Availability: Tier- und Humanphysiologie | Technische Universität München

Tier- und Humanphysiologie: eine Einführung

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Main Authors:	Müller, Werner A. 1937- (Author), Frings, Stephan 1956- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin [u.a.] Springer 2009
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adam_text	Inhaltsverzeichnis 1 Energie und Leben 1.1 Energie, von der Sonne gespendet, speist alles Leben ........... 1 1.2 Stoffrecycling und Energieflüsse............................. 3 і Box 1.1 Energetik (Thermodynamik)............................... 6 1.3 Energienutzung in lebenden Systemen ....................... 9 1.4 Entropie und Leben ...................................... 12 · Box 1.2 Entropie und Verteilungswahrscheinlichkeit von unabhängigen Teilchen in einem geschlossenen Raum...... 14 1.5 Die „freie Energie G ..................................... 18 1.6 Lebewesen als offene Systeme und der Fähigkeit zur Selbstorganisation ......................... 21 1.7 Wirkungsgrade und ihre ökonomischen und ökologischen Konsequenzen ........................................... 26 Zusammenfassung des Kapitels 1 ...................................... 30 2 Energieumsetzung und Energiehaushalt 2.1 Grundlegende Prozesse des zentralen Energiestoffwechsels der Zelle .............................. 31 2.2 Start im Cytosol: die Glykolyse ............................. 38 2.3 Citratcyclus, Atmungskette und ATP-Großproduktion ........... 41 2.4 Die verschiedenen Energiespeicher und ihr besonderer Nutzen ... 44 2.5 Energieumsätze .......................................... 46 Zusammenfassung des Kapitels 2 ...................................... 53 3 Molekulare Motoren, Pumpen und Transportsysteme 3.1 Molekulare Motoren und intrazellulärer Transport ............. 55 3.2 Passage und Transport von Substanzen durch Membranen ...... 60 Zusammenfassung des Kapitels 3 ...................................... 70 Farbtafeln 1-8 .................................................... Tl VIII Inhaltsverzeichnis 4 Die Grundversorgung: Gehalt und Aufbereitung der Nahrung 4.1 Was die Nahrung enthalten sollte ...................... 71 4.2 Wozu Vitamine notwendig sind........................ 73 4.3 Tierische kontra pflanzliche Kost: Was ist Wissenschaft, was außerwissenschaftliche Einstellung? ................. 80 4.4 Die Körpergrundarchitektur eines Lebewesens spiegelt seine Strategie wider, sich die lebensnotwendige Nahrung zu beschaffen................ 83 4.5 Das Einschleusen und der Transport der Nahrung ........ 84 4.6 Der Verdauungstrakt als Fließbandstraße mit funktioneller Gliederung: ein kurzer Überblick ...................... 86 4.7 Die Salzsäure des Magens sterilisiert die Nahrung und denaturiert Proteine; die Produktion der Salzsäure erfordert eine millionenfache Konzentrierung ............ 90 4.8 Schutz vor Selbstverdauung und Regelung der Verdauungsprozesse und Arbeitsabläufe ................. 90 4.9 Enzyme und sonstige Hilfsmittel zur Erschließung der Nahrung ............................ 92 4.10 Resorption und Abtransport........................... 102 4.11 Regelung der Nahrungsaufnahme....................... 103 Zusammenfassung des Kapitels 4................................. 105 5 Die Leber und die zentrale interne Grundversorgung 5.1 Die Leber als Versorgungs-, Handels- und Entsorgungs¬ zentrale des Körpers ................................. 107 5.2 Erste Hauptfunktion der Leber ist die Bereitstellung des Blutzuckers ......................... 109 5.3 „Blutfette und andere Lipide ......................... 110 5.4 Regelung der Abgabe und Aufnahme von Blutzucker und Blutfetten über die Hormone Insulin und Glucagon....... 113 5.5 Blutproteine und Hormone als Produkte der Leber .......................................... 116 5.6 Cholesterin, seine Abkömmlinge und der entero-hepatische Kreislauf............................ 117 5.7 Exkretorische und Entgiftungsfunktionen der Leber ....... 119 Zusammenfassung des Kapitels 5 ................................. 123 6 Entsorgung und Wasserhaushalt: die Niere 6.1 Stickstoffentsorgung und extrarenale Exkretion ........... 125 6.2 Die expliziten Exkretionsorgane der Lehrbücher .......... 130 6.3 Die Niere des Menschen.............................. 132 Box 6.1 Physikalisches und Medizintechnisches zum Thema Niere.................................... 138 Inhaltsverzeichnis IX 6.4 Die Regelung der Nierenfunktion .......................... 151 Zusammenfassung des Kapitels 6 ..................................... 155 7 Immunologie und die Entsorgung großer Abfallprodukte 7.1 Entsorgung gealteter Zellen ............................... 157 7.2 Angeborene Abwehrsysteme auf der Basis eines in der Evolution erworbenen Wissens............................. 157 7.3 Das lernfähige Immunsystem der Vertebraten ................ 163 7.4 Das Generieren von Vielfalt bei der Erzeugung der Antigen- erkennenden Rezeptoren und der Antikörper................. 165 7.5 Funktionen der Antikörper................................ 170 7.6 Т -Zellen, MHC und Antigenpräsentation .................... 171 7.7 Verstärkereffekte und langanhaltende Immunität .............. 180 7.8 Lernen von „Selbst oder Fremd und Immuntoleranz.......... 181 7.9 Entzündungen, Allergien und hemmender Einfluss von Stresshormonen .............................. 185 7.10 Aus der Praxis des Labors: monoklonale Antikörper und Immunfluoreszenz ....................................... 186 Zusammenfassung des Kapitels 7..................................... 187 8 Physiologie der Erythrocyten und Atemorgane 8.1 Was „Atmung meinen kann .............................. 189 8.2 Diffusion und Konvektion der Atemgase .................... 189 I Box 8.1 Zur Physik der Atemgase................................. 190і 8.3 Hämoglobin, Myoglobin und andere Sauerstoffspeicher ........ 196 8.4 Funktion der Erythrocyten bei der Beseitigung des Kohlendioxids .......................................... 201 8.5 Atemorgane und ihre Ventilation........................... 202 8.6 Atem- und sonstige Probleme beim Tauchen................. 207 8.7 Atemnöte und Höhenkrankheit im Gebirge .................. 212 Zusammenfassung des Kapitels 8..................................... 214 9 Der Kreislauf 9.1 Verteilerflüssigkeiten vermitteln zwischen Außenwelt und Innenwelt und dienen als Spediteure im Körper .............. 217 ; Box 9.1 Ein wenig Strömungsphysik............................... 218; 9.2 Einkreissystem der Fische versus Zweikreissystem der Säuger .... 219 9.3 Im Zentrum steht das Herz ............................... 221 9.4 Die Steuerung der Blutströme ............................. 224 9.5 „Blutdruck und der weite Weg durch den Körper............ 226 X Inhaltsverzeichnis 9.6 Blutgerinnung, oder wie man Blutgefäße abdichtet............ 230 9.7 Wasserkreislauf zwischen Blutkapillaren und Gewebe und das Lymphdrainagesystem .................................... 231 Zusammenfassung des Kapitels 9 ..................................... 233 10 Das vegetative Nervensystem 10.1 Regelkreis-Automaten und ihre Kontrolle durch das autonome, vegetative Nervensystem .................................. 235 10.2 Das autonome, vegetative Nervensystem als Regel- und Steuerzentrale........................................... 240 10.3 Regelkreise für Atmung, Kreislauf, Blutdruck................. 244 10.4 Neurovegetative Steuerung durch Sympathicus und Parasympathikus ........................................ 247 10.5 Thermorégulation ....................................... 251 Zusammenfassung des Kapitels 10 .................................... 257 11 Hormonale Steuerung 11.1 Hormonale versus neuronale Signalübermittlung - Eigentümlichkeiten, Definitionen ........................... 259 11.2 Koppelung von Zentralnervensystem und Hormonsystem....... 265 11.3 Das Hormonsystem des Menschen I: Das Hypothalamus- Hypophysensystem....................................... 266 11.4 Das Hormonsystem des Menschen II: Periphere Hormonquellen (ohne Gonaden) .................. 274 11.5 Das Hormonsystem des Menschen III: Die Steuerung der Sexualentwicklung, des Menstruationszyklus und der Schwangerschaft ................................. 283 11.6 Hormonsystem der Metamorphose ......................... 291 11.7 Genregulatorische und andere Funktionen der Steroidhormone und von Thyroxin....................................... 296 Zusammenfassung des Kapitels 11 .................................... 298 12 Signaltransduktion und Signalpropagation 12.1 Signaltransduktion: Die Umcodierung einer externen Botschaft in zellinterne Signale ............................ 301 12.2 Wichtige Transduktionssysteme ............................ 303 12.3 Signalpropagation ....................................... 310 Zusammenfassung des Kapitels 12 .................................... 312 13 Biorhythmik I: Circadiane Rhythmen und innere Uhren 13.1 Circadiane Rhythmik..................................... 313 13.2 Die molekulare Grundkonstruktion der circadianen Uhr ....... 316 13.3 Zentraluhren ........................................... 319 13.4 Schlafen und Wachen .................................... 325 Inhaltsverzeichnis XI 13.5 Stoppuhren und Taktgeber ................................ 326 Zusammenfassung des Kapitels 13 .................................... 326 14 Bioelektrische Signale 14.1 Wie eine elektrische Membranspannung entsteht.............. 329 Box 14.1 Ein Minimum an Elektrophysik und Elektrotechnik aus der Sicht des Physiologen.............................. 330 Box 14.2 Gibbs-Donnan-Gleichgewicht und Nernst-Gleichung........... 341 14.2 Ionenkanäle zur Veränderung einer Membranspannung ........ 344 14.3 Fernleitung von Information über Aktionspotentiale........... 349 Zusammenfassung des Kapitels 14.................................... 355 Farbtafeln 9-16 .................................................. TU 15 Synapsen: Transmission und Verarbeitung von Information 15.1 Gap junctions als elektrische Synapsen ...................... 357 15.2 Chemische Synapsen: Informationsübertragung mittels Transmitter ...................................... 358 15.3 Konkrete Transmitter .................................... 360 15.4 Auffangen des Transmitters an der postsynaptischen Membran und Reaktion der Empfängerzelle.................. 363 15.5 Die Synapse als Ort der Datenverarbeitung und der Integration verschiedener Stimuli .......................... 366 Zusammenfassung des Kapitels 15 .................................... 371 16 Muskelmotoren, EKG und elektrische Organe 16.1 Die Arbeitsweise einer Muskelfaser ......................... 373 16.2 Der Muskel als Organ: Kooperative Leistungen ............... 382 16.3 Steuerung der Motorik über Dehnungssensoren .............. 385 16.4 Funktionelle Spezialisierung und Energiequellen .............. 388 16.5 Das Herz: sein Schrittmacher und sein EKG ................. 391 Box 16.1 Wie man fliegt.......................................... 392 Box 16.2 Das EKG.............................................. 398 16.6 Die elektrischen Organe der elektrischen Fische .............. 400 Zusammenfassung des Kapitels 16.................................... 401 XII Inhaltsverzeichnis 17 Allgemeine Sinnesphysiologie, gefühlte Welt und Körperwahrnehmung 17.1 Von der Physik bis zur Psyche: Reiz, Erregung, Wahrnehmung . . . 403 17.2 Prinzipien der Codierung................................. 408 17.3 Psychophysische Korrelate................................. 414 і Box 17.1 Die Anfange der Psychophysik .........».................. 4151 17.4 Somatosensorik: die durch Mechano-, Thermo- und Nozirezeptoren der Haut vermittelte Sensibilität unseres Körpers ............................... 417 17.5 Mentale Perzeption: konstruierte Welt und Erfahrung unseres eigenen Körpers..................... 418 Zusammenfassung des Kapitels 17 .................................... 419 18 Mechanische Sinne I; Strömungs-, Bewegungs-, Gleichgewichtssinne — und manche mehr 18.1 Vielfalt der mechanischen Sinne ........................... 421 18.2 Mechanische Sinne zur Kontrolle des Körpers und zur Detektion von Objekten in Dunkelheit und Stille ......... 422 18.3 Vielfalt mechanosensorischer Messgeräte am Beispiel der Sensillen der Insekten und anderer wirbelloser Tiere....... 423 18.4 Schwerkraftmesser und Gleichgewichtssinn................... 426 18.5 Die erstaunliche Nesselzelle ............................... 428 18.6 „Haa^ -Sinneszellen und Neuromasten der Wirbeltiere......... 431 18.7 Das Labyrinth des Innenohrs: Dreh- und Schwerkraft- und Gleichgewichtssinn ...................................... 434 18.8 Einfluss der Dreh- und Gleichgewichtssinne auf das Sehen ..... 438 Zusammenfassung des Kapitels 18.................................... 440 Farbtafeln 17-24................................................. T21 19 Das Gehör j Box 19.1 Zur Physik und Biophysik von Schall, Ton und Hören ........ 443 19.1 Unser Gehör: seine Bedeutung und unglaubliche Empfindlichkeit.............................. 449 19.2 Schwierige Untersuchungen, Modelle........................ 450 19.3 Die Übertragung des Schalls ins Innenohr................... 450 19.4 Tonhöhen-Unterscheidung (Frequenzanalyse)................. 457 19.5 Zur Perzeption: Tono topie und Lokalisation einer Schallquelle . .. 462 19.6 Hören und Ultraschallortung bei Tieren .................... 465 Zusammenfassung des Kapitels 19......,............................. 471 Inhaltsverzeichnis XIII 20 Chemische Sinne 20.1 Bedeutung und erste Übersicht ............................ 473 20.2 Der Geruchsinn des Riechepithels .......................... 475 20.3 Das Vomeronasale Organ VNO (Jacobson-Organ) ............. 480 20.4 Der Geschmackssinn ..................................... 482 і Вож 20.1 Geschmack gefunden?.................................... 488Í 20.5 Geruch- und Geschmacksinn bei Tieren..................... 490 Zusammenfassung des Kapitels 20 .................................... 492 21 Wahrnehmung elektrischer und magnetischer Felder; Infrarotortung 21.1 Elektrorezeption......................................... 495 21.2 Orientierung im Magnetfeld der Erde....................... 498 21.3 Infrarotortung .......................................... 502 Zusammenfassung des Kapitels 21 .................................... 504 Farbtafeln 25-32.................................................. T31 22 Der Sehsmn Box 22.1 Zur Physik des Lichtes....................... -___........ 505 22.1 Der Primärvorgang: vom Licht bis zum Rezeptorpotential...... 507 22.2 Abbildung: Vorbedingung für Muster- und Bewegungssehen .... 512 і Box 22.2 Zur Psychophfsik der Farben............................. 518 22.3 Farbensehen und erste Verarbeitung optischer Information in der Retina ................................ 524 22.4 Datenverarbeitung in der Retina ........................... 527 22.5 Erstaunliche Vielfalt der Lichtsinnesorgane, Aspekte der Evolution.................................... 532 22.6 Die Welt mit anderen Augen sehen: das Insektenauge ......... 538 Box 22.3 Polarisiertes Licht....................................... 540 Zusammenfassung des Kapitels 22 .................................... 545 23 Zur Funktion des Gehirns: Die Sehwelt 23.1 Vom Auge zur gesehenen Welt............................. 547 Box 23.1 Unterşuchuiigsmethoden der klassischen und neueren Neurobiologie............................... 549 XIV Inhaltsverzeichnis 23.2 Wahrnehmungspsychologie: von den Daten bis zum Bewusstsein ............................... 557 і Box 23.2 Geist und Seele - nichts als Chemie und Physik? ............ 56І! Zusammenfassung des Kapitels 23 .................................... 564 24 Lernen, Gedächtnis, prägende Erfahrung 24.1 Gedächtnisformen, Erinnerung............................. 567 24.2 Lernen und weitere Einteüungsweisen von Gedächtnis ......... 568 Box 24.1 Formen des Lernens aus der Sicht des Verhaltensforschers..... 571! 24.3 Mechanismen von Lernen und Gedächtnisbildung............. 572 24.4 Entwicklungsprägende Erfahrung........................... 576 Zusammenfassung des Kapitels 24 .................................... 578 25 Verhalten: Kommunikation, Orientierung, Navigation 25.1 Selbsterzeugte Lichtsignale ................................ 579 25.2 Chemische Signale: Pheromone ............................ 582 25.3 Im Staat der Bienen..................................... 585 25.4 Orientierung und Tanzsprache der Bienen ................... 587 25.5 Fernorientierung und Navigation........................... 591 і Box 25.1 Glossar der Verhaltensforschung zum Thema Orientierung .... 593І Zusammenfassung des Kapitels 25.................................... 598 26 Biorhythmik II: Jahres-, Mond-, Gezeitenrhythmen 26.1 Jahresrhythmen (circannuale Periodik) ...................... 599 26.2 Mond- und Gezeitenrhythmen............................. 602 Box 26.1 Geophysikalisches zu Mond- und Gezeitenrhythmen, j nebst einer Empfehlung für Exkursionen ins Watt............ 603; 26.3 Zu den inneren, physiologischen Ursachen der Langzeitcyden . .. 608 Zusammenfassung des Kapitels 26 .................................... 609 27 Ökophysiologie: Anpassungen an extreme und wechselnde Lebensräume 27.1 Leben und Oberleben in der Kälte......................... 611 27.2 Anpassung an extreme Hitze .............................. 617 27.3 Anpassungen an Sauerstoffarmut........................... 619 Inhaltsverzeichnis XV 27.4 In der Tiefsee .......................................... 623 27.5 Wechsel von Salzwasser zu Süßwasser und umgekehrt ......... 625 27.6 Wechsel von Land zu Wasser und umgekehrt: Beispiel Amphibien ...................................... 628 27.7 Wechsel der Lebensweise: freier Vagabund oder sesshaft........ 628 Zusammenfassung des Kapitels 27 .................................... 630 Anhang: Maßeinheiten und einige Standardwerte der Physiologie........ 631 Referenzen und weiterführende Literatur............................. 635 Sachverzeichnis................................................... 653
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