), oder unter der Vaginalschleimhaut (VALT).

Lymphsystem –  Gefäße

  • Lymphkapillaren und Präkollektoren ⇒ initiale Lymphgefäße zur Aufnahme (Resorption) der lymphpflichtigen Last.
  • Kollektoren und Lymphstämme ⇒ Abtransport der Lymphe in das Blutsystem.

Lymphkapillare

Lymphkapillare aus überlappenden Endothelzellen.

Lymphkapillare aus überlappenden Endothelzellen.

Kollektor

Ein Kollektor ist ein Gefäßabschnitt zw. zwei richtungsweisenden Klappen, deren Wand den typischen dreischichtigen Aufbau zeigt:

  • Intima
  • Media (aus glatten Muskelzellen, dadurch Lymphangiomotorik / Lymphvasomotorik reagiert auf Dehnung mit Kontraktion)
  • Adventitia

Präkollektoren

Präkollektoren können sowohl resorbierende als auch abtransportierende Fähigkeiten haben.

Lymphgefäßsystemteile in Bezug auf ihre Ausbreitung (von klein zu groß).
Hautareal Lymphkapillaren
Hautzone Präkollektoren
Hautterritorium (Hier entstehen die
Lymphatischen Wasserscheiden)
Kollektoren, Lymphknoten
Lymphgefäßsystemteile in Bezug auf ihre Lage (von oberflächig zu tief).
oberflächiges Lymphsystem drainiert Haut und Subcutis, liegt oberhalb der Muskelfaszien
tiefes Lymphsystem in der Faszie liegend (epi/intrafaszial) drainiert Muskeln, Knochenhaut, Sehnen, Bänder und Nerven

Prälymphatische Gewebsspalten

Prälymphatische Gewebsspalten sind mikroskopisch klein und sorgen dafür, das Flüssigkeit aus der Blutkapillare zu den Zellen gelangt.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 17. Jun 2018 @ 10:35 überarbeitet.

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Im menschlichen Organismus werden 3 Muskelarten beschrieben. Die glatte Muskulatur, die Herzmuskulatur und die quer gestreifte Muskulatur. Alle haben ihre Eigenheiten und speziellen Aufgaben. Im menschlichen Körper kommen sie niemals gemischt vor.

Glatte Muskulatur
Ansicht eines Herzmuskels im Längsschnitt bei 400facher Vergrösserung; Eisen Hematoxilin Färbung.

Ansicht eines Herzmuskels im Längsschnitt bei 400facher Vergrösserung; Eisen Hematoxilin Färbung. Foto: „Glatte Muskelzellen“ von Polarlys, lizenziert unter CC BY 2.5.

Die Bezeichnung „glatt“ resultiert aus der fehlenden Querstreifung der Muskulatur unter dem Mikroskop. Das besondere an dieser Muskelart ist, das sie nicht willkürlich kontrolliert werden kann.

Vorkommen und Aufgabe

  • Haarbalgmuskeln (jeder kennt sie, die Gänsehaut ;-) ).
  • Gefäße (Blut- und Lymphgefäße).
  • Alle Hohlorgane des Körpers, wie z. B. Darm, Blase, Gebärmutter (Ausnahme: Herzmuskel).
Quergestreifte Muskulatur
Ansicht eines Skelettmuskels im Längsschnitt. Hier ist die namensgebende Querstreifung gut zu erkennen.

Ansicht eines Skelettmuskels im Längsschnitt. Hier ist die namensgebende Querstreifung gut zu erkennen. Foto: „Skeletal muscle – longitudinal section, von Department of Histology, Jagiellonian University Medical College, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

Seinen Namen hat diese Muskelart von der markanten Querstreifung, welche unter dem Mikroskop gut zu erkennen ist. Die quer gestreiften Muskeln werden auch Skelettmuskeln genannt, weil sie nur dort vorkommen. Skelettmuskeln unterliegen – anders als die glatte Muskulatur – unserer willkürlichen Kontrolle. Die Skelettmuskulatur unterteilt sich in verschiedene Muskelfasertypen.

Aufgabe

Die Skelettmuskulatur dient der Fortbewegung im Raum (Lokomotion). Doch sie hat durchaus noch andere Aufgaben. Die Zungenmuskulatur spielt eine Rolle bei der Nahrungsaufnahme und der Sprachmodulation. Die Kehlkopfmuskeln werden zum Schlucken benötigt. Auch die Stimmbänder besitzen ihre eigene quer gestreifte Muskulatur. Je nach Anspannung klingt die Stimme höher oder tiefer. Und dann gibt es noch die mimische Muskulatur, welche für den Ausdruck unseres Gesichtes zuständig ist.

Herzmuskulatur
Ansicht eines Herzmuskels im Längsschnitt bei 400facher Vergrösserung; Eisen Hematoxilin Färbung.

Ansicht eines Herzmuskels im Längsschnitt bei 400facher Vergrösserung; Eisen Hematoxilin Färbung. Foto: „Cardiac muscle07“ von Andrea Mazza, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

Wie der Name schon sagt, kommt die Muskulatur nur im Herz vor. Die große Besonderheit an dieser Muskelart ist, dass er sich selbst von innen heraus erregt, d. h. das er keine Nervenimpulse von unserem Nervensystem braucht, um zu kontrahieren. Dieser Muskel ist der einzige im Körper, der ein ganzes Leben lang ohne Pause arbeitet, dabei ca. 2,8 Milliarden schlägt und – im Normalfall – niemals ermüdet.

Aufgabe

Das Herz pumpt mit seinen vier Kammern das Blut durch den Organismus (ca. 75 ml pro kg Körpergewicht) und hat damit eine fundamentale Aufgabe in der Lebenserhaltung. Das Blut dient dabei als Transportmedium für Nährstoffe, Vitamine, Mineralstoffe, Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid aber auch Wärme und vielem mehr.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 7. Jun 2018 @ 19:53 überarbeitet.

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Anhand der einzelnen Kapitel Aufbau des Herzens, Aktionsphasen des Herzens,  Erregungsleitungssystem des Herzens und Innervation des Herzens wird der Aufbau und die Funktionsweise des Herzens veranschaulicht.

1. Aufbau des Herzens

Eine Arterie ist ein Blutgefäß, in dem das Blut vom Herzen weg fließt.

Beispiele

  • Lungenarterie
    (sauerstoffarmes Blut).
  • Aorta
    (sauerstoffreiches Blut).

Eine Vene ist ein Blutgefäß, in dem das Blut zum Herzen hin fließt.

Beispiele

  • Lungenvene
    (sauerstoffreiches Blut).
  • Körpervene
    (sauerstoffarmes Blut).

1.1 Kammern und Klappen, inklusive Blutflussanzeige

Herzdiagramm mit Herzklappen und Blutflussanzeige. Rot = sauerstoffreiches Blut. Blau = sauerstoffarmes Blut.

Herzdiagramm mit Herzklappen und Blutflussanzeige. Rot = sauerstoffreiches Blut. Blau = sauerstoffarmes Blut. Bild: © ZooFari, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

 

Reise durch die rechte Herzhälfte

Durch die
(a) untere Hohlvene (vena cava inferior) und
(b) obere Hohlvene (vena cava superior) gelangt das Blut in den
(c) rechten Vorhof des Herzens. Durch eine Anspannung der rechten Vorhofmuskulatur wird das sauerstoffarme Blut durch die
(d) Tricuspidalklappe in die
(e) rechte Kammer gedrückt. Entspannung der rechten Vorhofmuskulatur und Anspannung der rechten Kammermuskulatur. Die
(d) Tricuspidalklappe schließt sich durch die Druckerhöhung in der rechten Kammer wie ein Rückschlagventil. Das sauerstoffarme Blut wird durch die
(f) Pulmonarklappe aus dem Herz heraus in die
(g) rechte Lungenarterie und
(h) linke Lungenarterie gedrückt. Hier wirkt die Pulmonarklappe als Rückschlagventil und verhindert, das das Blut zurück in die linke Kammer fließen kann.

Das Blut „durchwandert“ nun die Lunge. An den Alveolen (Lungenbläschen) findet der Gasaustausch statt. Kohlendioxid wird abgegeben und Sauerstoff aufgenommen. Ab hier ist das Blut sauerstoffreich.

Reise durch die linke Herzhälfte

Das sauerstoffreiche Blut gelangt nun über die
(i) rechten Lungenvenen und
(k) linken Lungenvenen in den
(l) linken Vorhof. Durch eine Anspannung der linken Vorhofmuskulatur wird das sauerstoffreiche Blut durch die
(m) Mitralklappe (Bikuspidalklappe) in die
(n) linke Herzkammer gedrückt. Entspannung der linken Vorhofmuskeln und Anspannung der Muskeln der linken Herzkammer. Dadurch schließt sich die
(m) Mitralklappe wie ein Rückschlagventil und das Blut wird durch die
(o) Aortenklappe aus dem Herz heraus in die
(p) Aorta gedrückt. Hier wirkt nun die
(o) Aortenklappe als Rückschlagventil und verhindert, das das sauerstoffreiche Blut zurück in das Herz fließen kann.

1.2 Die Blutversorgung des Herzmuskels

Wie alle anderen Muskeln im Körper muss auch das Herz mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Dies geschieht durch spezielle Blutgefäße den sogenannten Koronararterien, auch Herzkranzgefäße genannt.

Dabei entspringen aus dem Herz 2 große Kranzarterien, die rechte (1) und die linke (I) Koronararterie. Diese verästeln sich zu immer kleiner werdenden Arterien und versorgen so den kompletten Herzmuskel.

Im Normalfall versorgen die linke und die rechte Koronararterie das Herz jeweils zur Hälfte mit Blut (ausgeglichener koronarer Versorgungstyp).

Das Herz - schematische Übersicht der Koronargefäße.

Das Herz – schematische Übersicht der Koronargefäße. Bild: “Coronary arterial circulation” von Addicted04, lizenziert unter CC BY 3.0.

Blutversorgung der rechten Herzhälfte

  1. Ramus nodi sinuatrialis ⇒ Sinusknotenarterie.
  2. Ramus coni arteriosi ⇒ Übergangsast der rechten Herzkammer in die Lungenschlagader.
  3. Ramus atrialis dexter ⇒ Ast des rechten Vorhofs.
  4. Ramus atrioventricularis dexter ⇒ rechter Vorhofkammerast.
  5. Ramus marginalis dexter ⇒ rechter Kantenast.
  6. Ramus interventricularis posterior ⇒ hinterer, zwischen beiden Kammern gelegener Ast.

Blutversorgung der linken Herzhälfte

  1. Arteria coronaria sinsiter ⇒ linke Koronararterie.
  2. Ramus circumflexus ⇒ umschlingender Ast der linken Koronararterie.
  3. Ramus posterolateralis sinister ⇒ Ast der linken Hinterseitenwand.
  4. Ramus marginalis sinister ⇒ linker Kantenast.
  5. Ramus diagonalis ⇒ schräg verlaufender Seitenast.
  6. Ramus interventricularis anterior ⇒ vorderer, zwischen beiden Kammern gelegener Ast.

1.3 Die Herzmuskulatur

Eine ausführliche Beschreibung über den Aufbau und der Funktion der Herzmuskelzellen finden Sie unter dem Beitrag Muskelarten.

1.4 Herz-Kreislauf System

Die Blutgefäße unseres Organismus bilden einen geschlossenen Kreis vom Herzen weg bis wieder zum Herzen hin. Grob können 2 Kreisläufe unterschieden werden.

Lungenkreislauf

Im Lungenkreislauf wird das sauerstoffarme Blut von der rechten Herzseite in die Lunge gepumpt. Dort findet der Gasaustausch statt (Kohlendioxid raus, Sauerstoff rein). Danach fließt das nun sauerstoffreiche Blut in die linke Herzseite.

Körperkreislauf

Im Körperkreislauf wird das sauerstoffreiche Blut von der linken Herzseite in den gesamten Körper gepumpt. Dort verästeln sich die Arterien immer mehr. Im terminalen Endstromgebiet (Kapillarsystem) werden Nährstoffe (Sauerstoff, Fette, Kohlenhydrate, Eiweiß, usw.) aus den Kapillaren in den Körper ausgeschleust. Abfallstoffe werden nur teilweise (Kohlendioxid, Ultrafiltrat, etc.) wieder über die Blutgefäße abtransportiert (Semipermeabilität der Kapillarwände). Der Rest wird über das Lymphgefäßsystem (sogenannte lymphpflichtige Last) abtransportiert.

 

Bild: “Herz-Kreislauf-System” von Jörg Rittmeister, lizenziert unter CC BY-SA 2.5.

2. Aktionsphasen des Herzens

2.1 Systole:

Kontraktion des Kammermyocards

  • Anspannungsphase: Alle Klappen zu, Druck im Ventrikel steigt
  • Austreibungsphase: Taschenklappen werden aufgedrückt, Blut strömt in Aorta / Arteria pulmonalis

2.2 Diastole:

Erschlaffung des Kammermyocards

  • Entspannungsphase: Alle Klappen zu (zurückfließendes Blut drückt die Taschenklappen zu), Druck im Ventrikel sinkt.
  • Füllungsphase: Druck im Atrium größer als im Ventrikel, Segelklappen auf.
    • Passive Füllung: durch Druckunterschied.
    • Aktive Füllung: durch Vorhofkontraktion.

Die Dauer aller 4 Phasen beträgt insgesamt 1 Sekunde bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute.

Bei einer Herzfrequenz ab ca. 200 Schläge pro Minute ist die Füllungsphase gleich null. Dadurch ist eine effektive Arbeit des Herzens nicht mehr möglich.

2.3 Pumpleistung des Herzens Normalo <-> Sportler im Vergleich

Das Schlagvolumen bezeichnet die Menge an Blut, welches das Herz mit einem Schlag pumpt.

Das Herzminutenvolumen (HZM) beschreibt die Menge an Blut, welches das Herz innerhalb einer Minute pumpt.

Normalo Sportler
Frequenz 70 BPM 50 BPM
Schlagvol. 70 ML ≤ 200 ML
HZM 5 L 10 – 25 L

3. Erregungsleitungssystem

3.1 Myogene Automatie

Myogen bedeutet, dass die Erregungsausbreitung von Herzmuskelzelle zu Herzmuskelzelle elektrisch, ohne Synapsen stattfindet. Automatie bedeutet, dass diese Erregungsausbreitung aus sich selbst heraus, ohne direkte Einwirkung von außen stattfindet.

3.2 Ablauf der Erregungsleitung im Herz

Im Sinusknoten (re. Vorhof) (1) depolarisieren Herzmuskelzellen periodisch. Beim überschreiten einer Schwelle kommt es zu einem Aktionspotential.

Erregungsausbreitung über die Vorhöfe mittels des Bachman-Bündels (2) und den drei internodalen Bahnen (3 -5).

Eine Überleitung der Erregung von den Vorhöfen auf die Kammern findet ausschließlich im Bereich des AV-Knotens (atrioventricular) statt (6). Dabei wird die Erregungsausbreitung. Diese Verzögerung verschafft den Vorhöfen Zeit für die Vorhofkontraktion (Füllung der Kammern).

Schnelle Erregungsausbreitung über spezialisierte Herzmuskelzellen vom His-Bündel (7) über die beiden Tawaraschenkel (8 – 9) und die Faszikel (10 – 11) bis hin zu den Purkinje-Fäden (12) und letztendlich zu allen Zellen des Kammermyocards.

 

Bild: © Madhero88 , lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

1. Sinusknoten
2. Bachmann-Bündel
3. vordere internodale Bahn
4. mittlere internodale Bahn

5. hintere internodale Bahn
6. AV-Knoten
7. His-Bündel
8. Rechter Tawara-Schenkel

9. linker Tawara-Schenkel
10. linksposteriorer Faszikel
11. linksanteriorer Faszikel
12. Purkinje-Fasern

4. Innervation des Herzens

4.1 Motorisch ⇒ Steuerung des Herzens

Über vegetatives, visceromotorisches Nervensystem.

4.1.1 Sympathikus (postganglionär)

  • Transmitter ist Noradrenalin (= NA, wird gehemmt durch Beta-Blocker).
  • Am Sinusknoten wird die Frequenz ↑ erhöht (= positiv chronotrop).
  • Am AV-Knoten wird die Überleitungszeit ↓ heruntergesetzt (= positiv chronotrop).
  • Am Kammermyocard wird die Erregbarkeit ↑ erhöht (= positiv bathmotrop) und gleichzeitig die Kontraktionskraft heraufgesetzt ↑ (= positiv inotrop).

4.2.2 Parasympathikus (postganglionär)

  • Transmitter ist Acetylcholin (= ACH, wird gehemmt durch Atropin).
  • Am Sinusknoten wird die Frequenz ↓ gesenkt (= negativ chronotrop).
  • Am AV-Knoten wird die Überleitungszeit ↑ heraufgesetzt (= negativ chronotrop).

4.2 Sensibel ⇒ Druck- und Schmerzweiterleitung

Die Weiterleitung von Druck- und Schmerzreizen geschieht über sensible, viscerosensible Fasern.

  • Schmerz- und Druckreize von Endocard (innere Herzwand) und Myocard (Herzmuskulatur) werden – parallel zu den parasympathischen Fasern im Nervus vagus (zehnter der zwölf Hirnnerven) – weitergeleitet.
  • Schmerzreize vom Epicard (äußere Herzwand und gleichzeitig inneres Blatt des Herzbeutels) und Pericard (äußeres Blatt des Herzbeutels) werden – parallel zu den somatomotorischen Fasern des Nervus phrenicus (Zwerchfellnerv) – weitergeleitet.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 7. Jun 2018 @ 20:54 überarbeitet.

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Es ist interessant, wie wenig wir uns doch mit unserer Muskulatur beschäftigen. Bewegung ist für uns so normal, dass wir uns erst dann Gedanken darüber machen, wenn wir uns nicht mehr bewegen können.

Ein relativ harmloser, jedoch sehr beeindruckender Grund für den zeitweiligen Verlust unserer Bewegungsfähigkeit ist ein Hexenschuss.

Wie Bewegung entsteht

Unsere Muskeln sind vom Prinzip her erstaunlich einfach aufgebaut und haben eines gemeinsam: Sie können sich nur anspannen und entspannen. In der Fachsprache nennt sich die Anspannung des Muskels Kontraktion und die Entspannung Relaxation.

Im Folgenden erkläre ich Ihnen die Funktionsweise der Muskulatur anhand des Ellenbogenbeugers, dem sogenannten musculus biceps brachii. Im Kraftsport sind häufig sehr eindrucksvolle Exemplare dieses Muskels zu bestaunen – doch dies nur am Rande.

Stellen Sie sich eine stehende Person vor, welche ein Gewicht, z. B. eine Kurzhantel in der Hand hält, der Arm hängt dabei entspannt herab. Die Person bewegt nun die Hantel zur Schulter und zurück, indem sie den Ellenbogen beugt und streckt. Diese Übung wird im Kraftsport “biceps-curl” genannt. Namensgeber ist der eben erwähnte musculus biceps brachii, welcher diese Bewegung hauptsächlich ausführt.

Erst durch das Zusammenspiel aus Kontraktion und Relaxation eines und/oder mehrerer Muskeln/Muskelgruppen und deren Anordnung entsteht daraus auch eine Drehbewegung (Rotation) in den Gelenken.
Alle Bewegungen des Körpers resultieren aus einer Kombination dieser Muskelarbeit eines und/oder mehrerer Muskeln/Muskelgruppen!

Muskeltypen

Der Mensch besitzt 3 unterschiedliche Arten von Muskulatur. Die 3 Muskelarten werden wegen ihres Aussehens folgendermaßen benannt:

Quergestreifte Muskulatur

Dieser Muskeltyp macht den größten Teil unserer Muskelmasse aus und bildet die Skelettmuskulatur, welche für alle Bewegungen im Raum zuständig ist.

Glatte Muskulatur

Dieser Muskeltyp ist in den Eingeweiden zu finden und z. B. für die Peristaltik im Darm zuständig. Auch Speiseröhre und Magen bestehen aus glatter Muskulatur.

Herzmuskulatur

Im Fachjargon Myocard genannt. Sehr spezialisierte Muskelzellen, welche unermüdlich rund um die Uhr arbeiten müssen, um die Blutzirkulation in Gang zu halten.

Für ein Ausdauertraining ist neben der Herzmuskulatur auch die quer gestreifte Muskulatur von Bedeutung, welche für unsere Bewegung verantwortlich ist.

Funktion und Arten der einzelnen Muskelfasern werden in Beitrag Muskelfasertypen beschrieben.

Motorische Einheiten

Zur Auslösung einer Kontraktion der Skelettmuskulatur bedarf es einer Erregung der dazugehörenden Nerven. Da diese Nerven (= Neuronen) durch ihre Aktivität letztlich die Muskulatur steuern, nennt man diese Nerven auch Motoneurone. Ein Motoneuron innerviert dabei keine einzelne Muskelfaser, sondern immer eine Muskelfasergruppe = motorische Einheit. Siehe auch Henneman Größen Prinzip.

Die 3 Kontraktionsarten

Isometrisch

Dabei bleibt die Länge des Muskels konstant, und die Spannung wechselt.

Isotonisch

Beschreibt die Längenänderung bei konstanter Spannung.

Auxotonisch

Hierbei ändern sich Spannung und Länge des Muskels gleichzeitig.

Bei einer (isotonischen) Kontraktion ist die Geschwindigkeit umso größer, je kleiner die Belastung (Kraft) ist. Die maximale Geschwindigkeit wird bei einem unbelasteten Muskel entwickelt. Bei einer isometrischen Kontraktion wird die maximale Kraft bzw. Spannung entwickelt. Leichte Lasten können daher schneller gehoben werden als schwere.

Arbeitsweise der Skelettmuskulatur

Es können drei Arten von Muskelarbeit unterschieden werden.

Konzentrisch

Auch positiv – dynamisch. Dabei wechseln sich Kontraktion und Relaxation unter Belastung miteinander ab, z. B. beim Treppenaufgehen oder Bergaufgehen.

Exzentrisch

Auch negativ – dynamisch. Hier wechselt sich gebremste Muskeldehnung (Bremsarbeit als Fallverhinderung) mit lastloser Kontraktion ab, z. B. beim Treppenabgehen.

Statisch

Auch Haltearbeit, z. B. ruhiges stehen oder etwas festhalten. In der Praxis sind bei vielen Tätigkeiten zwei oder sogar alle drei Arbeitstypen miteinander kombiniert.

Agonist – Antagonist – Synergist

Wie die Muskel(gruppen) miteinander arbeiten.

Agonist

„Spieler“. Ist der Muskel, der im Zusammenspiel (Synergismus) mit seinem Gegenspieler (Antagonist) eine definierte Funktion bewirkt. Der Muskel arbeitet hierbei konzentrisch. Im Fall einer Streckung des Kniegelenkes ist dies hauptsächlich der m. quadricps femoris.

Antagonist

„Gegenspieler“. Ist der Muskel, welcher der Funktion des Agonisten entgegenwirkt. Im Fall einer Streckung des Kniegelenkes ist dies im Wesentlichen der m. ischiocruralis und wirkt in Richtung Kniebeugung. Der Muskel arbeitet hierbei exzentrisch.

Funktionspaar

Agonist und Antagonist bilden zusammen ein sogenanntes “Funktionspaar”.

Synergist

„Mitarbeiter“. Zusammenwirken; das harmonische Zusammenspiel von Muskeln/Muskelgruppe.

Sinn und Nutzen von Agonist – Antagonist – Synergist

Anhand der Funktionsweise des Kniegelenkes erklärt.

Hauptfunktion des Kniegelenkes ist die Beugung (Flexion) und Streckung (Extension). Für die Streckung (Extension) ist hauptsächlich der m.quadriceps femoris zuständig. Für die Beugung (Flexion) ist der m.ischiocruralis zuständig.

Bei einer Kniestreckung spannt der m. quadriceps an, verkürzt sich und bewirkt dadurch eine Streckung (Extension) im Kniegelenk. Zur gleichen Zeit muss der m. ischiocruralis aber länger werden, damit eine Streckung (Extension) im Kniegelenk stattfinden kann. Hier ist der m. quadriceps der Spieler (Agonist) und der m. ischiocruralis der Gegenspieler (Antagonist).

Bei einer Knieflexion verhält es sich dann genau anders herum. Hier verkürzt sich der m.ischiocruralis und ist damit der Agonist. Im Gegenzug verlängert sich der m.quadriceps und wird zum Antagonisten.

Koordination

Die Koordination ist eine der 5 motorischen Grundfähigkeiten des Menschen, zusammengefasst auch Kondition genannt.

Allgemein verstehen wir unter Koordination das Abstimmen verschiedener Aktivitäten aufeinander, die Verbesserung des Zusammenspiels, des Zusammenwirkens, sowie das Ordnen unter Berücksichtigung mehrerer Aspekte.

Die Physiologie / Sportphysiologie versteht unter Koordination das harmonische Zusammenwirken von Muskeln, genauer von motorischen und sensorischen Abläufen.

Auf unsere Muskulatur bezogen wird zwischen zwei Arten der Koordination unterschieden:

Intramuskulär

Bezeichnet das geordnete Zusammenwirken der Muskelfasern innerhalb eines Muskels. (Vergleiche Henneman Size Principle!

Intermuskulär

Bezeichnet das geordnete Zusammenwirken mehrerer Muskeln und/oder Muskelgruppen untereinander.

Oft werden im Zusammenhang mit den oben genannten muskulären Koordinationsarten zwei weitere Begriffe genannt:

Reziproke Innervation (RI)

Dies bedeutet, dass bei einer selektiven, angemessenen Anspannung des Agonisten (Spieler), eine direkte Entspannung des Antagonisten (Gegenspieler) erfolgt.

Post Isometrische Relaxation (PIR)

Nach einer isometrischen Anspannung entspannt sich der Muskel mehr, als vor seiner Anspannung. Dieser Effekt wird häufig in der Dehnungsgymnastik genutzt.

Muskelketten

Es gibt zwei Arten von sogenannten Muskelketten. Wie der Name schon sagt, arbeiten dabei mehrere Muskeln/Muskelgruppen wie eine Kette zusammen. Ein Beispiel dafür wird hier anhand des Kniegelenkes gezeigt.

Offene Muskelkette

Kniestreckung im Sitzen. Der Unterschenkel macht dabei einen Kreisbogen, ist also “offen” da er sich frei im Raum bewegt.

Geschlossene Muskelkette

Kniebeugen aus dem Stand. Hier sind die Füße fest auf dem Boden aufgestellt. Nur das Knie beugt und streckt sich.

Aktive und passive Muskelinsuffizienz

Die natürlichen Grenzen der Muskelfunktion

Jeder Mensch hat eine gewisse physiologische (= natürliche) aktive und passive Muskelinsuffiziens, welche sich durch körperliches Training sehr gut beeinflussen lässt.

Aktive muskuläre Insuffizienz

Bei einer konzentrischen Kontraktion zieht sich der Muskel niemals zu 100 % zusammen. Er bleibt immer ein Rest. Dieser Rest ist die aktive muskuläre Insuffizienz.

Passive muskuläre Insuffizienz

Die Grenze der „Dehnbarkeit“ eines Muskels nennt sich passive muskuläre Insuffizienz. Diese kann sehr gut durch tägliches Dehnen beeinflusst werden.

Punktum stabile / Punktum mobile

Beschreibt die Punkte, welche während einer Muskelarbeit stabil bzw. mobil sind

Bei einer Ellenbogenbeugung z. B. ist der Ursprung des Biceps (am Schulterblatt) stabil und sein Ansatz (am Unterarm) mobil.

Ein – / mehrgelenkige Muskeln

Muskel können nur ein Gelenk aber auch mehrere Gelenke überspannen.

Eingelenkige Muskulatur

Muskel, der nur ein Gelenk überspannt und dieses bewegt. Die Mm. vastus medialis, intermedius und lateralis überspannen nur das Knie und machen eine Kniestreckung in diesem Gelenk.

Mehrgelenkige Muskulatur

Muskel, der mehrere Gelenke überspannt und diese bewegt. Der m. rectus femoris überspannt Hüftgelenk und Knie. Er macht eine Beugung im Hüftgelenk und eine Streckung im Kniegelenk.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 7. Jun 2018 @ 20:47 überarbeitet.

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Als Muskelkater bezeichnet man Muskelschmerzen, die nach ungewohnten größeren Belastungen auftreten.

Die Hauptursachen für einen Muskelkater sind ungewohnte, ungewohnt lange oder starke körperliche Tätigkeiten, die oftmals im Zusammenhang mit der Überschätzung der eigenen Belastbarkeit auftreten. Diese Schmerzen treten zeitverzögert und nur bei Bewegung, insbesondere bei Dehnungen der entsprechenden Muskeln, auf.

In der Regel wird Muskelkater nach einem halben bis ganzen Tag spürbar und klingt nach drei bis fünf Tagen wieder ab.

Als Hauptverursacher gelten ungewohnte größere Kraftbeanspruchungen, wie sie unter anderem beim Kraft- und Fitnesstraining im Fitness-Klub auftreten.

Besonders die so genannten exzentrischen Kontraktionen, d. h., der Muskel arbeitet und wird zeitgleich gedehnt (Beispiel bergab laufen), provozieren den unerwünschten Muskelschmerz.

Pathophysiologie des Muskelkaters

Man nahm lange Zeit an, Muskelkater hinge mit der Milchsäurebildung bei der vorangegangenen Trainingseinheit zusammen. Je intensiver die Muskelarbeit, umso höher die Laktatbildung (Laktat = Salz der Milchsäure) und umso schlimmer der Muskelkater durch Übersäuerung.

Muskelkater hat seine Ursache in mikroskopisch feinen Rissen in den Z-Banden der Muskelfasern.

Bild: © Patrick Hermans | fotolia.de

Diese Hypothese klingt beim ersten Lesen plausibel, muss aber bei kritischer Betrachtung aus folgenden Gründen verworfen werden:

  • Nach der Laktat-Hypothese müsste der stärkste Muskelkater unmittelbar nach einem 400m-Lauf auftreten, denn dort können die höchsten Laktatspitzen gemessen werden.
  • Er tritt aber vermehrt nach Krafttraining auf, wo Laktat in viel geringeren Mengen gebildet wird.
  • Die Halbwertszeit von Milchsäure beträgt ungefähr 20 Minuten. Muskelkater tritt aber zeitlich versetzt auf.
  • Nach 12 bis 24 Stunden hat sich der Laktatspiegel im Blut längst wieder normalisiert. Der Muskelkater bleibt jedoch bestehen.
  • Muskelkater tritt zumeist bei Anfängern oder bei ungewohnten Bewegungen auf.
    Zu einer Laktatbildung kommt es beim Fortgeschrittenen bei gleicher Beanspruchung ebenso wie beim Einsteiger.

Neuere Untersuchungen

  • „Bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass ein überlasteter Muskel feine Risse in den Muskelfasern hat. Der Muskel zeigt winzige Verletzungen”, erklärt Prof. Andreas Imhoff, Sportorthopäde an der TU München.
  • Die einzelnen Muskelzellen (= Muskelfasern) sind durch bindegewebige Z-Scheiben miteinander verbunden.
  • Bei Überbelastung der Muskeln kommt es infolge einer mechanischen Überbelastung zu feinen Rissen in diesen Scheiben, zu kleinen Verletzungen von winzigen Blutgefäßen im Muskel und dadurch zu einer lokalen Entzündung.
  • Dies führt schließlich im Verlauf von ein bis zwei Tagen zu einer vermehrten Wasseransammlung (Ödemen) in den Muskelfasern, wodurch die Muskelfaser anschwillt und gedehnt wird.
  • Die hieraus resultierende eingeschränkte Dehnbarkeit mit Dehnungsschmerz ist vermutlich für den schmerzenden Muskelkater verantwortlich.

Vorbeugende Maßnahmen gegen Muskelkater

  • Der oft gehörte Ratschlag “Training bringt nur etwas, wenn man danach Muskelkater hat” ist genauso abwegig wie eine übertriebene Angst davor.
  • Wer nach längerer Trainingspause wieder in das Krafttraining einsteigt, wird einen leichten Muskelkater nur schwer umgehen können.
  • Ein ausgiebiges Auf- und Abwärmen ist eine sinnvolle Vorbeugung.
  • Ebenso hilft es, ungewohnte Belastungen und neue Übungen zu Beginn moderat zu dosieren.

Verhalten bei Muskelkater

  • Wärme (z. B.: Rotlicht, Fango, warme Bäder, etc.) lindert ebenso den Schmerz wie ein Besuch in der Sauna oder im Whirlpool. Durch die gesteigerte Durchblutung wird eine schnellere Abheilung ermöglicht.
  • Massagen nur ganz leicht um die Mikrotraumen im Muskel nicht nochmals zu schädigen.
  • Vorsicht bei Aufwärmsalben: Man hat ein Gefühl der Wärme, tatsächlich ist der Körper aber noch kalt!!!
  • Leichtes Training, leichte Gymnastik, lockeres Trainieren der Ausdauer.
  • Während der Phase des spürbaren Muskelkaters sollten hohe Kraftbelastungen vermieden werden, da sie einerseits sehr schmerzhaft sind und andererseits in dieser Zeit die Gefahr einer größeren Muskel- oder Sehnenverletzung erhöht ist.
  • Vermeiden vom Genuss größerer Alkoholmengen, dadurch wird der Regenerationsprozess verzögert.
  • In schlimmeren Fällen kann die zusätzliche Einnahme von Entzündungshemmern wie etwa ASS (Aspirin) den Heilungsprozess medikamentös ergänzen.
  • Es gibt bislang keinen Hinweis dafür, dass wiederholter Muskelkater nachhaltig den Bewegungsapparat schädigt. In der Regel heilt er komplett aus.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 7. Jun 2018 @ 22:20 überarbeitet.

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In ihr laufen die fundamentalen Stoffwechselvorgänge ab, ohne die der Mensch nicht existieren kann. In diesem Kapitel erfahren Sie, welche kleinen Organe, sogenannte Organellen in der Zelle vorkommen und deren Funktion.

Zytoplasma und Organellen der Zelle

Die Körperzelle mit ihren wichtigsten Organellen im Überblick.

Abb. 1: Die Körperzelle mit ihren wichtigsten Organellen im Überblick.

Zytoplasma

Das Zytoplasma füllt die Zelle wie eine „Suppe“. Das Zytoplasma besteht aus Wasser, Salzen, Eiweiß, Fetttröpfchen, Zucker … Hier findet auch die sogenannte Glycolyse statt.

Organellen

Organellen sind die Funktionseinheiten einer Zelle (siehe Abb.1). Hier eine Liste mit ihren wichtigsten Funktionen.

  1. Zellkern – Lateinisch = Nukleus mit Erbinformation (Baupläne) gespeichert in langen chemischen Molekülen = DNS/DNA
  2. Mitochondrien – sind die „Kraftwerke der Zelle“. Energiegewinnung aus Zucker mithilfe des Zitronensäurezyklus unter O2-Verbrauch.
  3. Endoplasmatisches Retikulum – das endoplasmatische Retikulum (= ER) sorgt für den Membranaufbau und Stofftransport innerhalb der Zelle (intrazellulär), Stoffspeicher (z. B. Ca++ in der Muskelzelle).
  4. Ribosomen – sind die „Eiweißfabriken“ unserer Zellen. Hier werden Eiweißketten nach Bauplan (= DNA aus dem Zellkern) zusammengesetzt.
  5. Golgi-Apparat – ist die „Verpackungsfabrik“; Sekrete werden hier in kl. Bläschen (=Vesikel) verpackt und zum Plasmalemm gebracht. Dort wird der Inhalt der Bläschen abgegeben (=Exozytose).
  6. Lysosomen – mit Eiweiß abbauenden Enzymen. Enzym = Eiweiß, das eine biochemische Reaktion in Gang setzt, vergleichbar mit einem „Lötkolben“ oder „Schneidbrenner“. Die Lysosomen verschmelzen mit den ankommenden Nahrungsvakuolen und die Enzyme der Lysosomen bauen die „Nahrung“ ab. Die Nahrungsvakuolen werden durch Endozytose gebildet.

Zytoskelett

Das Zytoskelett besitzt Mikrofilamente aus Eiweißfäden, die sich aneinander entlang hangeln können. Dies bewirkt eine Formveränderung der Zelle, evtl. Bewegung.

Mikrotubuli

Mikrotubuli nennen sich Eiweißröhren (siehe auch Mikrofilamente) z. B. in Cilien = Geißeln = Flimmerhärchen, mit deren Hilfe sich z. B. Einzeller wie das Pantoffeltierchen fortbewegen.

Mikrovilli

Als Mikrovilli werden fingerförmige Membranausstülpungen bezeichnet z. B. zur Oberflächenvergrößerung im Darm.

Stoffaustausch zwischen Extrazellulärraum und Intrazellulärraum

Durchmischung zweier Feststoffe in einer Flüssigkeit durch Diffusion.

Abb. 2: Durchmischung zweier Feststoffe in einer Flüssigkeit durch Diffusion.

Diffusion

Diffusion bezeichnet den Stoffaustausch längs eines Konzentrationsgefälles (Prinzip der größtmöglichen Unordnung).

Biologische Membranen (siehe Abb.2) sind nur für bestimmte Stoffe durchlässig (=semipermeabel), z. B. kleine, ungeladene Teilchen wie O2, CO2, H2O aber auch fettähnliche Stoffe. Viele andere Stoffe gehen durch stoffspezifische Porenproteine, da die Membran sonst für sie undurchlässig ist, z. B. geladene Teilchen (=Ionen) wie Na+, Cl usw. wie in der Nervenzelle (siehe das menschliche Nervensystem).

Aber auch große Moleküle, z. B. Zucker (Glucose), Insulin (= Schlüssel für Zucker-Porenproteine). Bei Insulinmangel kann der Zucker nicht in die Zellen, er bleibt im Blut -> Diabetes mellitus.

Osmose

Osmose bezeichnet die Diffusion von H2O zum Ausgleich von Konzentrationen, z. B. rotes Blutkörperchen  „Ery“ in konzentrierter Salzlösung.

Abb. 3: Das Wasser diffundiert nach dem Zufallsprinzip in beide Richtungen jedoch mehr in Richtung der Seite in der die Konzentration der Glucose höher ist. Diese Osmose dauert so lange an, bis die Konzentration auf beiden Seiten gleich hoch ist.

Plasmolyse

Durch das Bestreben des Wassers, den Salzgehalt im roten Blutkörperchen (Ery) dem der Salzlösung anzugleichen, schrumpft das dieses immer mehr zusammen (siehe Abb.4).

Abb. 4: Durch das Bestreben des Wassers, den Salzgehalt im Ery der Umgebung anzugleichen, schrumpft dieses zusammen.

Hämolyse

Jetzt verhält es sich genau entgegengesetzt: Durch das Bestreben des Wassers, den Salzgehalt im roten Blutkörperchen (Ery) dem des destillierten Wassers anzugleichen, quillt dieses immer mehr auf (siehe Abb.5). Dies kann so weit gehen, dass das „Ery“ platzt.

Abb. 5: Hier versucht das Wasser, die höhere Konzentration im Ery auszugleichen.

Alle Flüssigkeiten mit gleicher Konzentration wie das Zellplasma sind isoton z. B. 0,9-prozentige NaCl-Lösung.

  • Alle Flüssigkeiten mit höherer Konzentration sind hyperton.
  • Alle Flüssigkeiten mit niedrigerer Konzentration sind hypoton.

Aktiver Transport nennt sich der Stoffaustausch gegen das Konzentrationsgefälle unter Energieverbrauch. Z. B. Na+ – K+ – Pumpe in der Membran von Nervenzellen. Sie pumpt nach der Erregung Na+ wieder aus der Zelle -> Herstellung der Ursprungsordnung. Z. B. Jodpumpe in Schilddrüsenzellen.

Exozytose

Golgivesikel wandern zum Plasmalemm, verschmelzen mit diesem und geben ihren Inhalt nach außen ab; z. B. Drüsen, Erregungsweitergabe an den Synapsen von Nervenzelle zu Nervenzelle.

Endozytose

Umfließen von „Nahrung“ und Aufnahme in eine Vesikel. Ein Beispiel dafür ist die Phagozytose (siehe Abb.6).

Abb. 6: Phagozytose: Ein weißes Blutkörperchen (Leukozyt) frisst eine Bakterie.

Metabolismus der Zelle

  • Metabolismus – Energiestoffwechsel. Dient der Aufnahme, dem Transport und der chemischen Umwandlung von Nährstoffen sowie der Abgabe von Stoffwechselendprodukten in einem Organismus.
  • Anabolismus – auch Assimilation genannt, bezeichnet das Wachstum, den Aufbau und die Speicherung körpereigener Bestandteile.
  • Katabolismus – auch Dissimilation genannt, bezeichnet die Baustoffgewinnung und die Energiegewinnung eines Organismus.

Der Kohlenhydratabbau

Abb. 7: Kohlenhydratketten (links) werden zu Glucose (rechts) zerkleinert.

Glycolyse

Glycolyse beschreibt den Vorgang der anaeroben Energiegewinnung aus Glucose im Zytoplasma.

  • Im Zytoplasma der (Muskel) Zellen findet permanent die sogenannte Glykolyse statt.
  • Dort wird die Glucose (Blutzucker) zur Energiegewinnung in 10 Schritten verstoffwechselt.
  • Die dabei freiwerdende Energie ist gering.

Endprodukte der Glycolyse sind pro Glukosemolekül:

  • 2 Pyruvatmoleküle
  • 2 ATP-Moleküle
  • 4 Wasserstoffatome

In Ruhe bzw. bei geringer Belastung wird praktisch das gesamte entstandene Pyruvat in den Zitronensäurezyklus zur aeroben Energiegewinnung eingeschleust. Bei hoher Belastung kann das dann vermehrt anfallende Pyruvat jedoch nicht mehr vollständig über den Zitronensäurezyklus verarbeitet werden. Dieser Pyruvatüberschuss wird innerhalb der (Muskel) Zelle in Laktat umgewandelt.

Zitronensäurezyklus (Zitratzyklus)

Zitronensäurezyklus (Zitratzyklus) beschreibt den Vorgang der aeroben Energiegewinnung aus Glucose in den Mitochondrien.

Abb. 8: Der Zitronensäurezyklus (siehe auch Abb. 13)

Das aus der Glycolyse entstandene

  • Pyruvat gibt innerhalb des Mitochondriums 2 Wasserstoffatome ab und zerfällt dabei zu:
  • Acetyl-Coenzym A (Ac-CoA) siehe Abb.8a und Abb.13
  • Das Ac-CoA geht in den Zitronensäurezyklus ein und wird dort immer weiter verbrannt (oxidiert).
  • Innerhalb des Zitronensäurezyklus entsteht nur 1 ATP, jedoch 8 Wasserstoffatome, natürlich nicht in gasförmiger Form. Dieser würde sofort durch Diffusion die Zelle verlassen. Der Wasserstoff in der Zelle wird mit Hilfe von Coenzymen gespeichert. Das ist chemisch gebundener Wasserstoff (z. B. in Form von NADH/H+oder FADH2).
  • Alle bis dahin gewonnenen Wasserstoffatome werden von den Coenzymen abgegeben und unter Sauerstoff mit großem Energiegewinn in mehreren Teilschritten zu H2O verbrannt:
    NADH/H+ + 1/2 O2 => H2O + NAD+ + Energie
  • Die dabei freiwerdende Energie wird in das Energietransportmolekül ATP verpackt, um portionsweise an die Stellen des Energieverbrauches gebracht zu werden (z. B. Membran, Golgi-Apparat, Ribosom, Zytoskelett). Pro Glucose-Molekül werden im Optimalfall bis zu 38 ADP zu ATP beladen.

Der Fettabbau (Lipolyse)

Fett wird zu Monoglycerid und Fettsäuren zerkleinert.

Abb. 9: Fett wird zu Monoglycerid und Fettsäuren zerkleinert.

Abb. 9: Fett wird zu Monoglycerid und Fettsäuren zerkleinert.

Die oben genannten Bruchstücke werden ins Blut bzw. in die Lymphe aufgenommen (=Resorption) und zu den Zellen transportiert. In der Zelle findet weiterer Abbau statt.

Aerobe Energiegewinnung aus Fett

Körperfett kann ebenfalls in Acetyl-CoA umgewandelt und in den Zitronensäurezyklus eingeschleust werden, allerdings ist die chemische Reaktion sehr langsam, sodass diese Form der Energiebereitstellung mit wachsender Belastung einen abnehmenden relativen Anteil der bereitgestellten Energie liefert. Ein Rechenbeispiel der Verteilung von Kohlenhydraten und Fett bei steigender körperlicher Belastung finden Sie unter dem Beitrag Mythos Fettverbrennung.

Anaerobe Energiegewinnung aus Fett

Fett kann bei Sauerstoffmangel ebenfalls zu Energiegewinnung herangezogen werden. Bei der dabei freiwerdenden Energie entstehen CO2 und H2O sowie Ketokörper (Abb.10).

Abb. 10: anaerobe Energiegewinnung aus Fett.

 Der Eiweißabbau

Eiweißketten werden zu Aminosäuren zerkleinert.

Abb. 11: Eiweißketten werden zu Aminosäuren zerkleinert.

Anaerobe Energiegewinnung aus Eiweiß

Eiweiß kann unter Ausschluss von Sauerstoff abgebaut werden, um Energie zu gewinnen (Abb.12). Bei der dabei freiwerdenden Energie entstehen Glucose und Harnstoff.

  • Die freiwerdende Energie wird verwendet um ATP generieren.
  • Der entstandene Harnstoff wird über die Nieren ausgeschieden.
  • Die entstandene Glucose geht in den Kohlenhydratstoffwechsel (Glycolyse bzw. Zitronensäurezyklus) ein.

Abb. 12: Anaerobe Energiegewinnung aus Eiweiß.

Anabolismus = Stoffaufbau (Assimilation)

Kohlenhydrat-Aufbau

Glucose wird zu Zuckerketten (Membranbausteine) aufgebaut, oder auch als Glycogen (Energiespeicher) in der Leber gespeichert. Siehe auch unter: Kohlenhydrate

Fett-Aufbau

Fett wird u.a. als Membranbaustein genutzt und eignet sich auch hervorragend als Energiespeicher. Dazu wird das Fett in Depots unter der Haut gespeichert. Siehe auch unter: Fette und Öle

Eiweiß-Aufbau

Geschieht an den Ribosomen: Zusammensetzung der AS-Ketten nach Bauplan (DNA) aus dem Zellkern (= Proteinbiosynthese). Eiweiß ist ein Baustein für Mikrofilamente (Muskel), Membrane und Enzymaufbau.

Schematische Zusammenfassung der Energiegewinnung in der (Muskel) Zelle

Abb. 13: Schema der Energiegewinnung in der Zelle.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 7. Jun 2018 @ 22:21 überarbeitet.

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Hier finden Sie einleitendes Wissen über den Aufbau einer Muskelzelle und die Arbeitsweise während einer Kontraktion. Einen reich bebilderten Beitrag zum anatomischen Aufbau der Muskulatur finden Sie im Beitrag Aufbau der Muskulatur.

Ablauf einer Muskelkontraktion – vom Reiz zur Kontraktion

  • Vom Gehirn kommt über einen motorischen Nerv der Befehl „Muskel kontrahiere dich“.
  • Hier wird das elektrische Signal (das sogenannte Aktionspotential) des Nervs in ein chemisches Signal für die Muskelzelle umgewandelt. Diese Verbindungsstelle nennt sich motorische Endplatte.

 

Abb. 1: Schematische Darstellung der Erregungsübertragung vom Nerv zum Muskel.

Abb. 1: Schematische Darstellung der Erregungsübertragung vom Nerv zum Muskel.

  • Ausbreitung der Erregung längs der Muskelzellmembran (=Plasmalemm) und dem T-System (siehe Abb.3).
  • Übergreifen der Erregung auf das L-System (siehe Abb.3). Öffnen von Ca++ Kanälen.
  • Ca++ diffundiert aus dem L-System in das Zytoplasma der Muskelzelle und zu den Mikrofilamenten. Die Ca++ Konzentration in den Filamenten steigt um das 1000fache(!) an. Das Ca++ arbeitet hierbei als Bote in der Muskelzelle (= intrazellulärer Botenstoff) und ist zuständig für die Infoübertragung von der Zellmembran zu den Mikrofilamenten.

Erst durch die Freigabe von Ca++ in die Filamente des Muskels beginnt der Muskel, sich zu kontrahieren.

Arbeitsweise der Muskelzellen – Ablauf eines Kontraktionszyklus von Aktin/Myosin

Für eine erneute Anspannung muss wieder CA++ die Bindung zwischen Troponin und Aktin lösen (siehe Abb.6) und das Troponin vom Aktin wegziehen. Erst dann kann sich das Myosin erneut mit dem Aktin verbinden.

Solange ein Aktionspotential besteht und CA++ das Troponin vom Aktin wegzieht, solange arbeitet das Myosin unter Verbrauch von ATP.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 8:12 überarbeitet.

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Das Lymphsystem des Menschen hat die Aufgabe, alle Stoffe aus dem Bindegewebe abzutransportieren, welche nicht durch das Blutgefäßsystem abtransportiert werden können (sogenannte obligatorische lymphpflichtige Last). Ohne ein funktionierendes Lymphsystem ist der Mensch nicht lebensfähig.

In diesem ersten Teil über das menschliche Lymphsystem erfahren Sie, wie Gewebeflüssigkeit gebildet und wieder abgebaut wird.

1. Gewebsflüssigkeit

Die Flüssigkeit im Bindegewebe wird als Gewebsflüssigkeit bezeichnet. Die Gewebsflüssigkeit unterliegt einer ständigen Bildung (GB) und Beseitigung/Abtransportes (GA).

Bildung von Gewebsflüssigkeit (GB)

Die Bildung der Gewebsflüssigkeit (GB) vollzieht sich durch folgende drei Vorgänge :

1.1. Filtration und Reabsorbtion

Filtration beschreibt die Abgabe von Ultrafiltrat (UF) aus der Blutkapillare in das umliegende Gewebe.

Abgabe von UF aus der Blutkapillare in das Gewebe

Abgabe von UF aus der Blutkapillare in das Gewebe

1.2. Cytopempsis

Cytopempsis ist der bläschenförmige Proteintransport durch die Endothelzelle der Blutkapillare vom Blut in das Gewebe. Das Protein hat dabei eine Trägerfunktion für z.B. fettlösliche Vitamine.

Nach Abgabe der transportierten Stoffe in das umliegende Gewebe ist das Protein nutzlos und kann nur noch über das Lymphgefäßsystem abtransportiert werden.

Sind die Plasmaproteine im Gewebe (Interstitium), wirken sie Filtrationsfördernd. Umgekehrt erhöhen sie die Reabsorbtion, wenn sie in der Blutkapillare vorkommen.

Blutwanddruck (BWD) + Proteine (im Gewebe) ⇒ Filtration erhöht.
Plasmaproteine (Blutkapillare) + Gewebedruck ⇒ Reabsorbtion erhöht.

Gewebsflüssigkeit ist Ultrafiltrat und Proteine die durch Cytopempsis ins Gewebe gelangt sind.

1.3. Diffusion

Die Diffusion (lat. Zerstreuung) ist ein natürlich ablaufender Prozess, läuft ohne Energiezufuhr ab und nutzt die Eigenbewegung der Moleküle. Ziel ist die vollständige und gleichmässige Durchmischung zweier bzw. mehrerer Stoffe. Im menschlichen Körper ist die Diffusion für größere Strecken unbrauchbar.

Durchmischung zweier Feststoffe in einer Flüssigkeit durch Diffusion.

Durchmischung zweier Feststoffe in einer Flüssigkeit durch Diffusion.

 

Diffusionsstrecke in Relation zur Diffusionszeit
Strecke Zeit
X X2
3 9
10 100
  1. Die Diffusion läuft in beide Richtungen gleichermassen ab (bis zu 70.000 l pro Tag!).
  2. Die physiologische Diffusionstrecke im Körper beträgt < als 1/10 mm
  3. Durch ein Ödem entfernen sich die Gewebszellen voneinander und die Diffusionstrecke erhöht sich.
  4. Dadurch verschlechtert sich die Ernährungslage der Zellen.

Die Diffusion durch eine semipermeable Membran nennt man Osmose.

Das Wasser diffundiert nach dem Zufallsprinzip in beide Richtungen jedoch mehr in Richtung der Seite in der die Konzentration der Glucose höher ist. Diese Osmose dauert so lange an, bis die Konzentration auf beiden Seiten gleich hoch ist.

2. Abbau der Gewebsflüssigkeit (GA)

Der Abbau der Gewebsflüssigkeit erfolgt durch folgende Vorgänge:

2.1. Reabsorption

Reabsorption ist die Wiederaufnahme von Ultrafiltrat (UF) ins Blut. Dies geschieht durch Hydratation über die Plasmaproteine in der Kapillare (Hydratation ist die Fähigkeit, Wasser an sich zu binden).

Die Differenz zwischen Filtration und Reabsorption (ca. 10 % des Ultrafiltrats) wird über das Lymphsystem entsorgt.

Ist die Filtration größer als die Reabsorption entsteht ein UFue Ödem (z. B. bei Rechtsherzinsuffiziens oder einem venösem Stau).

Ist die Reabsorption kleiner als die Filtration, entsteht ebenfalls ein UFue Ödem (zu wenig Proteine durch z.B. Hunger oder erhöhte Ausscheidung bei Darm-, Nierenerkrankung = Hypoproteinämie).

2.2. Diffusion

Siehe Punkt 1.3.

2.3. Lymphodynamik

Hier wird abtransportiert, was nicht über die Blutkapillaren beseitigt wird. Dies wird auch die lymphpflichtige Last genannt.

 

Obligate lymphpflichtige Lasten:

  • Protein
  • Fett
  • Zellen (z.B. nach Trauma)

Fakultative lymphpflichtige Lasten:

  • Wasser

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 17. Jun 2018 @ 10:36 überarbeitet.

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Das menschliche Blut ist ein Gemenge aus zahlreichen Einzelbestandteilen. Alle diese Bestandteile haben eine oder gar mehrere Aufgaben und gewährleisten, dass unser Organismus reibungslos funktioniert. Hier nun eine Übersicht über die Bestandteile und Hauptfunktionen des menschlichen Blutes.

Unser Blut – Bestandteile

1. Blutzellen

1.1. Erythrozyten

Rote Blutzellen. Erythrozyten sind die am häufigsten vorkommenden Zellen im Blut. Hauptfunktion: Transport des Sauerstoffs von der Lunge zu den diversen Körpergeweben und Abtransport von Kohlendioxid aus dem Körpergewebe zur Lunge.

1.2. Thrombozyten

Blutplättchen. Die kleinsten Zellen des Blutes. Hauptfunktion: Heften sich an das verletzte Gewebe und verschließen es.

1.3. Leukozyten

Oberbegriff der weißen Blutzellen (Lymphozyten, Monozyten und Granulozyten) in unserem Blut. Hauptfunktion: Teil des Immunsystems. Bekämpfung von Fremdzellen durch z. B. Phagozytose in Blut, Körpergewebe und Lymphflüssigkeit. Eine detaillierte Beschreibung finden Sie hier.

2. Fibrinogen

Das Fibrinogen in unserem Blut wird bei der Blutgerinnung durch diverse Prozesse in Fibrin umgewandelt, welches zusammen mit den Thrombozyten, den sogenannten Thrombus bildet.

3. Serum

3.1. Plasmaproteine

Die Plasmaproteine werden in der Leber unter Vitamin K Einfluss gebildet.

3.1.1 Albumine

Das Albumin in unserem Blut bindet in den Blutgefäßen Wasser an sich und verhindert dadurch dessen Austritt in das umliegende Gewebe. Ein Mangel an Albumin führt zu Ödemen (Flüssigkeitsansammlung im Gewebe).

3.1.2. Globuline

Hauptaufgaben in unserem Blut: Wichtige Funktion bei der Blutgerinnung, Abwehr gegen Fremdkörper, uvm..

3.2. Ultrafiltrat

Zell- und proteinfreie Blutflüssigkeit in Blut und Gewebsflüssigkeit. Ultrafiltrat enthält nur kleinmolekulare, in Wasser gelöste Stoffe, wie z. B.: Glucose, Vitamine, Laktat, Salze, Elektrolyte, usw. …

Bild: “Blutzellen” von Gerolf Nikolay, lizenziert unter CC BY-NC 2.0.

Unser Blut – Funktionen

Transportfunktion

Unser Blut ist nicht nur der Haupttransporteur für die Stoffe in der gleich folgenden Liste. Es transportiert auch Wärme durch unseren Körper.

  • Sauerstoff (O2) gebunden an Hämoglobin (HB)
  • CO2 in Form von Bikarbonat (= HCO3): CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3
  • Nährstoffe (Eiweiß, Kohlenhydrate, Fett, Mineralstoffe, Vitamine, etc.)
  • Abfallstoffe (z. B. Harnstoff)
  • Hormone
  • Wasser

Blutgerinnung

  1. Läsion eines Blutgefäßes.
  2. Kontakt Blut ⇔ Bindegewebe.
  3. Thrombozyten Anlagerung an das Bindegewebe + Platzen der Thrombozyten.
  4. Plättchen Faktor wird frei.
  5. Gerinnungskaskade wird in Gang gesetzt. Durch die verschiedenen Plasmaeiweiße (Faktor XII – III) und Ca++ wird schließlich Prothrombin zu Thrombin aktiviert.
  6. Spaltung von Fibrinogen in Fibrin = Eiweißfäden.
  7. Diese Eiweißfäden bilden ein Netz in dem Erythrozyten hängen bleiben.
  8. Es entsteht ein abdichtender Pfropf = Thrombus.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 8:36 überarbeitet.

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Diese Verhaltensregeln sind wichtig bei bestehendem Armlymphödem, um einer Verschlechterung der Schwellung vorzubeugen, und für Ödemgefährdete, um eine Ödementstehung zu verhindern.

Armlymphödem ist, wer an der Armwurzel eine Operation (Lymphknotenausräumung von Achsel oder Schlüsselbein) oder Bestrahlung erlitten hat. Ziel dieser Verhaftensregeln ist es, am Arm eine weitere Schädigung der restlichen Lymphgefäße zu verhindern und die Bildung von Lymphflüssigkeit möglichst gering zu halten.

Eine Ödemverbesserung ist meist nur durch die physikalische Ödemtherapie, der Kombination aus Lymphdrainage, Kompressionsbehandlung, gymnastischem Intervalltraining und Armhochlagerung möglich. Die Bandagen oder Kompressionsarmstrümpfe sollten möglichst tagsüber dauernd getragen werden.

Vorsicht vor Verletzungen

Große, kleine und auch wiederholte kleinste Verletzungen führen zur Zerstörung von Lymphgefäßen oder zu Blutergüssen, welche die Lymphflüssigkeitsmenge erhöhen.

  • Bei der Küchenarbeit mit spitzen und scharfen Gegenständen (zum Beispiel Messer) Handschuhe, beim Spülen Gummihandschuhe benutzen.
  • Beim Nähen Fingerhut aufsetzen.
  • Bei der Blumenpflege und Gartenarbeit wegen der Stacheln und Dornen sowie beim Umgang mit Haustieren wegen der Kratz und Bisswunden Handschuhe anziehen.
  • Bei Gefahr von Insektenstichen (zum Beispiel bei Grillpartys am Sommerabend) langärmelige Kleidung und eventuell Handschuhe tragen.
  • Mückengebiete im Urlaub meiden. Bei der Nagelpflege nicht in die Finger schneiden.
  • Beim Arzt keine Blutentnahmen oder Infusionen am Arm, keine Injektionen oder Akupunkturbehandlungen in den Arm oder den zugehörigen Körperquadranten.
  • Keine häufigen Blutdruckmessungen am gefährdeten Arm, die außerdem bei stärkergradigen Armödemen falsch überhöhte Werte ergeben können.
  • Bei beidseitigen Armödemen Blutentnahme aus einer Leistenvene.
  • Keine Sportarten, welche die Arme besonders gefährden wie Handball, Volleyball und zu riskanter Skiabfahrtslauf.
  • Keine überdehnenden, reißender: oder zerrenden Bewegungen.
  • Bei Armbrüchen oder Blutergüssen Lymphdrainagebehandlung verstärken.

Vorsicht vor Überlastungen

Überlastungen führen durch Zunahme der Lymphflüssigkeitsbildung zur Verstärkung des Armlymphödem.

  • Im Beruf keine mittelschweren und schweren Arbeiten, keine mehrstündigen monotonen leichten Arbeiten mit den Armen (zum Beispiel am Fließband, Akkord; Hand und Maschinenschreiben nur eingeschränkt möglich).
  • Fragen der Schwerbehinderung, Umschulung, Teilzeitarbeit, Berufs oder Erwerbsunfähigkeit mit dem Arzt besprechen.
  • Bei der Hausarbeit können Fensterputzen, stundenlanges Bügeln oder Stricken ungünstig sein.
  • Einkaufstasche mit dem gesunden Arm tragen, eventuell Tasche oder Koffer auf Rädern benutzen.
  • Beim Sport sind Überanstrengung der Arme ungünstig. Nicht überanstrengender Sport ist im
    Sinne eines Intervalltrainings einer Pause vor Einsetzen der Muskelermüdung erlaubt, zum Beispiel Tennis, Golf, Skilanglauf in Maßen.
  • Günstig sind Schwimmen und Gymnastik. Alle Sportarten und Gymnastik (außer Schwimmen) möglichst mit Kompressionsbestrumpfung betreiben, da dieses den Lymphabfluss fördert.
  • Dauerndes Herunterhängenlassen des Armes ist ungünstig, weil der Lymphabfluss erschwert wird. „Bergauf fließt die Lymphe langsamer als bergab“, daher nachts und zeitweilig auch tagsüber (zum Beispiel beim Fernsehen, bei längeren Autofahrten) den Arm möglichst über Herzhöhe lagern, zum Beispiel auf Armliegekeil.
  • Nachts kann eine leichte Bandage oder ein leichter Armstrumpf benutzt werden.

Vorsicht vor klassischer Massage

Die durch Massage erhöhte Gewebsdurchblutung führt zu verstärkter Lymphflüssigkeitsbildung. Außerdem besteht die Gefahr der Blutgefäßzerreißung mit Blutergussbildung.

  • Keine Massagen oder Massagegeräte am Ödemarm und zugehöriger Schulter anwenden.
  • Massagebehandlung der anderen Schulter sowie von HWS und BWS nur in Kombination mit Lymphdrainagebehandlung des Ödemarmes durchführen.

Vorsicht vor Überwärmung

Eine Überwärmung führt zu gesteigerter Lymphflüssigkeitsbildung.

  • Urlaub in heißen Ländern wegen Hitze und längerer Sonnenbestrahlung mit Sonnenbrandgefahr ungünstig.
  • Sonnenbestrahlung nur erlaubt, wenn Strahlenintensität nicht zu groß, nicht zu heiß und nicht zu lange.
  • Achtung vor Verbrennungen, auch beim Zigarettenrauchen. Besonders bei der Hausarbeit am Ofen, Herd und mit dem Bügeleisen, Handschuhe benutzen. Spülwasser nicht zu heiß.
  • Keine heißen Packungen, Kurzwelle oder Heißluft (Friseurtrockenhaube) auf Ödemarm oder zugehörige Schulter.
  • Anwendungen an der anderen Schulter oder an HWS und BWS nur in Kombination mit Lymphdrainagebehandlung des Ödemarmes.
  • Sauna kann ungünstig sein, daher vorsichtig ausprobieren.

Vorsicht vor Erfrierungen

Starke Unterkühlungen und Erfrierungen führen zu Blutgefäßwandschädigungen, die bei der nachfolgenden Wiedererwärmung mit verstärkter Durchblutung zu gesteigerter Lymphflüssigkeitsbildung führen.

  • Warme Kleidung mit dicken Handschuhen empfehlenswert.

Vorsicht vor Entzündungen

Entzündungen führen zu einer starken Eröhung der Lymphflüssigkeitsbildung, besonders bei bakteriellen Entzündungen.

  • Die Wundrose (Erysipel), eine durch Streptokokkenbakterien hervorgerufene Entzündung, ist die häufigste Komplikation des Lymphödems.
  • Zur Erysipelprophylaxe 2 bis 3mal täglich ein Desinfektionsmittel auf jede Bagatellverletzung des geschädigten Armes über mehrere Tage auftragen.
  • Bei Auftreten eines Erysipels (Schwellungszunahme, Rötung. Schmerzen, Fieber) Penicillinbehandlung, bei Penicillinallergie Erythromycin oder Tetracyclinbehandlung.
  • Desinfektionsmittel und Antibiotikum zu Hause und im Urtaub immer bei sich haben.
  • Pilzerkrankungen des Armes oder der Hand intensiv mit entsprechenden Salben oder Lösungen behandeln.
  • Bei trockener Haut zur Hautpflege leicht saure Salbe verwenden.
  • Allergisierende Kosmetika, Hautmittel und Medikamente meiden.
  • Bei berufsbedingter Allergie Berufswechsel mit Arzt besprechen.
  • Ekzeme konsequent behandeln.

Vorsicht vor einengender Kleidung

Die restlichen Lymphgefäße werden eingeengt, besonders die oberflächlichen an der Haut und so der Lymphabfluss behindert.

  • Keine abschnürenden Ärmel.
  • Bei schwerer Silikon Brustprothese entsteht Zug am BH Träger, der die Lymphgefäße auf der Schulter abklemmt. Daher leichte Brustprothese aus Schaumstoff mit Silikon.
  • Eventuell breites Schiebepolster unter BH Träger oder Spezial BH mit breiten Trägern.
  • Hochrutschen der leichten Brustprothese kann durch eingenähte BH Tasche oder Spezial BH verhindert werden.
  • Eventuell brustverkleinernde Operation an der anderen Seite erwägen.
  • Schulterriemen der Handtasche auf gesunde Seite auflegen
  • Armbanduhr, Armreifen und Ringe müssen locker anliegen.

Vorsicht vor Operationen am Ödemarm und dem zugehörigen Quadranten

Führen zu Zerstörungen von Lymphgefäßen und somit zu verschlechtertem Lymphabfluß, daher nur bei lebensnotwendiger Operation erlaubt.

  • Im Anschluss an eine Operation Lymphdrainagebehandlung intensivieren, eventuell stationäre Lymphdrainagebehandlung in einer lymphologischen Fachklinik.

Vorsicht vor Übergewicht

Fettmassen führen zu einer Komprimierung der Lymphgefäße, so dass der Abfluss etwas behindert wird.

  • „Fett und Lymphe vertragen sich nicht“. Gewichtsabnahme bei Adipositas.
  • Eine besondere Lymphdiät gibt es nicht. Die Kost sollte gemischt sein mit vielen pflanzlichen Anteilen. Kochsalzarme Ernährung ist günstig.
  • Nikotin verschlechtert ein Lymphödem nicht, ist jedoch gesundheitsschädlich. Alkohol kann ein Lymphödem verschlechtern.

Quellenangaben

Autor:
Dr. med. Ulrich Herpertz
Veröffentlicht in:
Dt. Ärzteblatt. 86, Heft 12, 23. März 1989 (41) B 617

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 8:47 überarbeitet.

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Nichts in unserem Körper ist so komplex wie das Nervensystem. Hier einige beeindruckende Vergleiche. Die Gesamtlänge aller Nervenfaser würde ungefähr bis zum Mond und wieder zurück reichen. Die Angaben zur Gesamtmenge aller Nervenzellen schwanken erheblich und reichen von 15 Milliarden bis 100 Milliarden. Einige Experten sprechen sogar von bis zu einer Billionen Nervenzellen.

Überblick Nervensystem

Systeme des Nervensystems

Das menschliche Nervensystem teilt sich in die folgenden drei Systeme auf:

ZNS

Zentrales Nervensystem. Dieses umfasst die Nerven des Gehirns und des Rückenmarks.

PNS

Peripheres Nervensystem. Umfasst die Nerven von Haut, Sinnesorganen und Muskeln.

VNS

Vegetatives Nervensystem. Umfasst zwei Subsysteme, durch die alle Organe innerviert werden.

Untersysteme des Zentralen Nervensystems (ZNS)

Das ZNS besteht aus vielen einzelnen Regionen:

  • Großhirn
  • Zwischenhirn
  • Mittelhirn
  • Kleinhirn
  • Verlängertes Rückenmark (auch Nachhirn genannt)

Um nur einige zu nennen. Und unser Gehirn ist ein Energiefresser. Obwohl nur 2% unserer Körpermasse ausmachend, verschlingt es ca. 20% unseres täglichen Energiebedarfes!

Untersysteme des vegetativen Nervensystems (VNS)

Das vegetative Nervensystem teilt sich wiederum in die folgenden zwei Untersysteme auf:

Sympatikus

Einstellung aller Organe auf Aktion / Flucht des Gesamtkörpers.

  • Herz: Puls steigt
  • Darm: Hemmung

Parasympatikus

Einstellung aller Organe auf Erholung / Regeneration des Gesamtkörpers.

  • Herz: Puls sinkt
  • Magen-Darm: angeregt

Hier ein Beispiel einer Reizverarbeitung unseres Organismus und der daraus folgenden Reaktion am Beispiel einer dampfenden Pizza:

Abb. 1: Schema einer Reizverarbeitung unseres Organismus

Abb. 1: Schema einer Reizverarbeitung unseres Organismus

  1. Eine Person nimmt mit den Sinnesorganen Augen und Nase (sensible Nerven) folgendes wahr: Augen → „Pizza“, Nase → „riecht gut“. Diese beiden Sinneseindrücke werden über somato-sensible Nerven an den zuständigen Bereich des Zentralen Nervensystems (ZNS) gemeldet und dort verarbeitet.
  2. Zur gleichen Zeit melden die Eingeweiderezeptoren -> „Magen leer“. Über viscero-sensible Nerven gelangt diese Meldung zeitgleich an das ZNS und wird dort ebenso verarbeitet.
  3. Als Reaktion auf diese Reize erfolgt vom ZNS aus folgendes:
  4. Über viscero-motorische Nerven gelangt ein Nervenimpuls vom ZNS an Eingeweide, Drüsen und Muskeln: Die Speicheldrüse produziert vermehrt Speichel, der Magen knurrt und bildet vermehrt Magensaft.
  5. Über somato-motorische Nerven gelangt ein Nervenimpuls vom ZNS an die Skelettmuskulatur von Arm, Hand und Mund: Die Hand greift nach der Pizza, der Mund öffnet sich um ein Stück abzubeissen.
  6. Über motorische Nerven gesteuert, wird die Pizza verspeist.

Infoleitung entlang der Nervenzellen

Schema des Ladezustands einer Nervenzelle im Ruhezustand.

  • Die Diffusionskraft an der Zellmembran ist größer als die Kraft der elektrischen Anziehung
    ( Fdiff > Fel. Anz )
  • Da in der Membran einige K+ Poren offen sind, diffundieren einige K+ Ionen nach draussen.
  • Außerhalb der Nervenzelle befinden sich mehr positiv geladene Ionen.
  • Innerhalb der Nervenzelle befinden sich mehr negativ geladene Ionen.
  • Dadurch entsteht ein Ladungsunterschied von -70 mV.

 

Abb. 2: Schema des Ladezustands einer Nervenzelle im Ruhezustand.

Reizarten

Ein Reiz ist ein Signal aus der Umwelt, welcher eine Reaktion auslöst. Es gibt verschiedene Reizarten.

Reizart Beispiel
Mechanisch Druck, Vibration.
Thermisch Wärme, Kälte.
Chemisch Geruch, Geschmack, Überträgerstoffe an Synapsen, Hormone, O2, CO2, ph-Wert.
Akustisch Lauter Knall (z. B. Überschallknall).
Optisch z. B. Fotos oder Dias von Reisen etc.
Elektrisch Stromschlag, statisch aufgeladene Gegenstände.
Noxe – Gewebezerstörend (Schmerz) Verbrennungen, Schürfwunden, etc.

Rezeptorarten

Reize werden von den Rezeptoren aufgenommen und in einen elektrischen Impuls ( = Erregung) umgewandelt.

Rezeptorart Reizart
Mechanorezeptoren Taktil (Druck, Zug, Vibrationen), Akustisch, Gleichgewicht
Thermorezeptoren Kälte, Wärme
Chemorezeptoren Säure, Laugen, etc.
Photorezeptoren Licht
Nocizeptoren Schmerz

Rezeptorpotenzial

Durch einen Reiz werden Na+ Poren in der Membran geöffnet. Na+ strömt ein → Depolarisation (= Erregung) evtl. Umpolarisation (Abb.3).

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Rezeptorpotentials.

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Rezeptorpotentials.

Das Rezeptorpotential bildet den Reiz ab: je stärker und länger der Reiz, desto größer und länger die Depolarisation.

Weiterleitung der Erregung vom Reizort zum ZNS

Abb. 4: Erregungsweiterleitung in einer Nervenzelle.

Abb. 4: Erregungsweiterleitung in einer Nervenzelle.

  • Potentialabhängige NA+ Kanäle sind zu, solange das Membranpotential in ihrer Nähe unter -50mV liegt (z.B. -70 mV).
  • Sobald das Membranpotential durch Depolarisation über -50 mV (d.h. über der Schwelle) liegt, gehen die potentialabhängigen NA+ Kanäle auf
  • NA+ strömt ein -> Depolarisation + Umpolarisation auf bis zu +40 mV.
  • Auf den NA+ Einstrom folgt mit kurzer zeitlicher Verzögerung ein K+ Ausstrom → Repolarisation.
Abb. 5: Ablauf eines Aktionspotential im Detail.

Abb. 5: Ablauf eines Aktionspotential im Detail.

  • Es entstehen immer wieder neue Aktionspotentiale solange der überschwellige Reiz anhält (Siehe Abb. 4 Punkt 1).
  • Je stärker der Reiz, desto häufiger entstehen Aktionspotentiale (= desto höher die Aktionspotential-Frequenz, siehe Abb. 6).
Abb. 6: Zusammenhang von Reizstärke zu Membranpotential.

Abb. 6: Zusammenhang von Reizstärke zu Membranpotential.

  • In der Art einer Kettenreaktion löst die Erregung (Siehe Abb. 4 Punkt 1) ein Aktionspotential am nächsten Na+ – Kanal aus (Siehe Abb. 4 Punkt 2) usw. aus. Der Reiz wird immer weiter geleitet.
  • Die Weiterleitung erfolgt gerichtet, weil die Nervenzell-Membran direkt nach dem Aktionspotential nicht erregbar (= refraktär) ist (Pumpe muss erst etwas Ordnung schaffen).

Erregungsweiterleitung

Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an marklosen Nervenfasern.

Abb. 7a: marklose Nervenfaser

Abb. 7a: marklose Nervenfaser

Langsame Leitung 0,5 m – 2 m /sec. (z.B. dumpfer Schmerz, motorische Infos aus den Eingeweiden).

Abb. 7b: Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an einer marklosen Nervenfaser.

Abb. 7b: Kontinuierliche Weiterleitung der Erregung an einer marklosen Nervenfaser.

Saltatorische (= sprungartige) Weiterleitung der Erregung an markhaltigen Nervenfasern.

Abb. 8a: markhaltige Nervenfaser

Abb. 8a: markhaltige Nervenfaser

Schnelle Leitung 20 m – 120 m/sec. (z.B. Tastsinn, motorische Infos aus der Skelettmuskulatur).

Abb. 8b: Saltatorische Weiterleitung der Erregung an einer markhaltigen Nervenfaser.

Abb. 8b: Saltatorische Weiterleitung der Erregung an einer markhaltigen Nervenfaser.

Synapse

Definition

Die Synapse ist eine Kontaktstelle zwischen Nervenzelle → Nervenzelle, Nervenzelle → Muskelzelle und Nervenzelle → Drüsenzelle.

Übertragung der Erregung über eine Synapse

  • AP kommt am Endkopf des Neuriten der NZ1 an (= Präsynapse).
  • Ca++ strömt durch jetzt geöffnete Kanäle in die Präsynapse ein.
  • Vesikelausschüttung (=Exocytose) = Freisetzung der Überträgerstoffe (Transmitter) angeregt durch Ca++.
  • Diffusion der TM (=Transmitter) durch den synaptischen Spalt zur Postsynapse.
  • Reaktion der Transmitter mit den Rezeptorproteinen der Postsnapse ( Schlüssel /Schlossprinzip).
  • Öffnen von Na+ Kanälen in der Membran der Postssynapse.
  • Rezeptorpotential → Aktionspotential.

Ende der Erregung

  • Transmitter spalten das Enzym (z.B. Acetylcholinesterase)
  • Die Bruchstücke (z.B. Acetyl + Cholin) werden wieder in die Präsynapse aufgenommen.

Neurotransmitter

Acetylcholin (Ach)

  • Motoneuron → Skelettmuskelzelle
  • Sensibles Neuron → Motoneuron und Interneuron
  • Parasympathisches N. → Organ (Herzmuskelzellen werden gehemmt, Darmmuskelzellen werden erregt).

Noradrenalin (NA)

Sympathisches Neuron → Organ (Herzmuskelzellen werden erregt, Darmmuskelzellen werden gehemmt).

Gamma-Aminobuttersäure (GaBa)

Hemmende Interneuronen des Rückenmarks → alpha-Motoneuron

Glycin

Interneuron → alpha-Motoneuron (Gehirn), hemmend

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 21:19 überarbeitet.

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