What is the name of this?
Guten Morgen allerseits.
Ich hoffe, es ist keine Grippeepidemie ausgebrochen oder das letzte Mal war so sterbenslangweilig,
dass alle noch zu Hause geblieben sind.
Wir, glaube ich, müssen da wiederholen.
Stimmt das?
Bei neuronaler Signalisation?
Ist das korrekt?
Gut.
Noch einmal gefragt, was ist bei der neuronalen Signalisation das Charakteristikum?
Wie könnte man das zusammenziehen und zusammenfassen?
Ich gebe euch eine Minute Bedenkzeit, mache inzwischen die Tür zu.
Keine Wortspenden.
Also, erstens, es ist ein Langstreckenverbindersystem.
Potenziell.
Nicht alle Neurone haben lange Axone, aber potenziell haben sie die Möglichkeit, über
lange Strecken die Verbindung herzustellen.
Im Gegensatz zu der zweiten Form von Langstreckenverbindern, also der Endokrinensignalisation, ist hier
die Übertragung umschrieben.
Typischerweise synaptisch oder zumindest in einem Umbereich, der sich klarer definieren
lässt, als das bei einer Endokrinensignalisation über die Blutbahn geht.
Wichtig ist, dass Nervenzellen abhängig davon, wie weit die Strecke der Verbindung ist, über
Membranpotenziale arbeiten.
Das heißt, das Potenzial entsteht irgendwo an der Membranoberfläche und breitet sich
dann per Kontinuität aus.
Das reicht, wenn der Fortsatz kurz ist.
Bei langen Fortsätzen braucht man ein Aktionspotenzial.
Das Aktionspotenzial arbeitet mit spannungsgesteuerten Ionenkanälen, das kennen Sie ja jetzt schon,
und so kann man über lange Strecken die Spannung konstant hochhalten.
Insgesamt haben wir pro Nervenzelle, das betrifft jetzt nicht alle, aber doch eine Vielzahl,
100.000 Signaleingänge, also unglaublich viel.
Da müsst ihr euch überlegen, dass also diese ganzen Synapsen arbeiten müssen.
Das heißt, man hat für Nervenzellen einen eminenten Energieaufwand, um die Membranstabilität,
um die Membranspannungen, um die Membranrepolarisationen aufrechtzuerhalten.
Also, langstrecken Verbindungen brauchen ein Aktionspotenzial.
Wir haben gesagt, es gibt grundsätzlich bei den Synapsen zwei Formen.
Es gibt die exzitatorische und die inhibitorische Synapse.
Wenn Sie das jetzt punktuell beschreiben müssten, wo ist der Unterschied?
Wie definiert sich eine exzitatorische wie eine inhibitorische Synapse?
Also, exzitatorische Synapse arbeitet mit einem Influx von Natrium.
Das ist der Ruhezustand.
Der Ruhezustand zeigt sich so, dass die positiven Ladungen außen sehr zahlreich sind, innen
die negativen Ladungen.
Das spricht für eine hohe Polarisation.
Diese Polarisation wird durch die Öffnung eines liganten gekoppelten Kanals aufgelöst,
in dem Natrium einströmt.
Natrium strömt also ein, die positiven Ladungen werden daher innen mehr.
Das ist der Vorgang der Depolarisation.
Bei der inhibitorischen Synapse ist es so, dass nach Öffnung des Ionenkanals Chloridionen
einströmen.
Das heißt, die Negativladungen auf der Innenseite werden entsprechend mehr.
Es entsteht eine Hyperpolarisation.
Ihr müsst euch vorstellen, dass diese Dinge ja immer hunderttausendmal in unterschiedlicher
Proportion stattfinden.
Das heißt, pro Zeitquant treffen auf die Membran so und so viele exzitatorische, so
und so viele inhibitorische Impulse ein und letztlich entscheidet der Nettobetrag darunter,
ob die Zelle feuert oder nicht.
Es geht also nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip.
Die Signalisation über den direkten Zellkontakt, wir haben gesagt, da gibt es bestimmte Zellen,
die sich besonders dieser Art der Informationsweitergabe bedienen.
Welche?
Na, pass auf.
Schau, Zytokine sind Signalmoleküle.
Klar, Frau Kollegin, es ist so, die Zelle und das betrifft schon Immunzellen, auf die
wollte ich nämlich hinaus.
Immunzellen produzieren, nicht nur Immunzellen, aber die typischerweise, produzieren Zytokine.
Die Zytokine werden dann freigesetzt und das ist dann aber was für eine Art von Kommunikation.
Paracrin.
Das heißt, Zellkontakte sind das, was der Begriff meint.
Das heißt also, es werden wirklich von Zelle zu Zelle im Direktkontakt Informationen weitergegeben
oder Vorgänge ausgelöst.
Verständlich?
Gut.
Also, wir haben gesagt, hier würde eine Entzündung stattfinden, in diesem Bereich.
Und wie geht es weiter?
Gut, also, gut, okay.
Also, Sie meinen, wenn hier eine Entzündung ist, dann werden hier Lymphozyten, Monozyten,
Makrophagen aktiviert.
Stimmt, ja.
Und was passiert dann im nächsten Schritt?
Richtig.
Dann geht eine paracrine Kommunikation los und dann?
Ja, aber wohin wird das Signal übermittelt?
Es ist alles auf dem Schema zu sehen, aber Sie müssen es jetzt der Reihe nach hinbringen.
Jawohl, genau.
Also, das war wunderbar.
Die Zytokine geben ein Signal an die Endothelzellen, der Kapillare, und dadurch kommt es zu einer
Expression von Oberflächenrezeptoren, Lektinen.
Und diese Lektine sind gewissermaßen Kupplungselemente, wo vorbeiströmende Granulozyten andocken
können.
Wir haben gesagt, das ist eigentlich eine Modellvorstellung, die im ersten Moment geistige
Widerstände erzeugt, weil man sich sagt, die Blutströmung ist ja doch etwas sehr Zügiges,
nicht?
Nur stellen wir uns unter Blutströmung immer etwas vor.
Wenn Sie sich eine Arterie verletzen, dann spritzt es.
Wenn Sie sich eine Vene verletzen, dann fließt das Blut auch verhältnismäßig schnell.
Wie ist es aber in den Kapillaren?
Ja, warum?
Kontinuitätsprinzip.
In einem geschlossenen System ist das Verhältnis so, wenn Sie eine Zeiteinheit nehmen, dann
sollte in dieser Zeiteinheit durch das gesamte System, also zu gleichen Zeiten, gleiche Mengen
durchfließen.
Haben Sie jetzt einen kleinen Durchmesser, wie bei der Aorta, Sie werden sagen, die Aorta
hat einen großen Durchmesser, zwei Zentimeter und ein bisschen mehr.
Stimmt schon.
Aber in Bezug auf die Gesamtfläche der Kapillaren ist das Minimum.
Die Kapillaroberfläche ist riesengroß.
Das heißt, wenn durch diese verhältnismäßig kleine Aorta das Blut durchgeht, dann schießt
es wie ein Pfeil.
Wenn Sie eine Angiografie machen und Sie schießen Kontrastmittel in die Aorta, das pfeift durch.
In der Kapillare oder in der Endstrecke, sagen wir allgemein, wird die Strömung ganz langsam.
Und das ist der Grund, warum diese Andockmanöver funktionieren.
Wenn Sie das in einer Arterie probieren oder in einer Vene, keine Chance.
Ist es klar.
Bitte merkt sich, das ist ganz wichtig.
Bei geschlossenen Kreisläufen, wir haben gesagt, es gibt auch Organismen, die haben
offene Zirkulationen.
Ein geschlossenes Kreislaufsystem hat aufgrund dieser Strömungsverhältnisse die ganze Kommunikation,
den ganzen Austausch in der Endstrombahn.
Alles, was raus muss, geht über die Endstrombahn hinaus.
Alles, was rein soll, also Metaboliten, Abbauprodukte, das geht eben auf diesem Weg auch wieder hinein
und nur über den Kapillarbereich.
Die humorale Signalisation, wir haben gesagt, ist vergleichsweise langsam.
Sie wirkt aber nachhaltig.
Das heißt, sie ist viel nachhaltiger wirksam als die neuronale Signalisation.
Sie ist also in erster Linie für eine kontinuierliche Wirkung da.
Es gibt aber Ausnahmen.
Ausnahmen sind zum Beispiel, wo die Wirkung von einem Hormon ganz plötzlich kommt, sehr
schlagartig.
Adrenalin wäre ein Beispiel, ja.
Cortisol wäre ein Beispiel.
Was wäre ein Beispiel, das nur die Darmen betrifft?
Na, wäre das Erste, was einem dazu einfällt, ja.
Aber, na, Oxytocin.
Oxytocin macht, wenn ein kleines Kind an der Mamille nuckelt, schießt sofort die Milch
ein.
Und warum?
Weil es über einen Oxytocin-Aktivierungsmechanismus zur Laktation kommt.
Also da, das ist so eine Ausnahme.
Oxytocin macht vieles.
Das macht nicht nur eine Milchejakulation, sondern es macht andere Dinge auch noch.
Aber merkt es euch grundsätzlich diese Funktionen, ja.
Hier ist das Oxytocin noch einmal als Beispiel herausgestrichen.
Rasche Reaktionsabläufe gibt es also und die Milchejektion, die ist in 10 Sekunden
da.
Also ganz schnell.
Dann haben wir gesagt, Hormone sind aufgrund ihres Verteilungsmechanismus in starker Verdünnung.
Das heißt also, es wird irgendwo von einem Endokrinensystem freigegeben, verdünnt sich
in der Blutbahn und braucht dann entsprechend amplifizierende Rezeptoren, damit die Wirkung
überhaupt erfolgen kann.
Es ist so, dass bevor wir noch neuronale Signalisation hatten, war die neurohumorale Signalisation
in den früheren Bauformen von Organismen, das Konstruktionsprinzip gewissermaßen am
Platz.
Später haben sich dann zunehmend in den Nervensystemen die Neurotransmitterfunktionen herausgebildet.
Das müsst ihr nicht so genau wissen.
Ich möchte nur gerne, dass ihr einmal eine Vorstellung bekommt, wie die gleichen Substanzen
im Laufe der Entwicklung neue Funktionen annehmen.
So ergibt sich, dass Adrenalin ein Hormon ist, aber auch ein Neurotransmitter.
Verstehen Sie, das ist der Hintergrund von der Sache.
Aber ursprünglich waren Nervenzellen etwas, was das Sekret irgendwie in eine Hämolymphe
oder dann eben auch ins Blutsystem freisetzt.
Und von dort geht es dann weiter.
Das heißt, die neuronale Signalisation ist eigentlich eine Neuzurüstung.
Und in unserem Nervensystem oder in anderen Nervensystemen von Säugetieren sind dann
beide Signalisationsformen in Anwendung.
In unserem Hirn gibt es wie bekannt in erster Linie neuronale Signalisation, aber wir haben
auch ganz wesentliche Bereiche, wo eine neuroendokrine Signalisation stattfindet.
Also die Hypothalamo-Hypophyseäre Achse, wo von der Hypophyse dann das Hormon in die
Blutbahn geht oder ein Releasing-Hormon.
Und die arbeiten gewissermaßen immer im Konex im Verbund.
Wenn Sie jetzt wieder die allgemeinen Prinzipien rekapitulierend sich überlegen, was kann
denn das für einen Sinn haben, so eine Hypothalamo-Hypophyseäre Achse in ein komplexes Nervensystem
einzubauen?
Was hat denn das für eine Wirkungscharakteristik?
Die Neurosegretion mit letztlich humoraler Auswirkung nach draußen.
Richtig, genau, das heißt es verbindet die beiden Funktionsweisen und es ist gewissermaßen
die Grundlage für integrative Programme.
Integrativ klingt immer so, man weiß nicht recht wie, man kann sich nichts darunter vorstellen.
In dem Fall ist es aber ganz klar, müsst ihr euch denken, ich habe eine Stresssituation,
physischer oder psychischer Stress bewirkt unter anderem, nicht nur, aber unter anderem,
dass ein Cortisol-stimulierender Achsenmechanismus in Gang kommt.
Das heißt vom Hypothalamus geht ein Signal zur Adenohypophyse und von der Adenohypophyse
zur Nebennierenrinde.
Und dort wird dann Cortisol freigesetzt und dieses Cortisol wirkt dann an verschiedenen
Stellen in verschiedenen Gewebenorganen auf verschiedene Art und Weise.
Die haben alle den gleichen Rezeptor, aber die Wirkungen in der Zelle sind dann sehr
sehr unterschiedlich.
Aber sie dienen alle miteinander im Konzert der Anpassung an diesen Stressor.
Blutzucker steigt, Lipolyse geht los, Immunsuppression findet statt und so.
Sie verstehen?
Das ist also ein Prinzip mit einer starken Divergenzwirkung.
Ein Signal und 20 Wirkungen.
Zum Thema Zytokine noch einmal wiederholt, nicht nur Immunzellen bilden Zytokine außerhalb
des Nervensystems, sondern auch andere Zellen, Fibroblasten zum Beispiel, manche Epithelzellen
können das, aber in erster Linie sind sie Immunzellen.
Gibt es noch ein anderes Zytokinensystem?
Die Blut-Hirn-Schranke separiert?
Genau, richtig.
Sie meinen schon das Richtige.
Das periphere Zytokinensystem klopft gewissermaßen an die Blut-Hirn-Schranke und jenseits der
Blut-Hirn-Schranke gibt es auch ein Zytokinensystem, wo alle Bestandteile des Nervengewebes miteinander
über Zytokine kommunizieren.
Also nicht nur Mikroglialzellen, sondern auch Astrozyten, Oligodendrozyten, Nervenzellen
haben über Zytokine eine Kommunikation miteinander und wie Sie sagen, die Blut-Hirn-Schranke
ist das Relay, wo vom periphere Zytokinensystem zum zentralen Zytokinensystem die Brücke
geschlagen wird.
Und wie schaut die Brücke jetzt aus, biochemisch?
Kommen Sie, Sie wissen das.
Also, ein wichtiges, das bitte merkt es euch wirklich, das ist gut, wenn man das weiß,
das werdet Sie in anderen Fächern zigmal brauchen.
Also, unter anderem Interleukin-1-Beta in der Blutbahn, eines der vielen Zytokine, wirkt
an der Blut-Hirn-Schranke eine Aufregulation von COX-2, also Zyclooxygenase-2 und Prostaglandin-E2.
Und die aktivieren dann jenseits der Blut-Hirn-Schranke das ZNS-Zytokinensystem.
Und wozu machen die das?
Um das Nervensystem vorzubereiten, damit unter Umständen eindringende Bakterien oder sonst
Erreger dort schon abgefangen werden können.
So, bitte nicht hinschauen, überlegen, wie könnten wir Hormone von ihrem Wirkungsangriffspunkt
oder ihrem Wirkungszielpunkt definieren.
Hormone wirken an Zellen, Zielzellen.
Wo?
An Rezeptoren, gut.
Aber wie?
Außen oder Innen?
Genau.
Wovon hängt es ab?
Natürlich vom Rezeptor, aber ob es durch die Zellmembran durch kann oder nicht.
Und was ist der determinierende Faktor?
Richtig, genau, Sie wollten es auch sagen.
Also, es ist ein Hormon, das außen andockt, gibt damit zu erkennen, dass es was ist.
Hydrophob haben Sie gesagt, Lipophob.
Man sagt nicht Lipophob, aber Sie meinen es richtig.
Also Hydrophil.
Gut.
Weil draußen ja ein wässriges Milieu ist.
Innen ist auch wässriges Milieu, aber dazwischen ist eine besonders stark durch Lipide determinierte
Grenzschichte und durch das muss es durch.
Frau Kollegin hat das letzte Mal richtig überlegt, naja, das sind ja hydrophile Kopfgruppen da,
nicht?
Das war Ihre Überlegung und damit hatten Sie auch vollkommen recht.
Nur, wissen Sie, die hydrophilen Kopfgruppen sind insgesamt, was die Passage betrifft,
hinter den Lipiden nach, also hinter den Kohlenwasserstoffketten.
Deswegen ist der Lipidanteil gewissermaßen der Kohlenwasserstoffkettenanteil das entscheidende.
Lipophile Hormone gehen da durch, hydrophile gehen dort nicht durch.
So, das wäre also jetzt Prima Vista, was für eines.
Ein Lipophilis, genau.
Also, ich habe euch gesagt, diese Folien sind nur gewissermaßen noch einmal zur Erläuterung,
zur Erklärung.
Wir haben hier noch einmal in Memoriam die verschiedenen Formen, wie Rezeptoren aktiviert
werden können.
Das bitte merkt euch, diese vier Grundformen, die es da gibt.
Es gibt die Spannungsgesteuerten, also die Spannung oder die Änderung der Spannung öffnet
oder schließt die Bohre.
Es gibt solche, die einen extrazellulären Liganden binden.
Es gibt solche, die einen intrazellulären Liganden binden.
Wenn der also da durch muss, ist er auf jeden Fall Lipophil.
Und dann gibt es mechanische Aktivierung, also durch einen mechanischen Reiz.
Wir haben das Innenohr genannt, beziehungsweise die Oberflächenbehaarung der Haut zum Beispiel.
Da werden Calcium-Signale ausgelöst und die machen dann den Reiz.
Was da drinnen passiert in der Zelle, nachdem eine solche Aktivierung durch ein Hormon
stattgefunden hat, ist unterschiedlich.
Ein wichtiger und typischer Mechanismus ist die G-Protein-Koppelung.
Also über G-Proteine geht dann eine Reaktionskaskade los, die mit dem endet, was hier aufgezeigt
ist.
Das müsst ihr im Detail nicht wissen für die Prüfung.
Ich möchte nur, dass ihr das Prinzip versteht.
Dann gibt es eben enzymgekoppelte Vorgänge, wo ein Hormon einen Enzymprozess auslöst.
Und dann haben wir gesagt, die Neurosegretion ist eben eine frühe Form der Signalisation,
bevor die neuronale Signalisation stattgefunden hat.
Diese Kolonne müsst ihr nicht wissen.
Es zeigt sich nur in der vergleichenden Biologie, wo es sich lohnt, sich manchmal mit der vergleichenden
Biologie zu befassen, weil Sie dann sehen, dass sich die Prinzipien wiederholen und es
mit einfacheren Organismen leichter ist, den Grundvorgang zu verstehen, als dann bei Komplexen.
Insgesamt also sind diese Kolonne hier eindrucksvoll genug bei E-Wertebraten und Wertebraten übereinstimmend.
Also die kann man auch sehr gut in E-Wertebraten studieren.
Ich habe euch das Insulin als Beispiel genannt.
Also die biochemische Sequenz des Insulins wurde am Insulin der Fliege entdeckt und klar
gemacht und sie gilt für den Menschen in gleicher Weise.
So, dann haben wir gesagt, die hormonelle Signalisation geht am besten in geschlossenen
Kreislaufsystemen vor sich.
Da haben wir das, was wir jetzt besprochen haben.
Einen raschen arteriellen Zuleiter, eine hohe Oberflächenvergrößerung im Kapillarstrombett
mit gleichzeitiger Strömungsverlangsamung und dann den venösen Rückfluss.
Insekten zum Beispiel haben das nicht.
Die haben so ein Rohr, das ist gleichzeitig Herz und Aorta.
Da gibt es über Ventile einen Rückfluss dieser sogenannten Hämolymphe in das System.
Das wird da wieder hinausgepumpt.
Man kann sich vorstellen, das ist ein sehr grober Umwälzungsmechanismus, der eine gezielte
Verteilung von Signalmolekülen nicht unbedingt begünstigt.
Deswegen brauchen die, wenn sie nicht zu Fuß gehen, sondern fliegen, für die Flügelmotoren
spezielle kleine Kreisläufe, die das Substrat präziser anliefern.
Das ist der Sinn dieser Abbildung hier.
Die Flügelmotoren sind gewissermaßen durch einen Spezialzirkulationsmechanismus sicher
gemacht, denn wenn beim Fliegen plötzlich die Energie ausgeht, ist das selbst für eine
Fliege ein Problem.
Dann haben wir gesagt, was sind grob zusammengefasst die Entwicklungsschritte zu nervensystemen,
zu komplizierten Nervensystemen.
Es geht nicht immer nur ums Nervensystem, ihr werdet sehen, wir reden über andere Organe
genauso.
Aber wie geht es los und wie geht es weiter?
Der erste Schritt war, dass wenn ein Funktionselement, wie zum Beispiel die Muskulatur, eine Steuerung
braucht, dann ist es sinnvoll, wenn man die Steuerungselemente sehr nahe an das Zielorgan
oder die Zielzelle heranbringt.
Kurzer Weg, schnelle Leitung damit und ich brauche kein Myelin.
Ihr werdet sehen, das Myelin ist etwas, was erst in großen Organismen notwendig wird,
weil in diesen kleinen Abständen ist die Leitung schnell genug, da brauche ich nicht einen
Leitungsbeschleuniger.
Also mit einem Wort, es clustern die Neurone um das Zielgewebe herum.
Wenn jetzt die Organismen größer werden, dann werden diese Abstände natürlich auch
größer werden müssen und es werden neue Funktionen dazukommen, die integriert werden
sollten.
Das heißt, es entstehen dann als nächster Schritt so Strickleiternervensysteme, in denen
sich die Bauelemente wiederholen.
Das ist so ein Grundmodul und das wiederholt sich zigmal.
Strickleiternervensysteme sind gewissermaßen die Bauvorlage für unser was?
Was an unserem zentralen Nervensystem?
Gehirn nicht, sondern Rückenmark.
Nämlich diese repetitiven Module.
Wir nennen sie dann bei uns Segmente.
Das heißt also, das schaut eins im Prinzip wie das andere aus, die sind miteinander verschaltet
und das Ganze hat noch eine verhältnismäßig einfache, serielle Geometrie.
Und dann erst kommt die Zephalisation.
Das heißt also, bei linksaxial gebauten Spezies wie Mensch, brauchen wir einen Schädel,
in dem die Sinnesorgane untergebracht sind, jedenfalls die meisten.
Das macht es ja so kompliziert.
Die ganze Kopfanatomie ist so kompliziert, weil die ganzen Sinnesorgane da in der Nähe
untergebracht sein müssen und das sollte möglichst auf kurzem Weg Signale zum Gehirn
weiterleiten.
Deswegen ist die Schädelbasis wichtig zu wissen, deswegen sind die Hirnnerven, ist
der Hirnstamm ein komplexes Etwas, geschweige denn der Rest.
Also ihr seht Strickleiternervensysteme zunächst und dann entwickelt sich da ein Hirnbläschen,
das immer größer wird.
Das ist etwas, was bei linksaxialer Bauform von Lebewesen sich durchsetzt und Sinn macht.
Bei einer Qualle zum Beispiel oder bei einem Seestern ist der Nervenring das Grundprinzip.
Die haben ja keine Linksachse.
Wenn Sie sich dieses Ding anschauen, diese Tentakel sind ja eigentlich nicht Teil des
Körpers in dem Sinn, sondern der Körper ist das und da ist so ein Nervenring eigentlich
das günstigere Bauprinzip, so wie auch beim Seestern.
Was braucht ein großer Organismus noch an Adaptierungsmechanismen?
Erstens, wir verarbeiten ohne dass wir es wissen parallel.
Das heißt, unsere Signalverarbeitung geht vielfach parallel vor sich.
Haben Sie irgendwelche Beispiele dafür?
Wahrscheinlich noch nicht, macht aber nichts.
Merkt es euch nur, die Tatsache, dass das so ist, können wir nutzen, wenn ein System
ausfällt, zum Beispiel irgendein Regulatorsystem für Blutdruck und Herzfrequenz, dann wird
das, wenn es plötzlich auftritt, eine Störung erzeugen.
Die Störung dauert aber nicht lang, weil dieser Regulationsmechanismus parallel noch
einmal vorhanden ist.
Über eine andere Schaltung, vielleicht über einen anderen Signalisationsmechanismus, aber
das übernimmt dermaßen vollständig, dass der Ausfall eigentlich dann nicht mehr zu
Buche schlägt.
Andererseits, wenn ein Ausfall von einem System bei dieser Parallelverarbeitung als Denkvoraussetzung
stattfindet, dann kommt gar keine Störung zustande, weil das sofort kompensiert wird
im Verlauf.
Sehr gut, dass wir das haben, sonst hätten wir mit manchen medizinischen Interventionen
nicht so viel Erfolg, wie wir es haben.
Nervensysteme sind spezialisiert, haben wir gesagt.
Wir leben besonders vom Visuellen, andere Tiere wie Fledermaus und so von akustischer
Echo-Ordnung, olfaktorisch, nicht nur Insekten, wie wir wissen, auch die Hunde haben da die
Nase am Boden und so spezialisieren sich eben die Dinge.
Wir haben gesagt, dass zunehmend, wenn sich das Gehirn weiterentwickelt, das Rückenmark
unter permanente und zunehmende Kontrolle des Gehirns gestellt wird.
Und wir haben aber einen Zustand erwähnt, wo diese sozusagen Steuerung wegfällt und
dann die ursprünglichen Funktionen des Rückenmarks wieder eher demaskiert hervortreten.
Was war das für ein Beispiel?
Thema Straßenverkehr oder sonstige Unfälle.
Also wenn Sie sowas einmal gesehen haben, tragisch genug, Mensch bricht sich die Halswirbelsäule,
das Rückenmark ist durchdrehend.
In der ersten Zeit, das dauert unterschiedlich lang, tut sich einmal gar nichts.
Also es sind überhaupt keine motorischen und aber auch keine vegetativen und sensiblen
Reaktionen in abgestimmter Form möglich.
Das ist das kritische Stadium, dass man einen Menschen über das drüber bringt.
Der kann nicht Temperatur regulieren, die Peristaltik setzt aus, alle diese Dinge.
Richtig.
Und dann beginnen die Reflexe wieder zu arbeiten und auch die vegetativen Reflexe kommen wieder.
Das zeigt, dass grundsätzlich diese modularen Funktionen nicht aufgelassen wurden, sondern
sie sind weiterhin da.
Aber sie sind so unter Kontrolle des Gehirns, dass sie unter regulären Funktionsbedingungen
nicht aufscheinen.
Aber wie Sie richtig sagen, von diesen wiedererlangten Reflexen lebt so ein Mensch dann.
Es stellt sich wieder sowas ein wie eine periodische Blasenentleerung, Darmentleerung, all diese
Dinge.
Bitte, Herr Kollege.
Richtig.
Ja, ja.
Das heißt, es ist dann so, dass das Rückenmark gewissermaßen ohne Kontrolle von oben mit
den inneren Organen in reflexmäßiger Beziehung steht.
Wie auch sonst.
Aber das wird normalerweise nicht dekouvriert, weil von oben dauernd fördernde oder hemmende
Impulse runterwirken.
So, nächstes Thema, ganz wichtiges, auch nicht nur in der Neurologie, auch in anderen
Geweben und Organen.
Was verstehen Sie unter Zytoskelett?
Sehr gut.
Die Frau Kollegin sagt, das ist ein Ensemble von Elementen, im Detail drei verschiedene
Grundelemente, die es da gibt, die einerseits die Stabilität innerhalb der Zelle gewährleisten,
das heißt in der Zelle so was wie ein trajektorielles Stützsystem, wenn Sie sich vorstellen, so
wie Ingenieursarchitektur, wie der Eiffelturm oder das Palmenhaus, mit diesen Verstrebungen.
So ungefähr arbeitet das Zytoskelett, verankert auch zu den nächsten Zellen hin, wie wir
sehen werden.
Und das zweite ist, wie Sie richtig sagen, es hat in bestimmten Geweben, wie eben zum
Beispiel in der Nervenzelle und da ganz besonders wichtig, Transportfunktion.
Also das Zytoskelett hat Transportfunktionen, synthetisierte Moleküle werden weitertransportiert
an den Ort, wo das Ding gebraucht wird.
Der Größe nach Mikrodubuli, das sind die größten, dann die Neurofilamente, die gehören
zu den sogenannten Intermediärfilamenten und die Mikrofilamente, da ist das Actin zu nennen,
das Nervengewebe in der Muskulatur, werden wir davon reden.
Die Mikrodubuli sind also große Röhren im Axon, unter uns gesagt auch im Tendriten,
bestehen aus solchen Grundeinheiten.
Die können nach Bedarf verlängert, verkürzt werden, da wird ATP verbraucht und mit diesem
ATP, mit dieser Energie, die bei ATP-Verbrauch freigesetzt wird, kann man so einen Tubulus
verlängern, verkürzen, das heißt auf Formveränderungen der Zelle reagieren im Ganzen.
Bitte merkt euch, es gibt also den sogenannten Anthrogradentransport, von Nervenzellkörper
zum Terminal und den Retrogradentransport, blau, von der Peripherie zurück, mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten.
So ungefähr darf man sich das vorstellen.
Die kinesine, das sind so Transportvehikel, die den Anthrogradentransport, also zum Terminal
hin, bewirken.
Die dünne Ene transportieren Retour.
Das kann wichtig sein.
Neurofilamente, wie gesagt, sind ein Subtyp von Intermediärfilamenten, die so auch in
anderen Geweben vorkommen, dienen der Stütze- und Halterungsstruktur.
Ihr seht also, Intermediärfilamente kommen zytoplasmatisch vor, heißen dann Neurofilamente,
Vimentin, da in verschiedenen Kategorien von Geweben und Keratine in Epithelien und dann
gibt es auch noch Nukleare.
Wichtig ist, dass diese ganzen Halterungsstrukturen nicht nur intrazellulär die Verbindung herstellen,
sondern auch zwischen den Zellen über entsprechende Kupplungselemente oder Verankerungselemente
miteinander verbunden sind.
Und die Tragik will es, dass es genetische Defekte gibt, wo Menschen diese Verbindungselemente,
diese Kupplungselemente nicht ausbilden können, die sich dann wegen jeder Kleinigkeit verletzen.
Also da sieht man erst, welcher Belastung unter Normalumständen die Haut ausgesetzt
ist.
Die Verankerung macht Zerrungs- und Scherungskraftwirkungen und die sind von Kopf bis Fuß voller Strie,
Narben, also Armen.
So, Zytoskelett am Beispiel der Muskulatur, um euch zu zeigen, wie unterschiedlich das
in verschiedenen Organen umgesetzt ist.
Hier haben wir die Kontraktionselemente.
Bitte merkt euch, ein Sarcomere ist die Kontraktionsgrundeinheit im quergestreiften Muskel.
Das heißt, von einem dieser Z-Streifen hier, zum anderen, das ist eine Funktionsgrundeinheit.
Und wie man sieht, sind die seriell geschalten, also die kommen hintereinander.
Der Kontraktionsvorgang ist so, dass diese Filamente, die Actin- und Myosin-Filamente
gegeneinander gleiten und das macht die Kontraktion.
Die Relaxation ist dann die Auflösung dieses Ganzen.
Was gibt den Lenkungsimpuls?
Was ist das Steuerungssignal, wenn ich so machen will?
Einmal als erstes, richtig.
Das heißt, es ist ein Langstreckenverbinder.
Wenn es zum Bizeps soll, gibt es relativ lange Axone, also habe ich ein Aktionspotenzial.
Ganz richtig.
Und wenn es dort angekommen ist, wo kommt es an?
Motorische Endplatte, super.
Was wird dort freigesetzt?
Acetylcholin als Neurotransmitter, perfekt.
Und was macht das dann?
Ja, aber wie?
Super, wunderbar.
Jetzt habt ihr die ganze Sequenz hingekriegt.
Das heißt, über ein Calcium-Signal wird dann die Depolarisation eingeleitet, Kontraktion
läuft, das ist es.
Das ist wirklich nur zur Veranschaulichung, damit Sie sich daran erinnern können.
Das war's.
Jetzt einmal mit dem.
Gibt es Fragen?
Keine.
Gut.
Möglicherweise muss ich mich entschuldigen.
Für ein technisches Problem.
Das ist Zellphysiologie Nummer 4.
Genau, habt ihr das eh?
Gut, also das sollte vollständig sein und wenn nicht, dann werde ich dafür sorgen,
dass ihr das noch einmal kriegt.
Schön.
Also, wir haben gesagt, Zellverbindungen, ein bisschen haben wir jetzt schon über die
mechanischen geredet, sind unterschiedlich.
Es gibt unterschiedliche Formen und eigentlich haben wir schon eine Reihe von denen durchdiskutiert.
Beginnen wir ganz oben.
Versucht es bitte in sportlicher Manier nicht abzulesen.
Tight Junctions, wie könnte man die jetzt grob charakterisieren?
Für die Zellpolarität zuständig, wobei Sie ganz richtig Polarität sagen, aber was
meinen Sie jetzt mit Polarität?
Ist das was Elektrisches?
Also, er sagt Polarität und das ist korrekt, nur es ist nicht die elektrische Polarität
gemeint, sondern wenn Sie sich das so anschauen, dann wäre das hier eine Epithelzelle, Resorptionsoberfläche
sehr groß und hier ist eine Tight Junction.
Die Zelle ist durch diese Tight Junction polarisiert.
Da unten ist der Zellspalt gewissermaßen mit dem Extrazellulärraum kontinuierlich.
Dort oben ist aber Schluss mit lustig, da ist kein Übergang und deswegen ist es polarisiert
von der Resorptionsoberfläche zur Übertragungsoberfläche, die zwei Bereiche.
Super, gut.
Mehr hat Tight Junctions also, Beispiele, Blut-Hirn-Schranke und Resorptionsoberflächen.
Überall dort, man kann es sich vielleicht so herleiten, wo Barrierefunktionen extrem
wichtig sind.
Das ist im Zentralnervensystem deswegen so, weil das Nervengewebe extrem stabile Milieubedingungen
braucht.
Das ist nicht so wie im Muskel- oder im Fettgewebe, Bindegewebe, da kann der pH-Wert ein bisschen
schwanken, da kann unter Umständen eine Metabolitenkumulation da sein, die nicht unbedingt sofort die Funktion
stört.
Im Nervengewebe schon, deswegen ist die Abschottung gegenüber dem Blutkompartment recht strikt,
damit dann nichts durchgeht, was nicht soll.
Und das gleiche ist der Fall im Gastrointestinaltrakt, hier, Darminhalt, Bakterien und so, das sollte
nicht in den Extrazellulärraum gelangen, sondern da oben bleiben und von den entsprechenden
Regulationssystemen abhängig bleiben.
Gut, dann haben wir hier die Adherence Junction und die Desmosome, das sind unterschiedliche
Konstruktionsformen von Kontakten zwischen Zellen.
Dann haben wir hier die an der Basis liegenden Hämidesmosomen, die im Prinzip das Ähnliche
sind wie hier, nur verbinden die die Zelle mit der Basalmembran, also nicht Zelle zu
Zelle, sondern Zelle zu Basalmembran.
Damit das nicht rutscht an der Unterlage.
Und was könnt ihr mir über GAP Junctions wiederholen?
Sehr gut, also sind von der Konstruktionsgrundform was?
Sie sind wie Kanäle, genau.
Also es sind eigentlich Kanalverbindungen zwischen den Zellen.
Und jetzt sagen Sie es noch einmal, was machen die?
Doff-Austausch, richtig.
Also das heißt, sie haben die Potenz, metabolische Schleusen zu bilden.
Das heißt, von einer Zelle geht irgendein Metabolit in eine andere Zelle über.
Was noch?
Informationsübertragung.
Informationsübertragung ist richtig.
Wie stellen Sie sich das vor?
Hormone durchgehen.
Ja, auch das mal.
Aber wichtig ist, zum Beispiel kleinere Moleküle.
Zum Beispiel eine Zelle erzählt der anderen, wie es ihr gerade geht und bittet um Nachbarschaftshilfe.
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
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Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, über Ionen und welche?
Ja, richtig.
Verstanden? Das bezieht sich nicht nur auf Flüssigkeitsbewegung.
Bei der Flüssigkeitsbewegung will man eine laminare Strömung haben.
Das bezieht sich auch zum Beispiel auf etwas anderes.
Was ist das?
Das ist eine Laminare Strömung.
Das ist eine Laminare Strömung.
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Was fällt Ihnen denn auf an diesem Gehirn des Igels?
Wenn Sie vielleicht diese Zeichnung da auch noch in Betracht ziehen.
Es ist kleiner, der Igel ist auch.
Es ist kleiner, der Igel ist auch.
Er selber kleiner, aber ...
Die Proportionen, meinten Sie, und das ist richtig.
Das ist der Olfaktorius beim Menschen, also lächerlich.
Der da. So schaut er beim Igel aus.
Der hat einen riesigen Olfaktorius und lebt von seiner olfaktorischen Information sehr.
Der hat einen riesigen Olfaktorius und lebt von seiner olfaktorischen Information sehr.
Der hat eigentlich relativ wenig Hirnrinde.
Das ist ein Makake. Das sind so kleine Affen, sehr lieb, mit großen Ohren, großen Augen.
Und da sieht man Veränderungen in bestimmten Bereichen des Gehirns, also Wachstumsveränderungen.
Und zwar im Frontallatenbereich und im temporoparietalen Bereich.
Und zwar im Frontallatenbereich und im temporoparietalen Bereich.
Was ist beim Menschen passiert? Wie würden Sie denn die Veränderungen
vom Makaken zum Menschen charakterisieren?
Wir haben mehr Furchen.
Wir haben mehr Furchen.
Das heißt also, Sie sprechen diese Strukturen hier an. Und warum haben wir die?
Oberflächenvergrößerung.
Das heißt, wenn wir eine lisenzephale Oberfläche hätten,
das bedeutet ohne Windungen, dann würde man so einen Kopf brauchen.
Das macht sich nicht gut. Man kommt durch keine Tür, hat dann Genickschmerzen.
Also es ist besser, der Kopf bleibt ein bisschen kleiner. Und man faltet das Ding und dann geht es sich aus.
Dann haben wir eine Oberflächenvergrößerung. Aber nicht in allen Bereichen wächst unser Gehirnspezies
gesamt gleich, sondern wo?
...
...
Sprechen Sie. Wo sind die Vergrößerungen?
Hilft Ihnen die Farbcodierung vielleicht auch ein bisschen?
Hinterkopf. Das stimmt schon. Also da von der Zeichnung abgeleitet würde man sagen, ja.
Also merkt es euch bitte. Man würde es jetzt so in Fachnomenklatur sagen.
Der Frontallappen nimmt stark zu.
Der Temporallappen nimmt stark zu. Und die Parieto-Occipitale-Übergang
ist der Gesamtzone.
Mit dieser Größenzunahme korreliert der Zuwachs
oder die Akquisition neuer Funktionen. Nämlich welcher.
Sehen Sie, so möchte ich Sie versuchen, dorthin zu führen.
Was haben wir denn, was die Makaken in geringerem Umfang haben und der Igel gar nicht?
Worauf wir sehr stolz sind, was uns aber nicht immer so zum Guten gereicht.
Wir haben also die Sprache weiterentwickelt.
Im 18. Jahrhundert hat man noch geglaubt, der Mensch ist das Einzige gewesen mit Sprache. Das ist natürlich Unsinn.
Delfine haben eine hochdifferenzierte Sprache. Wir haben gesehen Singvögel.
Und insgesamt ist die Sprachfunktion
mit der Größenzunahme des Parieto-Temporalen-Kontinuums
und der Zunahme des Frontallappens entstanden.
Denn da sind alle sprachrelevanten Arbeitsoberflächen untergebracht.
Der Bereich hier.
Im Temporallappen gibt es ein großes Sprachfeld. Und hier auch.
Und das limbische System wird im Gegenzug kleiner.
Das heißt, das Großhirn legt sich drüber.
Die neuen kognitiven Hilfsfunktionen werden mehr.
Und das limbische System gerät immer mehr unter Kontrolle.
Ob das immer gut ist, ist die Frage.
Das ist ein menschliches Gehirn im Koronarschnitt.
Und da ist jetzt die Region, von der ich Ihnen gesagt habe, da speichern wir die Kurzzeitinhalte.
Wir haben es jetzt auf Zellebene besprochen.
Und wenn wir es uns auf Systemebene anschauen, dann liegen diese Zellformationen, die die Kurzzeiterinnerung einspeichern,
im sogenannten Hippocampus. Das ist dieser Bereich hier.
Und nachdem Sie ja jetzt auch schon wissen, was Aggregate sind.
Was sind Aggregate?
Was sind Proteinaggregate?
Und wie sind sie entstanden?
Synthesefehler.
Und leider solche Synthesefehler, dass dieses Ding gar nicht mehr abgebaut werden kann.
Und warum erzähle ich Ihnen das in dem Zusammenhang? Jetzt schließt sich der Kreis.
Im Hippocampus, dieser Struktur hier, lagern sich beim Morbus Alzheimer als Initialveränderung Aggregate ab.
Das heißt, da wissen wir, dass das Kurzzeitgedächtnis generiert wird.
Und wenn Aggregate, pathologische Aggregate, den Hippocampus funktionsmindern,
dann wird irgendwann eine Kurzzeitgedächtnisstörung auftreten.
Das ist das erste Symptom bei einem Morbus Alzheimer.
So. Gibt es Fragen dazu?
Wir sind sehr gut in der Zeit. Seid ihr noch aufnahmefähig?
Oder nicht mehr? Beide Antworten sind erlaubt.
Wollen wir hier Schluss machen oder wollen wir mit dem nächsten Thema anfangen?
Wer ist für Mittagsruhe?
Bitte?
Was für eine Prüfung habt ihr da?
Na gut. Kein Problem. Wir kommen gut weiter.
Bitte schaut es euch zu Hause ein bisschen an. Wir sind dann im Wiederholen schneller.
Und dann können wir liberaler mit der Zeit umgehen.
Schönen Tag.