Tier- und Humanphysiologie: eine Einführung
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2009
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| Ausgabe: | 4., überarb. und aktualisierte Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 674 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783642004612 |
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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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