Physiologie 1

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Physiologie 1

MEDI-LEARN Skriptenreihe 2013/14Claas WesselerPhysiologie 1Allgemeine Physiologie, Wasserhaushalt,NiereProbekapitelIn 30 Tagen durchs schriftliche und mündliche Physikum


Inhalt1 Allgemeine Physiologie 11.1 Stoffmenge ........................................... 11.2 Stoffmasse............................................. 11.3 Konzentration......................................... 11.3.1 Stoffmenge versus Konzentration.......... 21.4 Osmolarität............................................. 21.4.1 Isoton..................................................... 31.4.2 Hypoton.................................................. 31.4.3 Hyperton................................................ 31.5 Osmolalität............................................. 31.6 ElektrochemischerKonzentrationsgradient .......................... 31.7 Transportprozesse.................................. 41.7.1 Passive Transporte.................................. 41.7.2 Aktive Transporte.................................... 61.7.3 Elektrogener und elektroneutralerTransport................................................ 81.8 Ionen und ihre Konzentrationen............. 91.8.1 Natrium.................................................. 91.8.2 Kalium.................................................. 101.8.3 Calcium................................................ 111.9 Gleichgewichtspotenzial undNernstgleichung................................... 121.9.1 Nernstgleichung................................... 131.10 Ruhemembranpotenzial....................... 152 Wasserhaushalt 192.1 Störungen des Wasserhaushalts –Dehydratationen/Hyperhydratationen... 202.1.1 Hypotone Dehydratation...................... 202.1.2 Hypotone Hyperhydratation................. 212.1.3 Hypertone Hyperhydratation................ 212.1.4 Isotone Dehydratation.......................... 212.1.5 Infusionen von Glucose........................ 222.2 Filtrationsdruck..................................... 222.3 Ödeme – Störungen desFiltrationsdrucks................................... 223 Niere 273.1 Funktionen der Niere............................ 273.2 Autoregulation der Durchblutung......... 273.3 Clearance............................................. 283.3.1 Kreatininclearance................................ 313.3.2 Clearancequotient ............................... 313.4 Glomeruläre Filtrationsrate – GFR ....... 323.5 Renaler Plasmafluss – RPF.................. 333.6 Renaler Blutfluss – RBF....................... 343.7 Filtrationsfraktion – FF.......................... 343.7.1 Fraktionelle Ausscheidung.................... 353.8 Verschiedene Stoffe und ihr Verhaltenin der Niere........................................... 383.8.1 Prinzipien der Rückresorption............... 383.8.2 Rückresorption von Natrium, Kalium,Calcium und anderer Elektrolyte.......... 383.8.3 Rolle der Niere im Säure-Basen-Haushalt............................................... 423.8.4 Rückresorption weiterer wichtigerSubstanzen........................................... 453.9 Harnkonzentrierung – Diurese/Antidiurese........................................... 483.10 Die Niere als Wirkungs- undProduktionsort von Hormonen............. 483.10.1 Aldosteron............................................ 493.10.2 Renin-Angiotensin- Aldosteron-System.493.10.3 Antidiuretisches Hormon (ADH)/Adiuretin/ Vasopressin – drei Namen,ein Hormon.......................................... 513.10.4 Atriopeptin/atrialer natriuretischer Faktor(ANF) – das Hormon, das von Herzenkommt.................................................. 533.10.5 Calcitonin und Parathormon ................ 533.10.6 Erythropoetin....................................... 543.10.7 Calcitriol (1,25-Dihydroxycholecalciferol)......................................55


1.1 Stoffmenge1 Allgemeine PhysiologieFragen in den letzten 10 Examen: 19Um eine Sprache fließend zu beherrschen,muss man ihre Worte verstehen und korrektbenutzen können. Da in der Medizin – und damitauch in der Physiologie – eine eigene (Geheim-)Sprache benutzt wird, beginnt diesesKapitel mit einer kurzen Zusammenfassungder physiologischen Begriffe, die du kennensolltest, um in der mündlichen Prüfung lockermitreden zu können und auch den schriftlichenTeil des Examens gut zu bestehen. Zusätzlichkannst du damit vielleicht auch noch den einenoder anderen Punkt in Physik oder Chemieeinstreichen.1.1 StoffmengeEin Mol ist die Bezeichnung für eine bestimmteZahl (Menge) an Teilchen, von der du mindestensdie Dimension (= 10 23 , eine Zahl mit23 Nullen!) kennen solltest. Als Mengenangabeist das Mol mit dem Dutzend vergleichbar– nur ist man beim Dutzend schneller mit demZählen fertig als bei 602,2 Trilliarden Teilchen.Merke!Die Einheit der Stoffmenge ist das Mol.Ein Mol sind 6,022 ∙ 10 23 Teilchen.1.2 StoffmasseDie Stoffmasse ist das Gewicht eines Stoffesmit der Grundeinheit Gramm. Das ‒ mit 1 000multipliziert ‒ ist die Einheit, die dich morgensals Kilogramm auf der Waage „erschreckt“(oder erfreut).1.3 KonzentrationDie Einheit Konzentration besteht aus zweiTeilen:––der Stoffmenge und––dem Volumen.Wichtig: Der Begriff „Konzen tration“ beziehtsich immer auf die Stoffmenge in einem bestimmtenVolumen.Im Examen wird die Konzentration daher entwederals––Mol pro Liter [mol/l] oder––Gramm pro Liter [g/l] angegeben.Merke!Konzentration = Stoffmenge pro VolumenWeder die Konzentration noch das Volumenoder die Stoffmenge werden im Examen immerin den Grundeinheiten angeben. Mit diesenUmrechungsfaktoren kannst du sie aber– wenn nötig – in die Grundeinheiten zurückverwandeln.Volumen:––Deziliter (dl) = 10 −1 = 0,1 Liter––Milliliter (ml) = 10 −3 = 0,001 Liter––Mikroliter (µl) = 10 −6 Liter––Nanoliter (nl) = 10 −9 Liter––Pikoliter (pl) = 10 −12 Liter––Femtoliter (fl) = 10 −15 LiterMasse:––Kilogramm (kg) = 1 000 g = 10 3 Gramm––Milligramm (mg) = 0,001 g = 10 −3 Gramm––Mikrogramm (µg) = 10 −6 Gramm1www.medi-learn.de 1


1 Allgemeine Physiologie1BeispielEs herrscht eine Konzentration für Natriumvon 0,00002 g/µl (entspricht = 2 ∙ 10 -5g/µl). Wie würde man dieses jetzt in derGrundeinheit g/l schreiben?Der Hochrechnungsfaktor von Mikroliterauf Liter ist, wie oben zu sehen, 10 6 . Nunmusst du also die 0,00002 g/µl mit 10 6 multiplizierenund erhältst 20 g/l als Konzentrationfür Natrium in dieser Lösung.(2 ∙ 10 -5 g/µl) ∙ 10 6 = 2 ∙ 10 1 g/l = 20 g/l )1.3.1 Stoffmenge versus KonzentrationZwischen diesen beiden Begriffen besteht einkleiner, aber wichtiger Unterschied, auf denviele Fragen im schriftlichen Examen abzielen:––Die Stoffmenge ist eine bestimmte Anzahlvon Teilchen mit der Einheit Mol.––Die Konzentration ist eine bestimmte Stoffmengepro Volumen. Mögliche Einheitensind: Mol/ml, g/l, mmol/l, g/ml etc.Konzentration und Stoffmenge können sichunabhängig voneinander ändern. Daher solltestdu immer genau darauf achten, wonachgefragt wird.1 Liter 2 LiterDie Stoffmenge bleibt gleich,die Konzentration halbiert sich.Abb. 1: Gleiche Stoffmenge in unterschiedlichen Volumina→ unterschiedliche Konzentrationenmedi-learn.de/physio1-1Abb. 2: Gleiche Konzentration heißt NICHT immerauch gleiche Stoffmengemedi-learn.de/physio1-2Die Konzentration bleibt in Abb. 2 gleich, dieStoffmenge aber verdoppelt sich. Wenn dudir die beiden Konzentrationen anschaust,kommst du links auf 5 g/l, rechts auf 10 g/2l.Letzteres entspricht (durch zwei geteilt) genau5 g/l. Die Konzentration bleibt dadurch gleich,dass sich die Stoffmenge UND das Volumenverdoppelt haben: Das Verhältnis der beidenist unverändert.1.4 Osmolarität1 Liter 2 LiterDie Konzentration bleibt gleich,die Stoffmenge verdoppelt sich.Beispiel––Verringert sich das Volumen bei gleichbleibenderStoffmenge, ist das eineKonzentrierung.––Vergrößert sich das Volumen, in demdie Teilchen (Stoffmenge) gelöst sind,spricht man von Verdünnung (s. Abb. 1).Die Osmolarität beschreibt die Konzentrationder osmotisch wirksamen Teilchen in Mol proLiter Lösung. Die Einheit ist [osmol/l].Im Blutplasma tummeln sich unter normalenBedingungen circa 300 mosmol osmotischwirksame Teilchen pro Liter (= 0,3 osmol/l).0,3 osmol/l oder 300 mosmol/l entsprechengenau der Osmolarität einer 0,9 %igen NaCl-Lösung (Kochsalzlösung).2


1.4.1 IsotonÜbrigens …Das ist auch der Grund dafür, warumdiese Kochsalzlösung im Krankenhausfür viele Dinge benutzt wird – seies zum Auflösen von Medikamentenoder um einen Venenkatheter durchzuspülen.Die 0,9 %ige Kochsalzlösung hat die gleicheOsmolarität wie das normale Blutplasma undführt deshalb zu keiner Flüssigkeitsverschiebungzwischen Extra- und Intrazellulärraum.Solche Lösungen bezeichnet man als isoton.Die nun folgenden Begriffe beziehen sichIMMER auf den Extrazellulärraum!1.4.1 IsotonIn einer isotonen Flüssigkeit schwimmen genausoviele osmotisch wirksame Teilchen herum,wie im normalen Blutplasma, also ziemlichgenau 300 mosmol/l. Dieser Wert sollteimmer konstant gehalten werden, weil essonst zu Flüssigkeitsverschiebungen zwischenden einzelnen Körperkompartimentenkommen würde.1.4.2 HypotonHypoton bedeutet, dass eine niedrigere Osmolaritätals im normalen Blutplasma herrscht(< 300 mosmol/l). Da Wasser zum Ort der höherenKonzentration strömt und in den Zellennoch die normale und damit höhere Konzentrationherrscht, führt hypotones Blutplasmazur Zellschwellung: Das Wasser strömt in dieZellen ein und kann sie dadurch sogar zumPlatzen bringen. So etwas könnte z. B. durchzu viele hypotone Infusionen passieren.1.4.3 HypertonHyperton bedeutet, dass eine höhere Osmolaritätals im normalen Blutplasma herrscht (> 300mosmol/l). Dies führt zur Zellschrumpfung, dain diesem Fall Zellwasser ausströmt, um dieKonzentration an osmotisch wirksamen Teilchenim Extrazellulärraum zu verdünnen (z. B.beim Trinken von Meerwasser oder im Rahmeneiner Exsikkose).Wieso bewegen sich beim Konzentrationsausgleicheigentlichnur das Wasser und nicht auchdie Elektrolyte (gelöste Teilchen)über die Zellmembran?Das liegt daran, dass die Zellmembransemipermeabel (halb durchlässig)ist und diese Teilchen nicht durchlässt, sonderneben nur das Wasser.Merke!Ein hypertoner Blutdruck ist ein zu hoher Blutdruck.In einem hypertonen Plasma herrschtauch ein zu hoher Druck, aber eben ein zu hoherosmotischer Druck = zu viele Teilchen im Plasma.1.5 OsmolalitätDie Osmolalität beschreibt die Konzentrationosmotisch wirksamer Teilchen pro KilogrammLösungsmittel. Ihre Einheit ist daher [osmol/kgH 2 O]. Der Unterschied zwischen Osmolaritätund Osmolalität im Körper ist sehr gering, dabei uns Wasser das Lösungsmittel ist und 1 LiterWasser ziemlich genau 1 Kilogramm wiegt.1.6 ElektrochemischerKonzentrationsgradientDie Verteilung geladener Teilchen (Ionen) wirdnicht nur durch Konzentrationsunterschiedebeeinflusst, sondern auch durch die Ladungen:Entgegengesetzt geladene Ionen ziehensich an, gleich geladene stoßen sich ab. DiesesPhänomen beschreibt der elektrochemischeKonzentrationsgradient. Er ist die resultierendeKraft, die entsteht, wenn elektrischeund chemische Kräfte an einem Ion zerren. Dabeikönnen die elektrischen und chemischenKräfte ein Ion in dieselbe Richtung ziehen (z. B.in die Zelle hinein oder aus der Zelle hinaus)1www.medi-learn.de 3


1 Allgemeine Physiologie1oder in unterschiedliche Richtungen. Solltendie Kräfte einander entgegengerichtet sein, istdie resultierende Richtung der Kraft (elektrochemischerKonzentrationsgradient) die derstärkeren Kraft. Beispiel: Ein negativ geladenesIon wird vom negativ geladenen Zellinnerenabgestoßen. Gleichzeitig sind aber dieIonen seiner Sorte außerhalb der Zelle höherkonzentriert und drücken es in die Zelle hinein.Ist also die elektrische Kraft stärker, wandertdieses Ion aus der Zelle hinaus, bei Überwiegender chemischen Kraft wandert es in dieZelle hinein. Die Energie und die Kraft deselektrochemischen Konzentrationsgradientensind der Antrieb für viele Zellprozesse, z. B. fürTransportprozesse und Signalübertragungen.1.7.1 Passive TransporteEin passiver Transport erfolgt immer entlangdes elektrochemischen Konzentrationsgradienten(also immer entlang des Energiegefälles).Beispiele sind die Diffusion, die Osmoseund der Natriumtransport durch einen Natriumkanalin die Zelle.Abb. 3: Passiver Transport entlang des Konzentrationsgradientenmedi-learn.de/physio1-3DiffusionKonzentrationsgradientIst die Kraft des elektrochemischen Konzentrationsgradientengleich null, bedeutet dies,dass sich die elektrischen und chemischenKräfte neutralisieren: Sie sind gleich großund einander entgegengerichtet. In diesemFall stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein, dasman als Gleichgewichtspotenzial bezeichnetund mit der Nernstgleichung berechnen kann(s. Kapitel 1.9, S. 12).1.7 TransportprozesseBei den Transportprozessen unterscheidetman die aktiven und die passiven Transporte.Diese Einteilung richtet sich danach, ob dastransportierte Teilchen entgegen (aktiv) oderentlang (passiv) seines elektrochemischenKonzentrationsgradienten bewegt wird.Des Weiteren unterscheidet man den elektroneutralenvom elektrogen Transport. Hierkommt es darauf an, ob eine Ladungsverzerrungstattfindet oder nicht (s. Kapitel 1.7.3, S. 8).Merke!Alle Transporte sind temperaturabhängig: Amabsoluten Nullpunkt bewegt sich gar nichts undje heißer es wird, desto mehr geht’s ab.Die einfachste passive Transportform durcheine Membran ist die Diffusion. Diffusion bedeutet,dass sich frei bewegliche Stoffe aufGrund von zufälligen thermischen Bewegungenverteilen und so Konzentrationsunterschiede(Konzentrationsgradienten) ausgleichen.Die Geschwindigkeit dieser Verteilunghängt vom Konzentrationsunterschied (Δc),der Fläche (A) und der Permeabilität (P) derMembran ab, durch die der Austausch stattfindet.J entspricht der transportierten Substanzmengepro Zeit [mol/s] und ist damit eineGeschwindigkeitsangabe:J in [mol/s] = P ∙ Δc ∙ ADasselbe sagt auch das Fick-Diffusionsgesetz:∆Q = D ∙ A ∙∆t∆Q = D ∙ A ∙∆tc1 − c2dc1 − c2= Netto-Diffusionrate in mol/sdD = Fick-Diffusionskoeffizient4


1.7.1 Passive Transported = DiffusionstreckeA = Membranflächec 1– c 2= Konzentrationsunterschied ΔcDie zweite Formel sieht deshalb anders aus, dasich Herr Fick die Mühe gemacht hat, die PermeabilitätP (in der oberen Formel)als D/d aufzulösen und Δcals (c 1– c 2) zu schreiben. ΔQ/Δtbedeutet Mengenänderung proZeitänderung.Merke!OsmoseBei der Osmose sind die Stoffe/Teilchen imGegensatz zur Diffusion NICHT frei beweglich,weil eine semipermeable Membran diesverhindert. Um die Konzentrationsunterschiedetrotzdem auszugleichen, muss sich hier dasLösungsmittel bewegen. Die Flüssigkeit strömtdabei zum Ort der höheren Konzentration undführt in diesem Kompartiment zur Erhöhung deshydrostatischen Drucks (s. Abb. 4).1Stoffe, die frei beweglich sind, verteilen sich aufgrundzufälliger thermischer Bewegungen undgleichen damit Konzentrationsunterschiede aus.cm H2OErleichterte DiffusionH 2 ODie normale Zellmembran ist für geladeneStoffe/Teilchen schwer durchgängig. Um diesenTeilchen trotzdem den Durchtritt durch eineMembran zu ermöglichen, gibt es Kanalproteine(Carrier). Da auch dieser Transport durch dieMembran entlang des elektrochemischen Konzentrationsgradientenstattfindet, ist auch dieerleichterte Diffusion ein passiver Transport. ImGegensatz zur normalen Diffusion, die hauptsächlichvom Konzentrationsunterschied Δc abhängt,ist die Geschwindigkeit der erleichtertenDiffusion jedoch stark abhängig von der Anzahlder Transportkanäle, der Membran (Fläche undDicke) und dem Konzentrationsunterschied. Daherkann sie – wenn die Transporter überlastetsind – eine Sättigungscharakteristik zeigen, wasbei der einfachen Diffusion nicht der Fall ist.Merke!Der Glucosetransport in die Hepato- und Adipozytenerfolgt durch erleichterte Diffusion.Abb. 4: Osmose – nur das Wasser kann durch dieMembran fließen medi-learn.de/physio1-4Der hydrostatische Druck gibt die Höhe derWassersäule an und wird deshalb in der Einheit[cm H 2 O] angegeben.Merke!––Die einfache Diffusion zeigt KEINE Sättigungscharakteristik.––Die erleichterte Diffusion kann gesättigt werden(wenn alle Carrier besetzt sind).––Osmose und Diffusion sind temperaturabhängigund führen zu einem dynamischen Gleichgewicht.––Die Membran hat entscheidenden Anteil anden Transportprozessen, z. B. durch ihrenReflexionskoeffizienten, ihre Fläche und ihrePermeabilität.Der Reflexionskoeffizient σ (Sigma) gibt an, wiestark ein bestimmtes Teilchen an der Grenzfläche/Membranabgestoßen wird. Er kann Wertezwischen 1 (Membran ist undurchlässig) undwww.medi-learn.de 5


1 Allgemeine Physiologie10 (Membran ist völlig durchlässig) annehmen.Eine semipermeable Membran hat den Reflexionskoeffizientenσ = 1, da sie nur das Lösungsmittel,nicht aber die darin gelösten Teilchenpassieren lässt.Im schriftlichen Examen wurde schon nach derrealen osmotischen DruckdifferenzΔπ gefragt und welcheGrößen dort mit hineinspielen:Die reale osmotische DruckdifferenzΔπ nach van´t Hoff undStaverman ist definiert alsΔπ = σ ∙ R ∙ T ∙ ΔC osmPrüfungsrelevante Beispiele primär-aktiverTransporter sind:––Na + -K + -ATPase,––H + -ATPasen (in Mitochondrien),––Ca 2+ -ATPase (im sarkoplasmatischen Retikulum)und––H + /K + -ATPase (in den Belegzellen des Magens).KonzentrationsgradientR = allgemeine GaskonstanteT = absolute TemperaturΔCosm = transepithelialer/transendothelialerrealer Osmolaritätsunterschiedσ = Reflexionskoeffizient an der Membran1.7.2 Aktive TransporteDas Wort aktiv deutet schon an, dass bei dieserTransportform Energie verbraucht wird.Diese Energie dient dazu, einen Konzentrationsgradientenaktiv zu überwinden und z. B.Natrium aus der Zelle zu schaffen. Man kannsich das so vorstellen: Es braucht mehr Energie,einen Stein aktiv die Treppe hochzutragen,als ihn passiv hinunterplumpsen zu lassen(s. Abb. 5).Primär-aktiver TransportUm den elektrochemischen Konzentrationsgradientenzu überwinden, muss der Körperaktiv werden und Energie aufwenden.Stammt diese Energie direkt aus ATP, so nenntman den Transport primär-aktiv. Das „primär“bezieht sich auf die direkt am Transporter stattfindendeATP-Hydrolyse.Das ultimative Beispiel für einen primär-aktivenTransport ist die Na + -K + -ATPase (s. Abb. 6).Daneben gibt es jedoch auch Ca 2+ - und H + -Pumpen,die ebenfalls direkt ATP verbrauchen, umihre Teilchen über die Membran zu schaffen.Abb. 5: Ein aktiver Transport erfordert Energiemedi-learn.de/physio1-5Na + /K + -ATPaseDie Na + /K + -ATPase ist DAS Beispiel für einenprimär-aktiven Transport und deshalb auch derLiebling im schriftlichen Examen.In einem Pumpzyklus schafft dieser Transporterdrei Natriumionen aus der Zelle hinaus undnimmt dafür zwei Kaliumionen in die Zelle auf.Damit ist die Na + /K + -ATPase ein elektrogenerTransporter (s. Kapitel 1.7.3, S. 8). Außerdemist sie der größte ATP-Verbraucher immenschlichen Körper. Wird die ATP-Produktioneiner Zelle gestört, kommt es auf Grund dereingeschränkten Funktion der Na + /K + -ATPasezu einem Anstieg der intrazellulären Natriumkonzentrationund zur Zellschwellung. Ist genügendATP vorhanden und die Natriumkonzentrationin der Zelle erhöht sich aus einemanderen Grund, so pumpt die Na + /K + -ATPaseeinfach schneller und kann wieder ein Gleichgewichtherstellen.Die intrazelluläre Natriumkonzentration ist derRegelwert für die Geschwindigkeit der Na + /K + -ATPase: Ist die Na + -Konzentration hoch, pumpt6


1.7.2 Aktive Transportesie schneller, ist die Konzentration niedrig,pumpt sie langsamer.Wie jeder andere Transporter (und jede andereTransportform) ist auch die Na + /K + -ATPasetemperaturabhängig.In der Niere ist die Na + /K + -ATPase basolateralgelegen und baut dort den sehr wichtigen Natriumgradientenauf, der Antrieb für den Großteilder sekundär-aktiven Transportmechanismenim Tubulussystem ist.––ist temperaturabhängig,––wird durch g-Strophantin (Ouabain) gehemmtund––ist in der Niere basolateral gelegen.Nach Blockade der ATP-Produktion einer Zellesteigt die intrazelluläre Na + -Konzentration unddie Zelle schwillt an.1MembranaußeninnenATP2 K + 3 Na +ADPAbb. 6: Natrium-Kalium-ATPasemedi-learn.de/physio1-6Übrigens …Die Na + /K + -ATPase ist durch g-Strophantin(Ouabain) spezifisch hemmbar,was die Medizin in Form der Herzglykosidenutzt.Merke!Die Na + /K + -ATPase––ist primär aktiv,––pumpt 2 K + in die Zelle hinein und 3 Na + aus derZelle pro Pumpzyklus heraus (elektrogen!),––pumpt vermehrt bei erhöhter intrazellulärerNa + -Konzentration,Sekundär aktiver TransportAnders als beim primär-aktiven Transport, beidem die Energie direkt aus der ATP-Hydrolysestammt, ist beim sekundär-aktiven Transportmeist ein hoher Natriumgradient die Triebkraft.Die Na + /K + -ATPase baut in diesem Fallzunächst primär aktiv einen hohen Natriumgradientenauf, woraufhin die Natriumteilchenwieder in die Zelle zurückdrängen und dafüran den Transportern der Membran eine ArtZollgebühr entrichten müssen. Diese Zollgebührbesteht darin, dass sie ein Teilchen mitnehmen(Symport) oder ausschleusen (Antiport),wenn sie die Membran passieren.Du solltest dir unbedingt merken,dass sich das Natriumionbeim sekundär-aktiven Transportpassiv bewegt, weil es entlangseines Konzentrationsgradiententransportiert wird. Dasim Symport oder Antiport bewegte Teilchenwird dagegen sekundär-aktiv transportiert,da dieser Transport entgegen dessen Konzentrationsgradientenstattfindet.Da der sekundär-aktive Transport ein aktiverTransport ist, kann er entgegen des elektrochemischenGradienten erfolgen.Merke!Die sekundär-aktiven Transporter sind für Substanzen/Substanzgruppenspezifisch, temperaturabhängigund sättigbar.www.medi-learn.de 7


1 Allgemeine Physiologie1Beispiele sekundär-aktiver Transporter:––Na + /Ca 2+ -Gegentransport (Antiport),der im distalen Tubulus an der Ca 2+ -Resorption beteiligt ist.––Glucosecarrier an den Nierentubuluszellen(luminal) sowie an den Dünndarmepithelzellen (luminal)––Aminosäurecarrier im NierentubulusTertiärer TransportDer primär-aktive Transport verbraucht direktATP, der sekundär-aktive die aufgebaute Energiedes primären Transportes. Der tertiär-aktiveTransport wiederum nutzt einen Energiegradienten,der durch einen sekundär-aktivenTransport aufgebaut wurde.BeispielDie Rückresorption von Dipeptiden erfolgtim Nierentubulus im Symport mit H + -Ionen.Durch die basolaterale Na + /K + -ATPasewird mit einem primären Transportvorgangein Natriumgradient aufgebaut, dender sekundär aktive Na + /H + -Antiporter luminalnutzt um H + -Ionen in den Tubulus zusezernieren. Wenn die H + -Ionen nun wiederihrem Gradienten folgend in die Zellewollen, geschieht dies im Symport mitDipeptiden und damit tertiär-aktiv.Ein kleiner Tipp für die mündliche Prüfung: DieAntwort auf die Frage „ob es auch einen passivenTransport entgegen des chemischen Konzentrationsgradientengeben kann“, lautet: JA.Grund: Es gibt zwar keinen passiven Transportentgegen des elektrochemischen Konzentrationsgradienten,aber entgegender chemischen Kraft ist dasschon möglich, vorausgesetzt,die elektrische Kraft ist größerund der chemischen entgegengesetzt.Entgegen des elektrischen Gradienten ist dasnatürlich auch möglich. Dann muss eben diechemische Kraft überwiegen.1.7.3 Elektrogener undelektroneutraler TransportIn den Examen der letzten Jahre wurde häufignach den Ladungsverschiebungen bei Transportendurch Membranen gefragt. Bewegensich nämlich Ionen (geladene Teilchen) durcheine Membran, nehmen sie ihre Ladungenmit:––Ist der Ladungstransport ausgeglichen,spricht man von elektroneutralem Transport,––tritt eine Ladungsverzerrung auf, ist es einelektrogener Transport.Elektroneutraler = ausgeglichenerLadungstransportTauschen sich im Antiport zwei positive Ladungengegeneinander aus, so führt dies zukeiner Ladungsveränderung. Genauso verhältes sich, wenn beim Symport ein negativesTeilchen zusammen mit einem positivenbewegt wird.Beispiele für elektroneutralen Transport:––Na + -H + -Antiport im proximalen Tubulus(zwei positive Ladungen tauschen sichaus, Bilanz = 0)––Na + -Cl − -(thiazid-sensitiver) Symport imdistalen Nierentubulus (eine positiveund eine negative Ladung werden zusammentransportiert, Bilanz = 0)––Cl − -HCO − 3 -Antiport der Erythrozyten(zwei negative Ladungen tauschen sichaus, Bilanz = 0)––H + /K + -ATPase der Belegzellen (zwei positiveLadungen tauschen sich aus, Bilanz= 0)8


1.8 Ionen und ihre KonzentrationenElektrogener = ungleicher LadungstransportNach einem elektrogenen Transportvorgangsind die Ladungen über der Membran andersverteilt. Grund dafür ist zum Beispiel, dass einungeladenes Teilchen zusammen mit einem geladenenüber die Membran transportiert wird.Beispiele für elektrogenen Transport:––Na + /K + -ATPase (zwei positive Ladungenin die Zelle, drei positive hinaus, Bilanz= −1)––Na + -Glucose-Symport (eine positiveLadung und ein ungeladenes Teilchenkommen in die Zelle, Bilanz = +1)––Na + -Transport durch den Na + -Kanal(eine positive Ladung in die Zelle, Bilanz= +1)1.8 Ionen und ihre KonzentrationenIonen sind kleine geladene Teilchen (Elektrolyte),die vielfältige Aufgaben im Körper haben.Der erste Teil dieses Kapitels beschäftigt sichmit ihren unterschiedlichen Konzentrationenim Blutplasma und im Intrazellulärraum, Teilzwei geht auf ausgewählte Ionen ein und enthältprüfungsrelevante Details.Auch wenn du nicht gerneauswendig lernst, solltest dubei dieser Tabelle über deinenSchatten springen und dir wenigstensdie unterlegten Wertemerken. Die in Tab. 1 angegeben Werte stammenaus bisherigen Physika. Da sich – je nachMessmethode – unterschiedliche Werte ergeben,wirst du in jedem Buch etwas andereWerte finden. Deswegen hat z. B. auch jedesKrankenhaus und größeres Labor seine eigenenNormalwerte (Referenzbereiche).1.8.1 NatriumDas Natrium ist zusammen mit dem Chlorid(Konzentration extrazellulär = ca. 105 mmol/l)die wichtigste osmotische Komponente derextrazellulären Flüssigkeit. Die extrazelluläreKonzentration wird über die Natriumaufnahmeund -ausscheidung im Zusammenspiel mitmehreren Hormonsystemen (z. B. Aldosteronund ANF – s. Kapitel 3.10.1, S. 49 und Kapitel3.10.4, S. 53) zwischen 140–145 mmol/lrelativ konstant gehalten. Jedoch ist die extrazelluläreNatriumkonzentration klinisch nichtganz so entscheidend, wie die Kaliumkonzentration.Intrazellulär beträgt die Natriumkonzentrationnur 14 mmol/l, wodurch ein kraftvollerKonzentrationsgradient entsteht, der fürErregungsprozesse und zum Antrieb fast allersekundär-aktiven Transporte genutzt wird.Natrium wird über den Darm aufgenommenund hauptsächlich über die Nieren ausgeschieden(kurz: intestinale Resorption, renaleElimination).1Na + (mmol/l) K + (mmol/l) Ca 2+ (mmol/l) HCO 3 − (mmol/l) Cl − (mmol/l)Blutplasma 140–145 4–525 105Zelle 14 150 10 −4 10 51,25 in freierionisierterForm/2,5 GesamtcalciumextrazellulärKonzentrationsverhältnisaußen/innen10:1 1:30 1:10 −4 2,5:1 20:1Tab. 1: Ionenverteilung inner- und außerhalb einer Zellewww.medi-learn.de 9

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