Physiologie kompakt für Dummies E-Book

Donna Rae Siegfried

• Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
• Kategorie: Fachliteratur
• Serie: ...für Dummies
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2022

Seitenzahl: 439

Beschreibung

Sie suchen einen kompakten und leicht verständlichen Einstieg in die Physiologie des Menschen? Das trifft sich gut, denn dann haben wir hier genau das richtige Buch für Sie! Donna Rae Siegfried erklärt Ihnen alles Wichtige zur Funktionsweise des menschlichen Körpers. Sie erfahren, wie Bewegung, Atmung und Verdauung ablaufen, wie Nerven-, Kreislauf-, Lymph-, Exkretions-, Reproduktionssystem und Co. funktionieren und wie die verschiedenen Organe und Gewebe zusammenspielen. So ist dies Ihr perfekter Nachhilfelehrer für die Tasche: freundlich, kompetent und günstig.

Leseprobe

Physiologie kompakt für Dummies

Schummelseite

TIERISCHE UND MENSCHLICHE ZELLEN

Ihre Zellen sind anders als Bakterienzellen (unter anderem haben Bakterienzellen keinen Zellkern, kein ER, keinen Golgi-Apparat) und auch anders als pflanzliche Zellen, die zusätzlich noch Chloroplasten für die Fotosynthese besitzen. Allgemeine Merkmale tierischer Zellen sind:

Zellmembran: umhüllt die Zelle und kontrolliert den Transport von Substanzen in die oder aus der ZelleZytoplasma: das flüssige Innere einer Zelle; enthält die Organellen (Strukturen in der Zelle, die von einer Membran umschlossen sind)Zellkern: enthält das genetische Material (DNA) in Form von ChromosomenRibosomen: kugelförmige Strukturen aus Proteinen und RNA; hier werden die Proteine synthetisiertMitochondrien: die »Kraftwerke« der Zelle; wandeln alle Nährstoffe am Ende in Energie (ATP) umEndoplasmatisches Retikulum (ER): Röhrensystem zum Transport und der Nachbearbeitung von Proteinen; im Gegensatz zum glatten ER ist das raue ER mit Ribosomen besetztGolgi-Apparat: ein System aus flachen Membranstapeln; bereitet Proteine für den Export aus der Zelle vorLysosomen: quasi der »Magen« der Zelle; enthalten Enzyme zum Abbau und damit der Entsorgung von Zellbestandteilen und FremdstoffenVakuolen: Bläschen im Zytoplasma; oft für den Transport zur Zellmembran genutzt

MITOSE ODER MEIOSE?

Mitose: einfache Zellkernteilung. Das genetische Material (46 Chromosomen beim Menschen) wird identisch verdoppelt und auf die beiden Tochterzellen verteilt. Mitose findet immer statt, wenn ein Organismus wächst oder alte Zellen durch neue ersetzt.

Meiose: Kernteilung, bei der am Ende das genetische Material halbiert ist. Die Meiose dient der Erzeugung von Geschlechtszellen (Eizelle, Spermium) im Rahmen der sexuellen Fortpflanzung. Beim Menschen findet die Meiose im Eierstock und in den Hoden statt.

KATABOL ODER ANABOL?

Anabole Reaktionen erzeugen Stoffe, die der Körper braucht. Das kann Energie sein, Aminosäuren für die Proteinsynthese, Zucker als kurzfristige Energiereserven oder den Aufbau von Reserve-Kohlenhydraten, Fette, Hormone und noch vieles mehr.

Katabole Reaktionen zerlegen alle Nährstoffe (Polysaccharide, Fette, Proteine), die der Körper entweder für den Anabolismus oder die Energiegewinnung braucht. Was gar nicht zu verwenden ist, wird im Darm oder der Harnblase entsorgt.

BLUTZUSAMMENSETZUNG

Blutplasma: flüssiger Bestandteil; macht etwa 55 % aus und enthält Nährstoffe, Proteine, Hormone, Elektrolyte und Abbauprodukte

Feste Bestandteile: Alle Blutzellen werden im roten Knochenmark langer Knochen gebildet, unter anderem im Oberschenkelknochen, im Oberarmknochen, im Becken oder in den Schlüsselbeinen. Dazu zählen:

Erythrocyten (roten Blutzellen): transportieren Sauerstoff von den Lungen ins GewebeLeukozyten (weiße Blutzellen): Granulozyten, T- und B-Lymphozyten und Monozyten sind Bestandteile der zellulären Immunantwort. B-Lymphozyten produzieren Antikörper, T-Lymphozyten töten unter anderem virusinfizierte Zellen.Thrombozyten (Blutplättchen): Blutgerinnung und Wundverschluss

DIE WICHTIGSTEN HORMONE

Steroidhormone: Sie sind Lipide und stammen vom Cholesterol ab. Sie können direkt in die Zelle eindringen; zum Beispiel:

Östrogene und Gestagene (vorwiegend weibliche Sexualhormone)Testosteron (vorwiegend männliches Sexualhormon)Stresshormon Cortisol

Peptidhormone: Aminosäuren, Peptide (= kleine Proteine) oder Proteine, die noch Zuckerseitenketten tragen können (Glycoproteine). Peptidhormone binden von außen an die Zelle; sie können nicht in die Zelle eindringen und benötigen einen Second Messenger, der das Signal in der Zelle weitergibt. Beispiele sind:

Insulin und Glucagon der Bauchspeicheldrüsedie Stresshormone Adrenalin und NoradrenalinSchilddrüsenhormone wie Thyroxin

DIE WICHTIGSTEN ENZYME: WER MACHT WAS?

Amylasen: zerlegen Kohlenhydrate (Stärke) in kleinere Bestandteile (schon im Speichel)Peptidasen: zerlegen Peptide in einzelne AminosäurenLipasen: zerlegen Fette in Fettsäuren und GlycerinNukleasen: zerlegen Nukleinsäuren (DNA, RNA) in die einzelnen NukleotideDNA-Polymerasen: verdoppeln die DNARNA-Polymerasen: schreiben die DNA in die »Arbeitskopie« mRNA zur Proteinsynthese um

HOMÖOSTASE

In der Physiologie dreht sich sehr viel um Homöostase – die Einhaltung eines bestimmten Gleichgewichtszustands. Sobald es ein Ungleichgewicht gibt, reagiert der Körper mit einer Gegenregulation (positiver oder negativer Rückkopplung). Homöostase spielt unter anderem eine Rolle bei:

BlutdruckregulationKörpertemperaturWasser- und ElektrolythaushaltEinhaltung der pH-BalanceBlutzuckerkonzentration

Physiologie kompakt für Dummies

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

2. Auflage 2022

© 2022 Wiley-VCH GmbH, Weinheim

Original English language edition © 2002 by Wiley Publishing, Inc. All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This translation published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc.

Copyright der englischsprachigen Originalausgabe © 2002 by Wiley Publishing, Inc. Alle Rechte vorbehalten, inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Diese Übersetzung wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert.

Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.

Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.

Coverfoto: © travelguide – stock.adobe.comKorrektur: Isolde Kommer, Dr. Susanne Katharina Hemschemeier, Oliver Fehn

Print ISBN: 978-3-527-71993-8ePub ISBN: 978-3-527-83918-6

Über die Autorin

Donna Rae Siegfried schreibt seit vielen Jahren medizinische Fachliteratur. Sie studierte Biologie am Moravian College in Bethlehem, Pennsylvania, und entdeckte schon bald ihr Faible, über medizinische und biologische Themen zu schreiben. Ihre Tätigkeit als, wissenschaftliche Autorin steckte noch in den Kinderschuhen, als sie an der Lehigh University arbeitete und dort beschloss, einen Kurs in »Wissenschaftlichem Schreiben« zu belegen. Plötzlich war klar, wohin ihr beruflicher Weg sie führen würde, daher hängte sie noch ein Journalismus-Studium an, um endlich hauptberuflich schreiben zu können.

Donna arbeitete zunächst als Praktikantin bei »Rodale Press« in Emmaus, Pennsylvania, wo sie sich mit Büchern über Gartenpflege beschäftigte. Das brachte ihr schließlich einen Vollzeit-Job im »Organic Gardening magazine« ein, noch bevor sie das Studium abgeschlossen hatte. So gern Donna jedoch über biologische Themen schrieb und sie veröffentlichte – Gartenarbeit war nicht wirklich ihr Steckenpferd. Daher wurde sie bald Informationsanalysatorin bei Rodale, wo sie jeden Monat über 500 medizinische Journale nach wichtigen Artikeln für die Datenbank von Rodale durchsuchte (das war eher ihr »Ding«), zweiwöchentliche Rundbriefe verfasste und spezielle Berichte schrieb (zum Beispiel darüber, wie eine geregelte Vitamin-A-Versorgung der Dritte-Welt-Länder die Erblindungsrate der dort lebenden Menschen senken kann). Außerdem begann sie, kleinere Artikel für das Magazin »Runner’s World« zu schreiben, und verließ dann Rodale Press, da ihr ein anderer Medizin-Verlag die Gelegenheit bot, ihren Master-Abschluss in Wissenschaft und Technischer Kommunikation zu machen. Kurz darauf heiratete Donna.

Nach 5 Jahren Angestelltendasein bei Williams & Wilkins zogen Donna, ihr Ehemann und der damals 18 Monate alte Sohn in ein kleines Dörfchen in den Bergen Pennsylvanias, Germania, in Potter County, wo sie anfing, von zu Hause aus für Synergy Publishing Services zu arbeiten. Sie entwickelte Bücher für verschiedene medizinische Verlage und schrieb einige Artikel über die Arzneimittel Avonex und Copaxone, die bei Multipler Sklerose ihre Anwendung finden, über Herzoperationstechniken (Transmyocardiale Laser-Revaskularisierung) und einige alternative Behandlungstherapien. In dieser Zeit gab sie viele Bücher und Artikel über die Grundlagen der Wissenschaften und klinischen Medizin heraus. Dabei arbeitete sie mit einigen der führenden Wissenschaftler des Landes zusammen.

Donna erhielt später eine Position als Dozentin für Anatomie und Physiologie am Pennsylvania College of Technology in Wellsboro. Sie entdeckte, dass ihr das Lehren ebenso sehr am Herzen lag wie das Schreiben. Wenig später zog sie samt Mann, drei Kindern und zwei Hunden erneut um, diesmal in den näheren Umkreis von Atlanta nach Alpharetta in Georgia. Dort ist Donna heute Mitglied in zwei Tennisteams und spielt Flöte in einer Holzbläsergruppe. Sie plant, noch weitere wissenschaftliche Abschlüsse zu machen, und arbeitet an einem Programm, das Kindern die Wissenschaft auf spielerische Weise näher bringen und ihnen somit helfen soll, eventuelle Anreize für die spätere Berufswahl zu finden.

Über die Überarbeiterin

Dr. Susanne Katharina Hemschemeier forschte viele Jahre als Mikrobiologin und Proteinbiochemikerin an der Universität Bielefeld, in Gießen und an der UCLA in Los Angeles, bevor sie die praktische Arbeit im Labor an den Nagel hängte und sich in Mainz mit der Erstellung von E-Learning-Materialien für das Chemie- und Biochemiestudium befasste. Sie arbeitet derzeit als selbstständige Autorin und Übersetzerin für wissenschaftliche Texte und lebt mit ihrer Familie in Berlin und Stuttgart.

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelblatt

Impressum

Über die Autorin

Über die Überarbeiterin

Einleitung

Über dieses Buch

Konventionen in diesem Buch

Was Sie nicht lesen müssen

Törichte Annahmen über den Leser

Wie dieses Buch aufgebaut ist

Symbole in diesem Buch

Wie Sie dieses Buch lesen sollten

Teil I: Das kleine Einmaleins der Physiologie

Kapitel 1: Teile des Ganzen

Zusammenhänge von Physiologie, Pathophysiologie und Anatomie

Die Aufgaben der Physiologie

Körperaufbau: vom Atom bis zum Organsystem

Die Zeichensprache Ihres Körpers

Wenn Dinge aus dem Ruder laufen

Wissen, was gut für Sie ist

Kapitel 2: Durch die Generationen: wie Ihr Körper das Leben meistert

Damit Ihr Körper auf Trab bleibt: Metabolismus

Viele (Energie-) Wege führen nach Rom: Ihr Platz in der Welt

Den Körper in Balance halten: Homöostase

Bewegung: Sie sind kein Baum

Der Erhalt der Spezies: Reproduktion

Wachstum: Zellersatz und Entwicklung während des Lebens

Kapitel 3: Ihr Körper – eine fundamentale Sache

Sie Tier, Sie!

Ins Innere einer Zelle schauen

Die Zellorganisation in Geweben

Teil II: Etwas Anatomie für die Physiologie!

Kapitel 4: Knochige Einblicke ins Skelettsystem

Skelettsystem: was Knochen leisten

Pathophysiologie des Skelettsystems

Kapitel 5: Die Muskeln spielen lassen

Das Beste aus Ihren Muskeln holen

Die Muskelgewebearten

kennenlernen

Pathophysiologie des Muskelsystems

Kapitel 6: Die große Hülle: Haut

Dreifacher Schutz

Allerhand Hautzubehör

So schützen Sie Ihre Haut

Störungen und Krankheiten der Haut

Teil III: Physiologie im Fokus

Kapitel 7: Immer ganz reizend: das Nervensystem

Ein gut verknüpftes Netz

Reizweiterleitung

Gedanken über Ihr Gehirn

Pathophysiologie des Nervensystems

Kapitel 8: Hormone: das endokrine System

Was sind Hormone?

Exokrine und endokrine Drüsen

Pathophysiologie des endokrinen Systems

Kapitel 9: Lässt Ihr Herz höherschlagen: das Kreislaufsystem

Ein fleißiger Transporter: was in Ihrem Blut

steckt

Tiefe Einblicke: Herz und Kreislauf

Die Blutgefäße

Pathophysiologie

des Kreislaufsystems

Kapitel 10: Holen Sie tief Luft: der Atmungsapparat

Ein bisschen Anatomie zur Orientierung

Tief einatmen, bitte!

Wanderung durch das respiratorische Epithel

Gasaustausch

zwischen Blut und Zellen

Entdecken, was schief gehen kann

Kapitel 11: Meister des Abbaus: der Verdauungsapparat

Dem Weg der Nahrung folgen

Chemischer Abbau

Erkrankungen und Störungen des Verdauungssystems

Kapitel 12: Erledigt den Aufwasch: der Harnapparat

Die Putzkolonne Ihres Körpers

Die Homöostase

erhalten

Krankheiten und Störungen der Harnwege

Kapitel 13: Ein fairer Kämpfer: das Immunsystem

Einbahnstraße Lymphsystem

Spione und Angreifer: Immunzellen

Entzündung

bedeutet Schwellung

Verteidigung Ihrer Gesundheit gegen Invasoren

Immunität hat ihren Preis

Fehlfunktionen des Immunsystems

Teil IV: Körper-Kreation

Kapitel 14: Säen und Wachsen – alles über die Fortpflanzung

Von Gonaden und Genitalien

Nach den Damen: das männliche Reproduktionssystem

Schwanger werden ist nicht schwer …

Schwangerschaftsverhütung

Pathophysiologie

des Reproduktionssystems

Kapitel 15: Neues Leben entsteht: Geburt und Entwicklung

Die Trimester in Angriff nehmen

Komplikationen

Die Frucht der Liebe

Das echte »Leben danach«

Teil V: Der Top-Ten-Teil

Kapitel 16: Zehn kleine Helferlein

Trinken Sie Wasser!

Iss dein Obst (und Gemüse), Schatz

Treiben Sie regelmäßig Sport (nicht nur sporadisch)!

Vergessen Sie nicht Ihre Sonnencreme!

Nehmen Sie nicht nur »eine Mütze voll« Schlaf!

Entspannen Sie sich doch mal!

Greifen Sie ins volle Korn!

Händewaschen nicht vergessen!

Tasten Sie sich ab!

Lassen Sie sich regelmäßig durchchecken!

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Tabellenverzeichnis

Kapitel 1

Tabelle 1.1: Aufgaben der Blutzellen

Tabelle 1.2: Lateinische Wortstämme für gebräuchliche Begriffe in der Physiologie

Kapitel 3

Tabelle 3.1: Organellen tierischer (und menschlicher) Zellen

Kapitel 6

Tabelle 6.1: Nagelprobleme als Zeichen möglicher Erkrankungen

Kapitel 8

Tabelle 8.1: Wichtige Hormone: Ursprung und Funktionen

Tabelle 8.2: Symptome des Hypothyreoidismus, bezogen auf den Ablauf der Erkrankun...

Kapitel 9

Tabelle 9.1: Funktionen der Leukozyten

Kapitel 11

Tabelle 11.1: Aufgaben der Pankreasenzyme

Kapitel 12

Tabelle 12.1: Stickstoffverbindungen im Urin und deren Quellen

Kapitel 13

Tabelle 13.1: Zellen des Immunsystems

Kapitel 15

Tabelle 15.1: Körperliche Veränderungen im Alter und damit verbundene Gesundheits...

Illustrationsverzeichnis

Kapitel 1

Abbildung 1.1: Organisation des Körpers

, ausgehend von der kleinste...

Kapitel 2

Abbildung 2.1: Zellatmung: Glycolyse

, aerobe Atmung

(Citratzyklus

) und oxidative ...

Abbildung 2.2: Der Prozess der DNA-Replikation

Abbildung 2.3: Die Phasen der Mitose

: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase

Abbildung 2.4: Der Ablauf der Proteinsynthese: Transkription im Kern, Translation...

Kapitel 3

Abbildung 3.1: Schnittansicht einer tierischen Zelle und ihrer Organellen

Abbildung 3.2: Das »Flüssig-Mosaik-Modell« für den Stofftransport durch die Zellm...

Kapitel 5

Abbildung 5.1: Anatomie des Skelettmuskels: Verbindung des Muskels mit dem Rücken...

Kapitel 6

Abbildung 6.1: Querschnitt durch die Haut, der die Schichten und einige spezialis...

Abbildung 6.2: Die Neunerregel

zur Ermittlung des Prozentanteils der von der Verb...

Kapitel 7

Abbildung 7.1: Motorisches Neuron (A) und sensorisches Neuron (B); Wege der Reizw...

Abbildung 7.2: Die Weiterleitung eines Reizes

Abbildung 7.3: Ein Reflexbogen

Abbildung 7.4: Das Ohr

Abbildung 7.5: Innerer Aufbau des Auges

Kapitel 8

Abbildung 8.1: Das endokrine System

Abbildung 8.2: Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Hypothalamus und Hypophys...

Kapitel 9

Abbildung 9.1: Häm-Molekül (der Teil des Hämoglobins, der das Eisen transportiert...

Abbildung 9.2: Zusammenarbeit von Lungen- und Körperkreislauf im ar...

Abbildung 9.3: Gasaustausch im Gewebe

Kapitel 10

Abbildung 10.1: Einatmung (Inspiration) und Ausatmung (Exspiration)

Abbildung 10.2: Oxygenierung

des Blutes am respiratorischen Epithe...

Kapitel 11

Abbildung 11.1: Die Organe des Verdauungsapparates

Kapitel 12

Abbildung 12.1: Aufbau der Niere und Detailansicht eines Nephrons

Kapitel 13

Abbildung 13.1: Aufbau eines Lymphknotens im Querschnitt

Abbildung 13.2: Das lymphatische System

Kapitel 14

Abbildung 14.1: Das weibliche Reproduktionssystem

Abbildung 14.2: Der Menstruationszyklus

Abbildung 14.3: Das männliche Reproduktionssystem, Sagittalschnitt

Kapitel 15

Abbildung 15.1: Die Entwicklung des Fötus im dritten Trimester

Abbildung 15.2: Frühe und aktive Geburt: Weitung und des Gebärmutterhalses, Überg...

Abbildung 15.3: Zweites Stadium der Geburt: Der Fötus wird geboren.

Abbildung 15.4: Ein Baby wird geboren.

Orientierungspunkte

Cover

Titelblatt

Impressum

Über die Autorin

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Fangen Sie an zu lesen

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

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Einleitung

Willkommen zu Physiologie kompakt für Dummies, Ihrem persönlichen Bedienungshandbuch zu, nun ja, Ihrem Körper! Meistens läuft ja alles ganz gut, aber auch bei Ihrem Handy oder dem Blu-ray-Player sehen Sie vielleicht mal im Handbuch nach, was das Gerät alles kann. Schließlich ist Ihr Körper die »Maschine«, die Sie während Ihres ganzen Lebens benutzen. Sie sollten verstehen, was Ihre Organe eigentlich so den ganzen Tag treiben, was sie funktionieren und wie die einzelnen Körpersysteme zusammenarbeiten.

Je mehr Sie über die Physiologie Ihres Körpers lesen, desto mehr werden Sie verstehen und einen Sinn hinter dem Grau der Theorie erkennen. Ihr Körper spult täglich dieselben Prozesse und Zyklen ab, damit er am Laufen bleibt. Wenn Sie diese Zyklen und Prozesse ein paar Mal durchgegangen sind, wird Ihnen klar werden, wie einfach die Physiologie doch sein kann.

Der menschliche Körper ist ein faszinierender Ort, genauer betrachtet sogar ein Kunstwerk. Tauchen Sie also für eine Weile in Ihren Körper ein und erforschen Sie, wie er funktioniert. Ich hoffe, der Inhalt dieses Buches macht Ihnen bewusst, wie einzigartig Sie sind und warum (und wie) Sie auf Ihren Körper achten sollten.

Über dieses Buch

So kompliziert der menschliche Körper auf den ersten Blick auch erscheint, sehen wir uns hier einfach nacheinander System für System an. So werden Dinge, die Ihr Körper alltäglich macht, so wie atmen, essen, ausscheiden, Blut durch die Adern pumpen oder Wunden heilen, plötzlich weniger geheimnisvoll. Jedes Körpersystem hat einen bestimmten Zweck, und viele Systeme arbeiten Hand in Hand. Die meisten Kapitel dieses Buches konzentrieren sich auf ein einzelnes Körpersystem. Im letzten Kapitel werden Sie noch zehn Tipps zur Erhaltung Ihres Körpers finden.

Konventionen in diesem Buch

Jedes medizinische Fachgebiet hat seine eigene Sprache – und mit dieser »Fachterminologie« lässt sich selbst der einfachste Sachverhalt so ausdrücken, dass es kompliziert und wahnsinnig gelehrt klingt. Ich bevorzuge die einfachere Ausdrucksweise, aber ein paar Begriffe müssen Sie leider lernen, wenn Sie in der Physiologie mitreden wollen.

Außerdem habe ich versucht, die Texte nicht allzu sehr mit lateinischen Fachausdrücken zu überladen. Die Physiologie verwendet leider nun mal Ausdrücke, die aus dem Lateinischen und/oder Griechischen abgeleitet wurden. Wo es mir notwendig scheint, erkläre ich daher die lateinische oder griechische Bedeutung. Auf diese Weise können Sie solche Begriffe besser verstehen.

Was Sie nicht lesen müssen

Fühlen Sie sich nun aber nicht dazu verleitet, jedes einzelne Wort zu lesen, das ich geschrieben habe (es sei denn, Sie sind meine Mutter).

Kästen sind zum Beispiel dafür gedacht, die Textinformation zu strukturieren, sie sind jedoch nicht unbedingt notwendig für das Verständnis des Kapitels. Hier finden Sie einfach noch ein wenig »Extramaterial« zum Thema.

Törichte Annahmen über den Leser

Ich nehme an, Sie gehören zu einer der drei folgenden Personengruppen:

ein Schüler, der sich auf das Abitur vorbereitet

ein Student, der Ordnung in die Massen an Informationen bringen will, die er während eines Kurses in Physiologie erhalten hat, oder bestimmte Inhalte wiederholen will

ein Erwachsener, der sich im Beruf mit Physiologie auseinandersetzen muss

Vielleicht liege ich falsch mit meinen Annahmen und sind Sie ganz einfach der stolze Besitzer eines menschlichen Körpers, der wissen möchte, wie diese fantastische »Maschine Mensch« funktioniert. Oder vielleicht fragen Sie sich einfach nur, wie das Essen, das Sie zu sich nehmen, die Trinkmenge und die sportliche Betätigung Ihre Gesundheit beeinflussen kann. Was auch immer Ihr Anliegen war, als Sie dieses Buch in die Hand nahmen, ich habe mein Bestes getan, die Themen der Physiologie einfach zu erklären und auf den Punkt zu bringen. Ich hoffe, es hilft Ihnen weiter!

Wie dieses Buch aufgebaut ist

Das gelb-schwarze Buch, das Sie nun vor sich haben, hat (wie alle Dummies-Bücher) einen einfachen Aufbau. Sie erfahren etwa über die Organsysteme, wie die einzelnen Strukturen funktionieren und in welcher Beziehung sie zu anderen Teilen des Körpers stehen. Um den Kreis des Lebens zu schließen, enthält das Buch auch Kapitel zu Fortpflanzung Geburt und Entwicklung. Der Schlussteil wartet mit hilfreichen Informationen auf, die dazu anregen sollen, mehr über den menschlichen Körper zu lernen.

Teil I: Das kleine Einmaleins der Physiologie

Bevor ich damit beginne, auf die zahlreichen Prozesse im Körper einzugehen, brauchen Sie eine gute Basis … Sie müssen zum Beispiel wissen, wie eine Zelle aussieht, welche Komponenten sie enthält und welche Aufgabe jede Komponente in der Zelle wahrnimmt.

In Kapitel 1 geht es um Organismen – also auch um Sie. Organismen werden von Organsystemen gebildet, die aus Organen bestehen, die sich wiederum aus Geweben zusammensetzen, die aus Zellen bestehen, die aus Molekülen aufgebaut sind, die aus Atomen zusammengesetzt sind. Alle Organismen sind auf diese Weise aufgebaut. Ich werde Sie durch den Körper führen, um zu zeigen, wie sich Organismen »differenzieren«, also wie sie sich voneinander unterscheiden können.

Kapitel 2 gibt einen Überblick für die physiologischen Themen, die weiter hinten im Buch noch detaillierter erklärt werden. Ich beschreibe die grundlegenden zellulären Prozesse, die in jedem Organismus ablaufen – Stoffwechsel und Energiegewinnung, Homöostase (die Wahrung des Gleichgewichtes), Wachstum, Bewegung und Vermehrung. In diesem Kapitel finden Sie auch Informationen über die Genetik, wie zum Beispiel Chromosomen genetisches Material während der Zellteilung übertragen.

In Kapitel 3 geht es schließlich um zahlreiche essenzielle Zellaktivitäten wie den Stoffaustausch (aktiver Transport, Osmose oder Diffusion) und die Frage, warum Zellen zwar viele, aber eben nicht alle Stoffe aus der Umgebung aufnehmen. Zum Schluss sehen wir uns noch wichtige Gewebetypen an, deren grundlegenden Aufbau Sie kennen sollten.

Teil II: Etwas Anatomie für die Physiologie

Die Kapitel 4 bis 6 bieten Ihnen Informationen über das Körperskelett, die haltgebenden Muskeln, die es zudem bewegen, sowie die Haut, die Skelett, Muskeln und Organe schützend umgibt. Außerdem finden Sie hierin erstmals einen Pathologieabschnitt für jedes Kapitel. Pathophysiologie ist ein Zweig der Physiologie, der sich mit der Krankheitsentwicklung durch Funktionsveränderungen in den Körperteilen und -systemen beschäftigt. Ich werde dazu viele verbreitete Krankheiten und Gebrechen des menschlichen Körpers erläutern. Die Physiologie erklärt, wie die einzelnen Körperfunktionen ablaufen und wie die verschiedenen Strukturen des Körpers zusammenarbeiten, während die Pathophysiologie untersucht, was im Krankheitsfall schief läuft.

Teil III: Physiologie im Fokus

Dieser Teil des Buches beschäftigt sich näher mit den Körpersystemen und wie diese zusammenarbeiten. Dieser Abschnitt ist lang, aber lediglich aus dem Grund, weil der Körper aus sehr vielen Systemen besteht. Angefangen von der Physiologie der Sinnesorgane beschäftigen wir uns mit der Frage, wie Signale im Körper übermittelt werden. Wie funktioniert die Verdauung, die Atmung, der Kreislauf und Ihr Immunsystem? Eine Ausnahme stellt das Reproduktionssystem dar, das zusammen mit Schwangerschaft und Geburt in Teil IV behandelt wird.

Teil IV: Körper-Kreationen

Während Ihnen Teile II und III die lebensnotwendigen Strukturen und Funktionen des Körpers näher bringen, ist Teil IV dem Lebenszyklus gewidmet, also dem Wunder, wie ein neuer Mensch entsteht. Die Abläufe von Reproduktion, Geburt und Entwicklung werden näher beleuchtet. Die Entwicklung umfasst alle Veränderungen, denen ein Organismus von der Zeugung bis zum Tod unterworfen ist (Kapitel 15). Von der Zygote, dem Embryo und dem Fötus bewegen wir uns weiter zum erwachsenen Menschen und den körperlichen Veränderungen im Alter.

Meine ehrliche Hoffnung liegt darin, dass Sie sich selbst als Teil der Natur begreifen lernen, wenn Sie dieses Buch lesen, und dass Sie Ihren Körper mehr schätzen und die Zeit genießen, die er Ihnen auf dem Weg durch den Kreis des Lebens zuteilwerden lässt.

Teil V: Zehn kleine Helferlein

Das letzte Kapitel zeigt Ihnen zehn einfache Wege, Ihren Körper gesund zu erhalten. Ich hoffe, Sie wollen nach dem Genuss dieser Lektüre mehr für die Gesundheit Ihres Körpers tun.

Symbole in diesem Buch

Die kleinen Symbole an den Seitenrändern dieses Buches sind Hinweiszeichen, die auf interessante Textinhalte hindeuten, an die Sie sich auch später noch erinnern können sollten.

Das Glühbirnen-Symbol lässt Sie wissen, was Sie tun können, um eine anatomische Struktur besser zu verstehen oder um Ihre Gesundheit in diesem Körperbereich zu verbessern.

Dieses Symbol zeigt Ihnen an, wo ich wissenschaftliche oder technische Fachbegriffe in allgemeinen Worten erkläre. Das Symbol begleitet auch Extra-Informationen, die Ihr Wissen über Anatomie und Physiologie zusätzlich vergrößern, aber Sie brauchen sie nicht, um die Aussagen des Kapitels zu verstehen.

Dieses kleine Zeichen dient dem Training Ihres Gedächtnisses. Manchmal beleuchtet die Information nur Punkte, die Sie meiner Meinung nach permanent in Ihrer Anatomie-Datei speichern sollten. An anderen Stellen bildet die Info eine Verbindung zwischen dem, was Sie gerade lesen, und ähnlichen Informationen an anderen Stellen im Buch. Wenn Sie einen schnellen Überblick über die wichtigsten Aspekte der Anatomie haben wollen, überfliegen Sie die Seiten und halten Sie nach diesen Symbolen Ausschau.

Wie Sie dieses Buch lesen sollten

In den meisten Für Dummies-Büchern können Sie mit einem beliebigen Teil beginnen und hier und da ein paar Passagen lesen, wenn Sie wollen; so auch in diesem Buch. Ich empfehle jedoch, die Kapitel der Reihe nach durchzugehen. Der Körper ist nach einem bestimmten Schema aufgebaut, das von einfach zu kompliziert führt. Einzelne Zellen formen Gewebe, die sich zu Organen, dann Organsystemen und ganzen Organismen verbinden. Es ist schwer zu verstehen, wie das Immunsystem funktioniert, wenn Sie sich nicht zuvor mit dem Kreislaufsystem vertraut gemacht haben. Zu begreifen, wie Ihr Körper Nährstoffe aus der Nahrung in Abfallstoffe und Sauerstoff in Kohlendioxid umwandelt, ist nicht leicht, wenn Sie nicht wissen, warum der Körper dies überhaupt tun muss. Natürlich können Sie aber den Lernprozess handhaben, wie Sie wollen, wenn Sie bereits Vorkenntnisse der Physiologie besitzen. Ein anderer Vorschlag ist, das Buch mehr als nur einmal zu lesen; eventuell lesen Sie es beim ersten Mal von vorne bis hinten durch und blättern dann von Zeit zu Zeit zurück, um gewisse Inhalte nach dem Zufallsverfahren zu wiederholen.

Na dann … viel Freude beim Lesen!

Teil I

Das kleine Einmaleins der Physiologie

IN DIESEM TEIL …

Bevor Sie sich ins Abenteuer Physiologie stürzen, brauchen Sie zunächst eine solide Grundlage, um zu verstehen, wie der Körper funktioniert.

Kapitel 2 beschäftigt sich dann mit den Funktionen, die Ihr Körper tagtäglich durchführt, um sich selbst am Leben zu erhalten: Verarbeitung von Nahrungsmitteln und Sauerstoff, Aufrechterhaltung des Gleichgewichts, sowohl innerlich (zwischen den Organsystemen) als auch mit der Umwelt, Entwicklung und Ersatz von Zellen während des Alterungsprozesses, Bewegung und Reproduktion. Im Abschnitt über sich vermehrende Zellen finden Sie schließlich auch noch Informationen zu den Grundlagen der Genetik.

Kapitel 3 bringt Ihnen näher, wie Sie den menschlichen Körper betrachten und beschreiben müssen, wenn Sie beginnen, mehr über Form und Funktion herauszufinden.

Kapitel 1

Teile des Ganzen

IN DIESEM KAPITEL

Warum Sie sich mit der Physiologie beschäftigen solltenMehr über den Zweck von Physiologie und Pathophysiologie erfahrenVerstehen, was Ihr Körper tun muss, um zu überleben

Der Körper ist mehr als die Summe seiner Teile, heißt es, und dies ist auch unbestritten richtig. Zerlegt man einen Körper in seine Einzelteile und studiert diese, so erfährt man trotzdem nichts über deren Zusammenspiel in einem lebenden, atmenden Organismus. Dennoch wissen wir, dass jeder einzelne Teil eines Körpers wichtig ist für dessen uneingeschränktes Funktionieren, und dass erst die reibungslose Zusammenarbeit aller Teile das Leben ermöglicht.

Zusammenhänge von Physiologie, Pathophysiologie und Anatomie

Die Physiologie konzentriert sich auf die Funktion der Körperteile, vom großen Organ hin bis zur mikroskopisch kleinen Struktur. Oft werden Sie allerdings auch sehen, dass Physiologie und Anatomie gemeinsam gelehrt werden. Haben Sie je den Ausspruch »Die Funktion bedingt die Form« gehört? Wenn Sie beispielsweise die Anatomie des Herzens studieren, sehen Sie sich die Kammern und Blutgefäße ganz genau an. Dieses Wissen über die Herzstruktur hilft Ihnen, die Physiologie des Herzens besser zu begreifen, also wie das Herz Blut durch seine Klappen, Kammern und Adern pumpt. Aber die Anatomie gibt keine Antworten, was Leben eigentlich ist, wie es bewahrt wird oder wie es entsteht. Sie beschreibt den Aufbau jedes Körperteils, während in der Physiologie die Funktion dieser Teile hinterfragt wird. Und so werden Sie auch in diesem Buch immer wieder Verweise auf die Struktur eines Organs oder eines Gewebes finden, wenn dieses für die Funktion wichtig zu wissen ist. Allen, die gern noch mehr über die Anatomie wissen möchten, kann ich die »Anatomie kompakt für Dummies« ans Herz legen.

Ich werde in diesem Buch auch an vielen Stellen die Pathophysiologie ansprechen, die sich mit der Kette von Ereignissen befasst, die als Folge einer Krankheit auftreten. Mithilfe der Pathophysiologie werden Wege aufgezeigt, die möglicherweise helfen können, Ihre Gesundheit zu verbessern.

Die Aufgaben der Physiologie

Obwohl es scheint, als ob sich jeder Körperteil autonom bewegen würde, ist in Wirklichkeit doch jeder Teil von anderen Teilen abhängig – das ist Physiologie. Ziehen Sie zum Beispiel Ihre Hand von einer heißen Herdplatte zurück, ist neben der reinen Muskelbewegung des Zurückziehens die Funktion des Gehirns und der Nerven für ein gelungenes Manöver ebenso entscheidend, und Laufen erfordert nicht allein die Kontraktionsfähigkeit der Muskeln in Ihren Beinen, sondern auch die Blasebalgbewegung der Lungen, um zu atmen. Wenn Sie Ihren Körper nicht nur mit bloßem Auge untersuchen, sondern auch mit dem Mikroskop – von Organen zu Geweben und Zellen bis hin zu Molekülen, werden Sie verstehen, wie immer mehr und mehr Teile des Körpers zusammenwirken.

So wie verschiedene Körperteile und -systeme zusammen arbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen (zum Beispiel Bewegung, Verdauung oder Fortpflanzung), können einzelne Strukturen des Körpers auch mehrere Aufgaben gleichzeitig haben. Ihre Blutgefäße zum Beispiel dienen als Netzwerk in Form straßenähnlicher Fahrspuren dem Transport der Blutzellen, die Teil des Atmungs-, Verdauungs- und des Immunsystems sind. Die spezifischen Aufgaben der Blutzellen sind in Tabelle 1.1 beschrieben.

Tabelle 1.1: Aufgaben der Blutzellen

Prozess

Was Blutzellen leisten

Atmung

Transportieren Sauerstoff von den Lungen zu den Zellen des Körpers

Verdauung

Befördern Nährstoffe aus der aufgenommenen Nahrung zu allen Körperzellen

Ausscheidung

Transportiert Abfallstoffe mithilfe jener Zellen, die das Blut durch Filtration reinigen

Abwehr

Transportieren die Zellen, die den Körper gegen eindringende Krankheitserreger verteidigen

Das Blut und die Blutzellen arbeiten mit verschiedenen Organsystemen zusammen, um das fehlerfreie Funktionieren Ihres Körpers zu ermöglichen – so werden auch Hormone im Blut transportiert, die das Geschehen an vielen Stellen im Körper beeinflussten können (denken Sie nur an das Stresshormon Adrenalin, falls Sie einem Tiger im Garten begegnen sollten).

Körperaufbau: vom Atom bis zum Organsystem

Wenn Sie die zahlreichen Ebenen des Körpers betrachten (siehe Abbildung 1.1), werden Sie feststellen, dass sich jede Struktur aus einer Vielzahl kleinerer Bausteine zusammensetzt. Es ist so, als ob Sie eine Tanne anschauen. Erst bemerken Sie den ganzen Baum: ein kompletter Organismus. Wenn Sie dann aber näher herantreten, werden Ihnen die Äste auffallen, dann die Zweige und schließlich die vielen kleinen Nadeln an jedem Zweig. Auch der menschliche oder tierische Körper entpuppt sich beim näheren Hinschauen als Sammelsurium verschiedener Organe, die wiederum aus mehreren Gewebetypen zusammengesetzt sind. Und wenn Sie solch ein Gewebe unter dem Mikroskop betrachten, werden Sie Millionen von Zellen entdecken. Jede Zelle besteht aus Milliarden von Molekülen, die wiederum aus noch kleineren Komponenten aufgebaut sind, den Atomen.

Atome verbinden sich zu Molekülen

Ein Atom ist die kleinstmögliche Einheit eines chemischen Elements, das mit all jenen Eigenschaften ausgestattet ist, die auch ein Element auszeichnen. Das bedeutet, dass beispielsweise ein einzelnes Wasserstoffatom genauso mit anderen Elementen reagiert wie eine Kette aus Wasserstoffatomen. Wenn Sie zwei Wasserstoffatome (H) zusammenbringen, erhalten Sie ein Molekül (H2). Bringen Sie nun dieses Wasserstoffmolekül mit einem Sauerstoffatom (O) in Kontakt, so erhalten Sie ein Molekül Wasser (H2O). Ein Molekül ist also eine Verbindung aus Atomen. Alles klar soweit?

Ihr Körper enthält viele verschiedene Arten von Molekülen, die sowohl die funktionellen Teile wie beispielsweise die Zellen als auch die von ihnen produzierten Substanzen wie zum Beispiel die Hormone (siehe Kapitel 8) bilden.

Abbildung 1.1: Organisation des Körpers, ausgehend von der kleinsten bis zur größten Ebene: Atome, Moleküle, Zellen, Gewebe, Organe und Organsysteme

Zellen – von Individualisten und Spezialisten

Ihre Zellen nehmen viele wichtige Funktionen wahr, ohne die Sie nicht in der Lage wären, Ihrer momentanen Beschäftigung nachzugehen. Während Sie atmen, tauschen Ihre ZellenKohlendioxid gegen Sauerstoff aus. Während Sie essen, produzieren weitere Zellen Enzyme (Eiweiße oder Proteine, die eine chemische Reaktion beschleunigen), die Nahrung verdauen und die so gewonnenen Nährstoffe in eine verwertbare Energieform umwandeln. Kurz gesagt, Ihre Zellen sind wie winzige Motoren, die Sie am Laufen halten.

Jede einzellige Lebensform ist in der Lage, die Funktionen zu erfüllen, die auch Ihr gesamter Körper ausführt:

Energie- und Stoffumwandlung

Verdauung von Nahrung

Ausscheidung von Abfallstoffen

Reproduktion

Atmung

Sinneswahrnehmung

Das bedeutet, dass jeder noch so winzige Einzeller wie beispielsweise ein Bakterium uneingeschränkt lebens- und vermehrungsfähig ist. Ihr Körper besteht zwar auch aus einzelnen Zellen, doch haben diese Zellen die Fähigkeit verloren, sämtliche dieser wichtigen Funktionen ausführen zu können. Stattdessen haben sie sich spezialisiert; so gibt es zum Beispiel besondere Zellen für die Fortpflanzung (Eizellen und Spermien) oder Zellen, die einzig der Lichtwahrnehmung im Auge dienen. Die grundlegenden Fähigkeiten der Atmung sowie der Energie- und Stoffumwandlung sind in allen Zellen erhalten geblieben. Dennoch sind Ihre Körperzellen von spezialisierten »Kollegen« abhängig, die Sauerstoff aus den Lungen herbeischaffen oder die aufgenommene Nahrung an einem zentralen Ort, dem Darm, in verwertbare Bausteine zerlegen und über das Blut im ganzen Körper verteilen. Diese Spezialisierung war der Preis, den die Einzeller zahlten, als sie begannen, ihre Individualität zugunsten eines Zellverbandes aufzugeben und sich schließlich zu einem Organismus entwickelten, sei es nun der eines Menschen, eines Pferdes oder eines Maiglöckchens (siehe Kapitel 3 für eingehendere Informationen über den Aufbau und die Funktion von Zellen).

Gewebe – Gemeinschaft macht stark

Der Körper enthält viele verschiedene Zelltypen. Wenn mehrere Zellen derselben Art »gemeinsam abhängen«, um zu kommunizieren und die gleiche Funktion auszuführen, so ist ein Gewebe entstanden. Wenn Sie an ein Gewebe denken sollen, stellen Sie sich vermutlich als Erstes Ihre Haut vor. Doch Ihr Körper besteht insgesamt aus vier Arten von Grundgeweben:

Bindegewebe

– das findet man zum Beispiel in Knochen, also in solchen Strukturen, die Körperteile stützen oder sie miteinander verbinden.

Deckgewebe

(Epithel)

– eine Gewebeform, die die gesamte Körperoberfläche bedeckt; dazu rechnet man auch eingestülpte, also im Körper liegende Strukturen wie die Verdauungsorgane, die dennoch in Kontakt mit der Außenwelt stehen.

Muskelgewebe

– Überraschung! – bildet die Muskulatur, die Ihre Körperteile durch Kontraktion und Relaxation (An- und Entspannung) bewegt.

Nervengewebe

– überträgt elektrische Impulse und bildet die Nerven.

Die einzelnen Gewebetypen und ihre Aufgaben werden in Kapitel 3 noch im Detail vorgestellt.

Organe und Organsysteme – Teamwork ist alles

Zellen bilden Gewebe, und zwei oder noch mehr zusammenarbeitende Gewebe bilden ein Organ. Ein Organ ist ein Teil des Körpers, der eine spezielle physiologische Funktion übernimmt. Der Magen besteht zum Beispiel aus Epithel-, Muskel-, Nerven- und Bindegewebe und hat die Funktion, Nahrungspartikel zu zerkleinern. Ein Organsystem wird von einer Gruppe spezialisierter Organe gebildet. Die Arbeit jedes dieser Organe spielt eine wichtige Rolle in der Ausübung der übergeordneten Funktion des gesamten Organsystems. Im Verdauungssystem arbeiten beispielsweise die Organe Mund, Speiseröhre, Magen, Dünn- und Dickdarm zusammen, um die aufgenommenen Nahrungsbrocken zu immer kleineren Partikeln und schließlich zu Molekülen zu verarbeiten, die klein genug sind, um mit dem Blutstrom transportiert zu werden. Jedes Organ trägt seinen Teil zu diesem Ziel bei. (Mehr über das Verdauungssystem erfahren Sie in Kapitel 11.)

Was wäre die Physiologie ohne ein bisschen Chemie?

Leider ist die Chemie für die meisten naturwissenschaftlichen Disziplinen ein zentrales Thema. Wie mein Chemie-Professor immer zu sagen pflegte: »Chemie ist die vermittelnde Wissenschaft. Daher befinden sich Chemielabore im zweiten Geschoss, stets zwischen den Etagen der Physik und der Biologie«. Das gilt wohl ganz besonders für die Physiologie, die sich ja oft mit den Vorgängen auf molekularer Ebene beschäftigt.

Lebende Zellen bestehen aus chemischen Stoffen. Tiere und Pflanzen sind nüchtern betrachtet nichts anderes als wundervolle Behälter für Millionen chemischer Reaktionen. Vermutlich denken Sie bei dem Ausdruck »chemische Stoff« zuerst an das Periodensystem (das ist diese große Tabelle, in der jedes Element aufgeführt ist, die jemals auf unserem Planeten gefunden wurde – egal ob in der Luft, dem Wasser, dem Boden oder im Erdinneren). Nicht ganz falsch gedacht!

Vor Milliarden von Jahren war die Erde von zahlreichen Vulkanen bedeckt, deren Aktivität über die Abkühlung von Lava zur Formung der Landmassen führte. Die Gase, die zusammen mit der Lava bei den vulkanischen Eruptionen ausströmten, wurden zu anorganischen Bestandteilen des Festlands. In dieser Zeit bildete sich auch Wasser, als sich der Wasserstoff, der bei den Vulkanausbrüchen freigesetzt wurde, mit atmosphärischem Sauerstoff verband. Es wird angenommen, dass sich die ersten Zellen aus Wasser, Erde und Energie formten. Über Milliarden von Jahren entwickelten sich aus diesen Einzellern mehrzellige Organismen. Jene Ausgangsstoffe, aus denen einst das Urleben entstand, sind immer noch in jedem lebenden Wesen der Erde vorhanden. Diese Stoffe sind die chemischen Elemente.

Die Zeichensprache Ihres Körpers

Jede Wissenschaft ist durchzogen von lateinischen Begriffen; da macht auch die Physiologie keine Ausnahme. Jeder Körperteil und jede Krankheit besitzt einen eigenen lateinischen Namen. Wir brauchen kein schlechtes Gewissen haben, wenn wir uns bei den alten Römern bedienen, die alten Römer bedienten sich für ihren Teil bei den noch älteren Griechen. So sind einige Ausdrücke, denen hier ein lateinischer Stamm unterstellt wird, ursprünglich griechisch. Um es Ihnen etwas leichter zu machen, gibt Ihnen Tabelle 1.2 eine kurze Liste einiger der gebräuchlichsten lateinischen Wortstämme an die Hand. Wenn Sie diese Wortstämme irgendwo als Teil eines längeren Wortes wiederfinden, werden Sie es leichter haben herauszufinden, was das ganze Wort bedeutet.

Tabelle 1.2: Lateinische Wortstämme für gebräuchliche Begriffe in der Physiologie

Lateinischer Wortstamm

Bedeutung

Beispiel

Aden-

Drüse

Adenopathie (Drüsenkrankheit)

Angi-

Gefäß

Angiogenese (Gefäßbildung)

Arthr-

Gelenk

Arthritis (Gelenkentzündung)

Bronch-

Lungenast

Bronchitis (Entzündung der oberen Lungenäste)

Chol-

Galle

Cholesterol (in der Galle produzierte Substanz)

Derm-

Haut

Dermatitis (Hautentzündung)

Erythro-

Rot

Erythrozyt (rotes Blutkörperchen)

Gastr-

Magen

Gastritis (Magenschleimhautentzündung)

Hämat-

Blut

Hämoglobin (Blutfarbstoff)

Histo-

Gewebe

Histamin (Gewebshormon)

Karzin-

Krebs

Karzinogen (krebsverursachend)

Kard-

Herz

Kardiologe (auf Herzkrankheiten spezialisierter Mediziner)

Karp-

Handwurzel

Karpaltunnel-Syndrom (schmerzhafter Zustand, bei dem Nerven zwischen den Handwurzelknochen eingeklemmt werden)

Path-

Krankheit

Pathogen (Krankheitserreger)

Sep-

Vergiftung

Septischer Schock (Blutdruckabfall bei einer Blutvergiftung)

Wenn Dinge aus dem Ruder laufen

Okay, Sie wissen jetzt, dass die Physiologie das Studium der Funktionen und Prozesse Ihres Körpers ist. Aber im Leben ist natürlich nichts perfekt und unfehlbar. Während ein Körper altert, verlieren viele Lebensprozesse an Effektivität, und Krankheiten können sich einstellen. Die Gesundheit wird beeinträchtigt, wenn die Arbeit der Organe »ins Stottern« gerät. Im Griechischen bedeutet das Wort »pathos« so viel wie Leiden.

In Wissenschaft und Medizin wird der Wortstamm patho- in vielen Begriffen gebraucht: Die Pathologie ist die Lehre struktureller Veränderungen, die durch Krankheiten hervorgerufen werden (zum Beispiel wie Tumore bei Krebs entstehen und andere Organe beeinflussen), ein Pathogen ist ein Krankheitserreger (zum Beispiel ein Virus oder Bakterium), und in diesem Abschnitt wollen wir einen Blick auf die Pathophysiologie werfen, die Lehre der funktionellen Abnormitäten, die sich bei einer Krankheit entwickeln.

Nehmen wir zum Beispiel eine Frau mit Lungenkrebs. Ein Pathologe schaut sich bestimmte Testresultate an, um Lokalisation und Größe des Tumors zu bestimmen. Er kann auch erkennen, ob der Tumor benign (gutartig) oder malign (bösartig) ist und wie weit der Krebs im Ganzen bereits fortgeschritten ist. Der Pathologe untersucht dazu die strukturellen Veränderungen des Lungengewebes. Ein Pathophysiologe dagegen konzentriert sich auf eventuelle Veränderungen der Lungenfunktion, die im Verlauf der Erkrankung eingetreten sind. Solche Veränderungen können unter anderem die Dehnungsfähigkeit der Lungenflügel betreffen, sodass die kranke Person weniger Sauerstoff aufnehmen kann als normal und durch Sauerstoffunterversorgung auch andere physiologische Körperfunktionen mit betroffen sein können.

Wissen, was gut für Sie ist

Den menschlichen Körper zu erforschen, ist faszinierend, eine große Herausforderung und unglaublich bildend zugleich. Wenn Sie verstehen, wie Ihr Körper arbeitet, sind Sie besser auf eventuelle Krankheiten vorbereitet und wissen auch, wie Sie Ihre Gesundheit erhalten können. Sie sehen plötzlich klarer, warum gewisse Regeln für den Lebensstil sinnvoll sind. Und ebenfalls nicht ganz unwichtig: Bei Ihrem nächsten Arztbesuch können Sie sich mehr auf die Frage »Warum sagt mein Arzt das?« konzentrieren anstatt lange zu knobeln, was bestimmte Worte wohl bedeuten mögen.

Kapitel 2

Durch die Generationen: wie Ihr Körper das Leben meistert

IN DIESEM KAPITEL

Was Ihr Körper Tag für Tag leistetWas in jeder Ihrer Zellen vor sich gehtWie Energiegewinnung funktioniertVom Gen zum Protein: Transkription und Translation

Jeder ist heutzutage schwer beschäftigt. Die Hobbys und Aktivitäten aller Familienmitglieder füllen unsere Wochenkalender fast bis in die Nächte hinein. Die Hausaufgaben der Kinder erfordern Zeit, und daneben gilt es noch, den Haushalt zu erledigen, Gesellschaftsabende zu organisieren, eventuell noch ehrenamtliche Aufgaben zu übernehmen und, oh ja, die tägliche Arbeit darf natürlich auch nicht vergessen werden. Die Liste ist endlos. Seien Sie also dankbar, dass Sie dieser Liste nicht noch Dinge hinzufügen müssen wie »nicht vergessen zu atmen« oder »darauf achten, dass das Herz schlägt«. Ihr Körper übernimmt selbstständig die Ausführung und Überwachung dieser grundlegenden Prozesse, die in den kontinuierlichen, zellulären Stoffwechselvorgängen ihren Anfang nehmen. Dieses Kapitel erklärt, wie und warum dies funktioniert.

Damit Ihr Körper auf Trab bleibt: Metabolismus

Der Begriff »Metabolismus« oder »Stoffwechsel« beschreibt alle chemischen Reaktionen, die im Körper ablaufen. Einige dieser Reaktionen erschaffen bestimmte Substanzen und heißen »anabole Reaktionen«. Andere Reaktionen zerlegen bestimmte Substanzen und bauen sie ab, sie werden »katabole Reaktionen« genannt.

Damit Sie »anabol« und »katabol« besser auseinanderhalten können, verbinden Sie das Wort »katabol« einfach mit »Katastrophe«, da ebenso wie in einer Katastrophe etwas zerstört oder abgebaut wird. Dann wissen Sie automatisch, dass »anabol« das genaue Gegenteil davon bedeutet. Ihr Körper führt anabole und katabole Reaktionen zur gleichen Zeit und rund um die Uhr aus, um Sie am Leben zu erhalten. Sogar wenn Sie schlafen, arbeiten Ihre Zellen weiter. Daher kommt Ihr Körper praktisch nie zur Ruhe (bis Sie irgendwann einmal sterben).

Warum Ihre Zellen Stoffwechsel betreiben

Stellen Sie sich Ihren Körper als ein Auto vor. Der Motor braucht Benzin und Öl zum Laufen. Der Tank muss das Benzin in den Motor einleiten. Der Kühler benötigt Wasser, um den Motor vor Überhitzung zu bewahren, und der Auspuff muss Rußpartikel entfernen, die den Motor verstopfen könnten. Jede Zelle Ihres Körpers ist Teil Ihres Motors, da jede Zelle »Treibstoff« in verwertbare Energie umwandelt. Der »Tank« ist Ihr Verdauungssystem, das den Treibstoff in Form von Nahrung für alle Zellen verfügbar macht. Anstelle eines Auspuffs besitzen Sie ein Exkretionssystem, das Abfallstoffe aus dem Körper leitet. Und wie ein Auto brauchen auch Sie Wasser; wenn auch in einem etwas anderen Zusammenhang.

Das Benzin kann mit der Nahrung für Ihren Körper verglichen werden. Wenn Sie eine Mahlzeit zu sich nehmen, spaltet Ihr Verdauungssystem die Nahrung in immer kleinere Bestandteile auf. Diese Teilchen heißen »Nährstoffe« und umfassen vom Organismus verwertbare Vitamine, Mineralien, Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren ebenso wie Abfallprodukte, die beim Nährstoffabbau als nutzloser Müll übrig bleiben und über das Exkretionssystem entsorgt werden. Die Nährstoffe werden durch das Verdauungssystem in den Blutstrom aufgenommen und vom Blut zu allen Körperzellen transportiert. Die einzelnen Zellen nutzen dann die Nährstoffe für ihre Stoffwechselreaktionen und den Aufbau körpereigener Strukturen. Nährstoffe werden also katabolisiert (abgebaut) und daraus eigene Moleküle aufgebaut (anabolisiert). Zum Anabolismus zählt im weiteren Sinne auch, wenn die in den Nährstoffen enthaltene Energie in den universellen Energieträger »Adenosintriphosphat« (ATP) umgewandelt wird, der von sämtlichen Körperzellen genutzt wird. Ihre Zellen können also nicht direkt »Pizza-Moleküle« verwerten, um daraus »beeindruckenden Bizeps« aufzubauen, sondern nutzen für diesen Zweck die Pizza-Grundbausteine und die ATP-Moleküle, die Ihre Zellen aus der Energie der vertilgten Pizza produziert haben.

Metabolismus der Zellen

Kapitel 11 zeigt Ihnen im Detail, wie Ihr Verdauungssystem Nahrung aufschließt und in den Blutstrom überführt. Kapitel 9 erklärt, wie das Blut Nährstoffe zu den Zellen und Abfallstoffe zum Exkretionssystem transportiert. Kapitel 12 erläutert schließlich, wie die Niere als Teil des Exkretionssystems das Blut filtert und Abfallstoffe aus dem Körper entfernt. Das vorliegende Kapitel liefert dagegen detaillierte Einblicke in die Reaktionen, mit deren Hilfe Ihre Zellen »Treibstoff« in Energie umwandeln. Können wir loslegen?

Die Reaktionen, die Nährstoffe in verwertbare Energie umwandeln, umfassen die Glycolyse, den Citratzyklus sowie die oxidative Phosphorylierung. Zusammen werden diese drei Reaktionen als »Zellatmung« bezeichnet (siehe Abbildung 2.1). Nehmen Sie sich ausreichend Zeit zum Studieren dieser doch sehr komplexen Reaktionswege. Fühlen Sie sich frei, diese so oft zu wiederholen, wie Sie möchten. Niemand ist da, der Sie drängeln wird.

Glycolyse, der Prozess, bei dem Glucose abgebaut wird, findet im Zytoplasma (flüssiger Anteil) jeder Zelle statt. Das Produkt der Glycolyse, Pyruvat, gelangt vom Zytoplasma in ein zelluläres Organell, das Mitochondrium (siehe Kapitel 3). Das Mitochondrium ist das »Kraftwerk« der Zelle, da dort die Energieumwandlung stattfindet. Der »Citratzyklus« (auch als »Krebs-« oder »Zitronensäurezyklus« bezeichnet) wird in Gang gesetzt, sobald ein Pyruvat-Molekül den Weg ins Mitochondrium gefunden hat.

Am Ende des Krebs-Zyklus wandern dabei entstandene, hoch energetische Moleküle in die Membran (Hülle) des Mitochondriums, wo sie entlang der Elektronen-Transportkette geführt werden. Am Ende dieser Kette wurde die Energie dieser Moleküle in Form von ATP konserviert.

ATP stellt gewissermaßen die Währung der Zelle dar. Benötigt eine Zelle Energie, beispielsweise wenn Substanzen im aktiven Transport durch die Zellmembran befördert werden sollen (siehe Kapitel 3), »bezahlt« die Zelle dafür mit ATP-Molekülen. So wie Sie kein Geld ausgeben können, ohne neues dazuzuverdienen und die Ausgaben zu kompensieren, kann Ihr Körper ebenso wenig nur Energie verbrauchen, ohne neuen Kraftstoff zu »tanken«. Die Umwandlung von Nährstoffen in ATP ist sogar noch wichtiger, als Geld zu verdienen. Ohne Geld sind Sie zwar bankrott, und das ist keine besonders attraktive Situation, ohne ATP sterben Sie jedoch.

Schauen Sie noch einmal auf Abbildung 2.1 und wiederholen Sie dies so oft wie nötig, während Sie sich die einzelnen Reaktionen und Zyklen genauer ansehen.

Abbildung 2.1: Zellatmung: Glycolyse, aerobe Atmung (Citratzyklus) und oxidative Phosphorylierung sowie die Gärung überführen Energie aus Nährstoffen in ATP

Der glycolytische Reaktionsweg (Glycolyse)

Wenn Sie oben bei Abbildung 2.1 beginnen, können Sie sehen, dass Glucose (der kleinste Baustein eines Kohlehydrats oder Zuckers) im Zentrum des Prozesses der sogenannten »Glycolyse« steht. Die Glycolyse bildet den Anfang der Zellatmung, und dazu ist etwas Energie (ATP) notwendig. Zwei Moleküle ATP werden für die Glycolyse benötigt. Obwohl während der 10 Teilschritte der Reaktion vier ATP-Moleküle gebildet werden (ich erspare Ihnen hier nähere Details), bleiben netto nur zwei Moleküle übrig (da schon zu Beginn der Glycolyse zwei Moleküle ATP »ausgegeben« werden müssen). Zudem entsteht neben den zwei ATP-Molekülen Pyruvat. Das Pyruvat ist die Substanz, die im aeroben Reaktionsweg des Citratzyklus’ die Hauptrolle spielt und für die Umsetzung von Glucose in ATP zuständig ist.

Der Citratzyklus

Zwei Pyruvat-Moleküle werden im Citratzyklus verbraucht, der als »aerober Reaktionsweg« bezeichnet wird, weil für diesen Zyklus die Anwesenheit von Sauerstoff erforderlich ist. Der Citratzyklus ist einer der großen biologischen Reaktionswege, der nicht nur im menschlichen Organismus, sondern auch in dem aller Tiere und Pflanzen abläuft.

Gelangt Pyruvat in ein Mitochondrium, so verbindet es sich dort mit einem anderen Molekül, dem Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD). NAD+ ist ein Elektronenüberträger (ein Molekül, das Energie von einem Molekül auf ein anderes transportieren kann). Bei dieser Reaktion wird Kohlendioxid freigesetzt. NAD+ nimmt Elektronen auf und wird zum höher energetischen (reduzierten) Molekül NADH umformt. Das Produkt der Gesamtreaktion heißt »Acetyl-Coenzym A« (»Acetyl-CoA« oder »aktivierte Essigsäure«), ein Kohlenhydratmolekül, das nun in den Citratzyklus eintritt.

Tiefere Einsichten in den Citratzyklus

Durch Abgabe von Wasser wandelt sich Zitronensäure zu cis-Aconit-Säure um. Spaltet sich noch mehr Wasser ab, entsteht Isocitrat. An diesem Punkt kommt der Elektronenüberträger Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) ins Spiel und konvertiert Isocitrat zu 2-Oxoglutarat; bei dieser Reaktion werden Kohlendioxid und NADH freigesetzt. Das 2-Oxoglutarat wandelt sich zu Succinyl-Coenzym A durch Reaktion mit NAD+ und Coenzym A. Es entsteht wieder Kohlendioxid und NADH. Succinyl-CoA verbindet sich dann mit Guanosindiphosphat (GDP) sowie einem anorganischen Phosphat-Molekül (Pi) zu Succinat. CoA und Guanosintriphosphat (GTP) werden freigesetzt. Succinat wird dann zu Fumarat umgewandelt, wenn oxidiertes Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) dazutritt. FAD ist wie NAD+ ein Elektronenüberträger und kann reversibel Elektronen aufnehmen. FAD wird dazu zu FADH2 reduziert. An diesem Punkt des Zyklus reagiert Wasser mit Fumarat (sehen Sie, weshalb Sie genügend Wasser trinken sollten?) zu Malat. NAD+ tritt nun auch wieder in den Kreislauf ein und wandelt Malat zu OAA um, wobei wieder NADH entsteht. Nach einem Umlauf des Citratzyklus sind folgende energiegeladene Moleküle entstanden:

drei Moleküle NADH (reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid)ein Molekül FADH2 (reduziertes Flavin-Adenin-Dinukleotid)ein Molekül ATP

Okay, so weit so gut, wir haben immerhin ein Molekül ATP. Aber wenn ATP das einzige Energie-Molekül ist, das der Körper nutzen kann, wie viele ATP-Moleküle bekommt man dann eigentlich noch aus NADH und FADH2 heraus? Lesen Sie weiter! (Hinweis: NADH und FADH2 werden während der oxidativen Phosphorylierung wieder oxidiert. Die in dieser Reaktion frei werdende Energie wird dazu genutzt, ATP zu bilden.)

Zyklen sind Kreisläufe. Die Produkte einer Reaktion sind nötig, um eine andere anzustoßen. Ein Beispiel ist Acetyl-CoA: Es ist ein Produkt des Citratzyklus, doch gleichzeitig ist es auch seine Aufgabe, den Zyklus selbst am Laufen zu halten. Acetyl-CoA und Oxalacetat (OAA) werden zur Zitronensäure verbunden. Am Ende des Zyklus sind aus der Zitronensäure zwei Moleküle CO2 und wieder OAA entstanden; der Zyklus kann erneut durchlaufen werden.

Oxidative Phosphorylierung (auch unter der Bezeichnung »Atmungskette« oder »Elektronentransportkette« bekannt)

NADH und FADH2 werden im Citratzyklus gebildet, wenn ihre oxidierten Pendants (NAD+ und FAD) reduziert werden. Wird eine Substanz reduziert, dann nimmt sie Elektronen auf; wird sie oxidiert, verliert sie Elektronen. So sind NADH und FADH2 Substanzen, die Elektronen und somit Energie aufgenommen haben. In der Atmungskette gehen Oxidation und Reduktion Hand in Hand,