Physiologie des Menschen: Übungsfragen mit Erklärungen

1Was Physiologie ist: Dinge im Gleichgewicht halten

Die Physiologie ist die Lehre davon, wie der Körper funktioniert. Die Anatomie sagt dir, wo das Herz liegt; die Physiologie sagt dir, wie es pumpt und wie das Pumpen gesteuert wird.

Eine Idee zieht sich durch das ganze Fach: die Homöostase. Der Körper hält seine inneren Bedingungen, etwa Temperatur, Blutdruck, Blutzucker und pH-Wert, in einem engen Bereich.

Der größte Teil dieser Regelung funktioniert durch negative Rückkopplung. Eine Veränderung wird erkannt, und der Körper reagiert in die Gegenrichtung, sodass die Veränderung kleiner wird. Ein Regelkreis hat drei Teile:

1. Ein Rezeptor (Sensor) erkennt die Veränderung, zum Beispiel wärmeempfindliche Nervenenden.
2. Ein Regelzentrum vergleicht sie mit dem Sollwert, zum Beispiel der Hypothalamus bei etwa 37 °C.
3. Ein Effektor erzeugt die Reaktion, zum Beispiel Schweißdrüsen und sich erweiternde Hautgefäße.

Positive Rückkopplung ist selten. Sie verstärkt eine Veränderung, bis ein Ereignis abgeschlossen ist. Beispiele sind Wehen bei der Geburt (Oxytocin), die Blutgerinnung und der LH-Anstieg, der den Eisprung auslöst.

2Normalwerte und die wichtigsten Formeln

Viele Fragen gehen von einer Zahl aus. Lerne diese Ruhewerte eines gesunden Erwachsenen:

• Herzfrequenz etwa 60–100 Schläge pro Minute; Atemfrequenz etwa 12–20 Atemzüge pro Minute.
• Blutdruck etwa 120/80 mmHg. Die erste Zahl ist der systolische Wert (während sich die Kammern zusammenziehen), die zweite der diastolische (während sie sich entspannen).
• Körperkerntemperatur etwa 37 °C; pH-Wert des arteriellen Blutes 7,35–7,45.
• Ruhemembranpotenzial eines Neurons etwa −70 mV.

Zwei Formeln verbinden das Herz und die Gefäße:

CO ist das Herzzeitvolumen, HR die Herzfrequenz und SV das Schlagvolumen, das pro Schlag gepumpte Blut. Beispiel: 70 Schläge/min × 70 mL = 4900 mL/min, etwa 4,9 L/min.

MAP ist der mittlere arterielle Druck und TPR der gesamte periphere Widerstand der Gefäße. Bei 120/80 mmHg ist MAP ≈ 80 + 40/3 ≈ 93 mmHg.

Gase bewegen sich durch Diffusion, von hohem zu niedrigem Partialdruck. Sauerstoff geht aus den Lungenbläschen ins Blut; Kohlendioxid geht aus dem Blut in die Lungenbläschen. Das meiste CO₂ wird im Blut als Bikarbonat transportiert.

3Wie die wichtigsten Systeme gesteuert werden

Herzrhythmus. Jeder Schlag beginnt im Sinusknoten im rechten Vorhof, dem natürlichen Schrittmacher. Das Signal breitet sich über die Vorhöfe aus und wird dann im AV-Knoten verzögert, sodass die Vorhöfe sich fertig entleeren, bevor sich die Kammern zusammenziehen.

Im EKG ist die P-Welle die Depolarisation der Vorhöfe, der QRS-Komplex die Depolarisation der Kammern und die T-Welle die Repolarisation der Kammern.

Nerven. Bei einem Aktionspotenzial strömen Natriumionen (Na⁺) in die Zelle und verursachen die Depolarisation. Kaliumionen (K⁺) strömen dann hinaus und verursachen die Repolarisation.

Niere. Die funktionelle Einheit ist das Nephron. Das Blut wird im Glomerulus gefiltert, und der proximale Tubulus resorbiert den größten Teil des filtrierten Wassers und Natriums.

• ADH (antidiuretisches Hormon) lässt die Sammelrohre mehr Wasser rückresorbieren, sodass der Urin konzentriert wird.
• Aldosteron lässt die Niere Natrium rückresorbieren und Kalium ausscheiden. Wasser folgt dem Natrium.
• Ein niedriger Blutdruck in der Niere setzt Renin frei. Renin führt zu Angiotensin II, das die Gefäße verengt und Aldosteron freisetzt. Das ist das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System.

Glukose. Insulin senkt den Blutzucker, indem es Glukose in die Zellen bringt. Glukagon erhöht ihn, indem es in der Leber Glykogen abbaut und neue Glukose bildet.

Säure-Basen-Haushalt. CO₂ wirkt als Säure. Zu viel CO₂ (langsames Atmen) verursacht eine respiratorische Azidose; zu wenig (schnelles Atmen) eine respiratorische Alkalose. Veränderungen des Bikarbonats verursachen eine metabolische Azidose oder Alkalose.

4Wie man eine Physiologiefrage durchdenkt

Die meisten Physiologiefragen beschreiben eine Veränderung und fragen, was als Nächstes geschieht. Arbeite sie wie eine Kette durch:

1. Benenne zuerst die Größe, die sich geändert hat, etwa Blutvolumen, CO₂ oder Glukose.
2. Frage, welcher Rezeptor sie erkennt, etwa Barorezeptoren für den Druck oder Chemorezeptoren für CO₂ und Sauerstoff.
3. Finde die Reaktion und ihre Richtung. Bei negativer Rückkopplung wirkt die Reaktion der Veränderung entgegen.
4. Verfolge die Wirkungen mit den Formeln, zum Beispiel CO = HR × SV und MAP = CO × TPR.
5. Prüfe die anderen beteiligten Organe, etwa die Niere, die über Hormone langsamer wirkt.

Schreibe unterwegs kleine Pfeile: „Volumen ↓ ⇒ SV ↓ ⇒ CO ↓ ⇒ MAP ↓“. So bleibt die Richtung jeder Veränderung klar.

5Ein durchgerechnetes Beispiel

Folge der Kette Glied für Glied. Versuche, das nächste Glied vorherzusagen, bevor du es öffnest.

6Häufige Fehler

• Denken, Rückkopplung verstärke eine Veränderung. Die meiste Regelung ist negative Rückkopplung, die sie verkleinert.
• ADH (hält Wasser zurück) und Aldosteron (hält Natrium zurück, verliert Kalium) verwechseln.
• Die T-Welle als Aktivität der Vorhöfe lesen. Sie ist die Repolarisation der Kammern; die Repolarisation der Vorhöfe ist im QRS-Komplex verborgen.
• Den Säure-Basen-Haushalt falsch herum verstehen. Schnelles Atmen atmet CO₂ ab, der pH-Wert steigt also: respiratorische Alkalose.
• Bei Blutverlust erwarten, dass der Blutdruck zuerst fällt. Meist steigt zuerst die Herzfrequenz, weil die Reflexe den Druck aufrechterhalten.
• Die Diffusionsrichtung verwechseln: Gase bewegen sich immer von hohem zu niedrigem Partialdruck.

7So sehen Prüfungsaufgaben aus

• Leicht (Begriffe und Fakten): Normalwerte und Funktionen. Zum Beispiel die normale Atemfrequenz, was Blutplättchen tun oder wo der Schrittmacher liegt.
• Mittel (Anwendung der Konzepte): Mechanismen. Wie ein Hormon wirkt, was eine EKG-Welle zeigt oder wie sich eine Formel wie CO = HR × SV ändert.
• Schwer (Fälle und Analyse): ein Patient oder ein Experiment. Du liest Blutgase, sagst Schockzeichen voraus, erklärst ein Ödem oder verknüpfst eine Krankheit mit dem Mechanismus, der versagt.

Zeichne bei schweren Fragen die Pfeilkette. Beginne bei der ersten Veränderung und lass die negative Rückkopplung dir die Richtung jeder Reaktion sagen.