Physiologie: Energiehaushalt & Temperaturregulation

Physiologie: Energiehaushalt (Quellen, Speicherung, Gewinnung, Umsatz, Regulation) & Temperaturregulation (Wärmebildung, -regulation, Effektoren, Grenzsituationen)

Physiologie: Energiehaushalt (Quellen, Speicherung, Gewinnung, Umsatz, Regulation) & Temperaturregulation (Wärmebildung, -regulation, Effektoren, Grenzsituationen)


K. P.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Physiologie des Energiehaushalts und der Temperaturregulation, geeignet für Studierende der Medizin und Pharmazie. Sie behandeln zentrale Themen wie die Regulation von Wärmeproduktion und -abgabe, die Rolle von ATP, Glukose und anderen Energieträgern, sowie die Mechanismen der Temperaturregulation durch Muskelkontraktion, Schweißdrüsen und Hautdurchblutung. Auch spezifische Zustände wie Hypothermie und Hyperthermie werden detailliert erklärt. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende, die sich auf Prüfungen vorbereiten und ein tiefes Verständnis der physiologischen Prozesse erlangen möchten.
Flashcards
36
Students
2
Language
German
Level
University
Created / Updated
10.05.2015 / 24.05.2018

Flashcards

Was beinhaltet Energiehaushalt?

  • Energieaufnahme
    • Im wesentlichen Nahrung
    • Kohlenhydrate, Fette, Proteine
  • Energiestoffwechsel
    • Umwandlung von Energieformen
    • z.B. Glukose in Wärme
  • Energiespeicherung
    • ATP, Kreatinphosphat, Glykogen, Fett
  • Energieabgabe
    • Mechanische Arbeit
    • Wärme

Was bedeuten Kohlenhydrate für den Energiehaushalt

  • Hauptnahrungsquelle für Menschen
  • Nährwert: 4 kcal/g
  • Grösstenteils pflanzlich (Wurzeln, Samen, Früchte)
  • Mono- und Disaccharide 
    • Saccharose, Glukose, usw.
  • Polysaccharide
    • Stärke (rasch oder langsam verdaulich)
    • Zellulose (für Menschen unverdaulich) 

Was bedeuten Proteine für den Energiehaushalt?

  • Für Menschen: mehr tierische als pflanzliche Proteine
  • Polypeptide aus 20 verschiedenen Aminosäuren
  • 4 kcal/g
  • 9 Aminosäuren sind essentiell 
  • Proteine sind wichtige Bausteine für alle Strukturen und Funktionen des Körpers 
    • z.B: Zellen,Wachstum, alle Organe, Muskeln, Nerven 

Was bedeuten Fette für den Energiehaushalt?

  • Wichtige Energielieferanten 9 kcal/g
  • Triglyceride, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren
  • Cholesterin
    • Zellmembranbestandteil
    • Vorläufer von Steroidhormonen 
  • Phospholipide
    • Zellmembranbestandteil
    • Vorläufer von Botenstoffen (IP3) 

Welche Moleküle Moleküle dienen der kurzzeitigen Speiherung von Energie, welche der langzeitigen Speicherung?

  • Kurzzeit
    • ATP
    • Creatinphosphat
    • Glucose
  • Langzeit
    • Glycogen
    • Fett

Eigenschaften von ATP, woher kommt es?

Adenosintriphosphat: Energiewährung, Konvertierbar, sofort nutzbar; 30.6kJ/mol

  • ATP Erzeugung aus Glucose
    • (Ana)Arobe Glycolyse
      • Citratzyklus
      • Oxidative Phosphorylierung
  • ATP aus Fettsäueren
    • Beta-Oxidation in Mitochondrien

Was ist Kreatinphosphat, was hat es für Eigenschaften?

  • KP (Kreatinphosphat) 
    • Phosphoryliertes Kreatin
    • Rasch mobilisierbare Reserve
    • Wichtig in Muskeln, Gehirn
    • Zellulärer Vorrat deckt 3-30 Sekunden Energiebedarf 
    • Anaerobe Übertragung der Phosphatgruppe 

Reihenfolge des Energieverbrauchs?

  • Vorhandenes ATP reicht für einige Sekunden
  • ATP wird durch KP erneuert
  • Nach 30s vorwiegend anaerobe Glykolyse
  • nach 60-90s aerober Stoffwechsel (Durchblutung!) -> Grund weshalb man sich warmläuft!

Was ist Glykogen, wo wird es gespeichert, wie hoch ist der Energiegehalt?

  • Polysaccharid aus Glucose
  • ~ 5’000 kDa, 17.2 kJ/g Energiegehalt
  • Speicherung in Granula in Leber und Skelettmuskel! • Abbau zu Glukose in Leber
  • Etwa 1 % des Körpergewichts
  • Energiespeicherung für Ruhebedarf von ~33 Stunden 

Was kann man über Fett bezüglich Energie sagen?

  • In Fettzellen, Leber- und Muskelzellen 
  • 39.5 kJ/g Energiegehalt
  • Spaltung in Fettsäuren und Glyzerin mittels Lipasen
  • Abbau zu Glukose in Leber
  • Etwa 10 - 20 % des Körpergewichts
  • Energiespeicherung für Ruhebedarf von ~ 60 Tagen 

Was haben Proteine für die Energiespeicherung für eine Bedeutung?

  • Normalerweise als Energiespeicher nicht relevant
  • Hauptaufgabe: Struktur- und Funktionsproteine
  • Beim Fasten oder Hungern bis zu 15 % des Energiebedarfs
  • 18.1 kJ/g Energiegehalt
  • Etwa 14 % des Körpergewichts
  • Maximal 50 % mobilisierbar
  • Energiespeicherung für Ruhebedarf von ~10 Tagen 

Wie wird der Energiehaushalt kurzfristig Reguliert?

  • Nahrungszufuhr
    • Dehnungsrezeptoren im Magen
    • Anstieg der Glucose im Plasma
  • Modulatoren
    • Ghrelin ("Hungerhormon"), produziert im leeren Magen
    • Cholecystokinin ("Sattheitshormon"), im Duodenum produziert
  • Emotionen, Umfeld

Wie wird der Energiehaushalt langfristig Reguliert?

  • Kontrolle der Fettspeicher, halten des Sollgewichts.
  • Hunger- und Sattheitszentren im Hypothalamus (anabol/katabol)
  • Hormone:
    • Leptin
      • Von Adipozyten prodzuiert
      • Hemmt Hunger
    • Insulin
      • Im Pankresa gebildet (Beta-Zellen)
      • Hemmt Hunger
      • Viel Körperfett: Insulinresistenz
    • Adiponectin
      • Von Adipozyten produziert
      • Multiple metabolische Effekte
      • Korreliert negativ mit Adipositas

Verbrauch von Energie durch?

  • Grundumsatz
    • Minimale tägliche Energiemenge zur Aufrecherhaltung der Körperfunktion bei völliger Ruhe
      Richtwert: 7’000 kJ pro Tag (bei 70 kg Gewicht) (ca. 80 Watt). Kann durch körperliche Belastung fast verdoppelt werden (Arbeitsumsatz). Extremwerte bei Spitzensportlern 

  • Energieverbrauchende Prozesse

    • Muskelarbeit (Wirkungsgrad 15 - 25 %). Aufrecherhalten der Körpertemperatur Metabolismus, Homöostasemechanismen Zellulär: Stoffwechsel, Zellteilung, Ionengradienten, Aktionspotentiale, Zellsignale 

Was ist der Vorteil der Temperaturregulation?

Temperatur bestimmt die Geschwindigkeit (bio)chemischer Reaktionen.

Ewärmung um 10°C --> 2-3mal schnellere Reaktionen

Wodurch können Temperaturschwankungen entstehen?

  • Physiologische Schwankungen:
    • körperliche Aktivität
    • Emotionen
    • Menstruationszyklus
    • Kern-Schale
    • Zirkadiane Oszillationen 

Was ist eine normale Körpertemperatur?

Zwischen 36°C und 37°C

Wie wird die Temperatur reguliert?

  • Temperaturmessung mit Temperaturrezeptor
  • Soll- und Ist-Wert Vergleich im hypothalamischen Temperaturzentrum
  • Korrektur der Temperaturabweichung mit Hilfe einer Anpassung von Wärmeabgabe und Wärmeproduktion
  • Wärmeproduktion ist abhängig vom Energieverbrauch

Temperaturrezeptoren der Haut und Schleimhäute; Welche gibt es?

  • Temperatur und Agonisten:
    • TRPV1: Capsaicin 
    • TRPV4: Arachidonsäure Endocannabinoide 
    • TRPM8: Menthol
    • TRPA1: Senföl, Zimtaldehyd 

TRP (Transient Receptor Potential)-Kanäle: Temperatur empfindlich, in freien Nervenendigungen

Wie funktionieren TRP Kanäle?

TRP Kanäle permeabel für Na+ und Ca2+ Depolarisiernder Einwärtsstrom bei Kälte oder Hitze
Aktionspotentialfrequenz kodiert die Information

 

Welche 4 Mechanismen des Wärmeaustausches mit der Umwelt gibt es?

  1. Wärmeleitung (Konduktion)
  2. Wärmeströmung (Konvektion)
  3. Wärmestrahlung (Radiation)
  4. Verdunstung (Evaporation)

Abkühlung über Wärmeleitung (Konduktion)?

Wärmetransport in unbewegtem Medium oder über Kontaktflächen Proportional zu Temperturgradient und Austauschfläche. Konduktivität von Wasser 25x grösser als Luft -> Unterkühlungsrisiko!

Abkühlung über Wärmeströmung (Konvektion)?

Wärme wird gradientunabhängig weggeblasen (Ventilator) Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst Wärmetransfer. Isolierende unbewegte Luftschicht (Kleider) "Wind-Chill Faktor" 

Wärmeaustausch durch Währmestrahlung (Radiation)?

Wärme strahlt vom wärmeren zum kühleren Objekt (∆T). Auch über grosse Entfernungen (Infrarotlicht, Sonne). Strahlung folgt Temperaturgradient in 4. Potenz! 

Abkühlung über Verdunstung?

Schwitzen 1 - 4 Liter pro Stunde (kurzfristig) Reservemechanismus Perspiratio insensibilis ~ 1 L / Tag (konstant, via Haut, Schleimhäute). Verdunstungswärme von Wasser: 2250kJ/l 

Insgesamte Wärmeauf- resp. abgabe?

  • Minimum 30°C (Behagichkeitstemperatur)
  • Über 37°C Wärmeaufnahme durch Strahlung und Konvektion, Abgabe nur via Evaporation möglich
  • Evaporation nie Null (Persp. Ins.)
  • Bei Kälte vermehrte Energieproduktion (Muskelzittern)

Wie kann den Wärmeaustausch mit der Umwelt reguliert werden?

  1. Hautdurchblutung
  2. Schweissdrüssen
  3. Muskelkontraktion
  4. Braunes Fettgewebe
  5. Verhaltensänderung

Regulation der Wärme via Hautdurchblutung?

Wichtig zur Regulation der Wärmeabgabe Vasodilatation durch Reduktion der Sympathikusaktivität Änderung 0.5 - 10x

Diese Regulation verändert die Schalentemperatur  

Regulation der Wärme via Schweissdrüsen?

50 - 400 Drüsen / cm Aktive Hautkühlung (Schalentemperatur) Hypotoner Schweiss (CFTR und ENaC) Sympathisch innerviert, via muskarinische Acteylcholinrezeptoren 

ENaC:EpithelialNa+channel CFTR: Cysticfibrosistransmembrane conductance regulator (Teil eines Cl- Kanals) 

Regulation der Wärme via Muskelkontraktion?

Wirkungsgrad 15-25%, Rest des Energieverbrauchs ergibt Abwärme. Erhöhung des Grundtonus Muskeltittern

Diese Regulation verändert die Wärmeproduktion

Regulation der Wärme via braunes Fettgewebe?

Braunes Fettgewebe (Neugeborene, Kleinsäuger). Reich an Mittochondrien. Zitterfreie Thermogenese. Beta-Oxidation entkoppelt von ATP Synthese

Wärmeproduktion gesteuert durch UCPI (uncoupling protein; Thermogenin)

Regulation der Wärme via Verhaltensänderungen

Zusammenkauern bei Kälte, Bekleidung, Behausung, Schattenzonen aufsuchen, Ventilator, Fell aufrichten, Gänsehaut etc.

Ursache von Fieber?

  • Pyrogene (Cytokine) erhöhen Solltemperatur
  • Muskelzittern (Schüttelfrost), Kältegefühl
  • Prostaglandine (PGE2) als Signalsubstanzen
  • Cyclooxygenasehemmer sind Antipyretika (z.B. Salizylate)

Folgen von Hyperthermie und Sonnenstich?

  • Wärmestau (Hyperthermie)
    • Erhöhung der Kerntemperatur, Thermoregulation überfodert
    • Hirnödem, Krämpfe, Delirium, Koma, Tod
  • Sonnenstich
    • Überhitzung des Kopfes
    • Reizung der Hirnhäute (Meningismus)
    • Übelkeit, Erbrechen

Maligne Hyperthermie?

  • Maligne Hyperthermie (lebensbedrohlich, selten)
  • Mutation im RyR1
  • Überempfindlichkeit auf Inhalationsanästhetika (Halothan, Koffein u.ä.) 
  • Massive Ca2+ Ausschüttung aus dem SR
  • SERCA pumpt Ca2+ zurück ins SR
  • Massiver ATP Verbrauch und Abwärme
  • Therapie: Dantrolen (RyR1 Blocker) 

Hypothermie?

  • Kerntemperatur unter 35°
    • Periphere Vasokonstriktion ⇒ Reduktion des Wärmeverlusts
    • Muskelzittern ⇒ Steigerung der Wärmeproduktion
  • Bei weiterem Absinken
    • Herzrhytmusstörungen <27° 
    • Bewusstseinstrübung 
    • Kammerflimmern ~ 20°
  • Künstliche Hypothermie
    • Herzchirurgie (Reduktion des Metabolismus -> mehr Zeit)

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