Zoophysiologie

• i.d.R. mit Hilfe von symbiotischen Bakterien
• Pansen = Gärkammer anaerobes, leicht saures Milieu
• Pansen-Bakterien können aus Amiden und Ammoniumsalzen Proteine synthetisieren, welche anschliessend im Labmagen und Dünndarm verdaut werden können
• Unterteilung des Magens in mehrere Kompartimente

der Wiederkäuer

Mehrmaliges Durchkauen bis Mageninhalt flüssige Konsistenz hat, Cellobioseabbau zu Glucose --> weitere Vergärung zu niederen FS

• Pansenepithel resorbiert Acetat, Propionat und Butyrat
• Blättermagen: Wasserrückresorption
• Labmagen: eigentliche Verdauung des mikrobiellen Proteins durch Pepsinogen und HCl
• Produkte der Gärung passieren die gesamte Darmlänge, wo sie weiter verdaut und resorbiert werden

• Hauptsächlicher Ort der Verdauung und Resorption von Nahrungsstoffen, Vitaminen und Flüssigkeit
• Oberfläche durch Ringfalten, Darmzotten und Mikrovilli stark vergrössert --> grosse Oberfläche für enzymatische Verdauung, Resorptions- und Sekretionsvorgänge
• Verdauungsvorgänge:
  • Gallensäure als Emulgatoren
  • Amylase, Lipase, Proteinase
• in Bürstensaum sind Enzyme lokalisiert: Lactasen, Maltasen, Aminopeptidasen
• Resorption der Bestandteile im Duodenum
• Gallenblase und Pankreas führen zu Duodenum
• grosser Teil der resorbierten Stoffe gelangen über die Portalvene in die Leber

• Nährstofftransport durch die Plasmamembran mittels Carrier und Vesikeln
• polare Moleküle wie Monosaccharide und AS können nur über spezifische Transportproteine transportiert werden

• Lipide sind in Wasser schlecht löslich, daher ist die Verdaung erschwert
• Lösung durch Aussenden von chemischen Verbindungen, die als Lipidemulgatoren wirken
• Gallenflüssigkeit ist Mischung aus Cholesterin, Phospholipiden, Farbstoffen und Salzen, die in der Leber (Gallenblase) produziert und in den Darm abgegeben werden.
• Phospholipide und Gallensalze zerteilen Lipide in Mizellen
• in der Mizelle befindet sich mit der Nahrung aufgenommenes Cholesterin und fettlösliche Vitamine --> bilden hydrophoben Kern
• Fettsäuren und Monoglyceride ummanteln den Kern zusammen mit Gallensäuren und Phospholipiden
• Mizellen wandern per Diffusion zu den Mikrovilli --> Komponenten diffundieren aus der Mizelle und durchqueren die Enterozytenmembran
• Nahrungstriglyceride werden im Dünndarm durch die Pankreaslipase gespalten
• Synthese von Triglyceriden in der Darmmukosa
• Als Chylomikronen, bestehend aus Trigylceriden, Cholesterin, Proteinen und Phospholipiden, gelangen sie in die Lymphe und von dort in den grossen Blutkreislauf

• Eindickung des Kots
• Wasser- und Elektrolytresorption
• Bifidobakterien: Vitamin K, Vitamin B₁₂, Biotin, Folate, Thiamin, Riboflavin, Pyridoxin

Übergewicht und Insulinresistenz

• Mäuse ohne "Toll-like receptors" in keimfreier Umgebung -->werden nicht dick und entwickeln kein Diabetes trotz fettiger Nahrung
• in nicht keimfreier Umgebung werden sie dick und entwickeln Diabetes
• --> mehr Bakterien vom Typ Firmicutes
• gibt man normalen Mäusen die Darmbakterien von dicken Mäusen, werden sie auch dick und entwickeln Diabetes --> Rückgängigmachen durch Antibiotika
• Genetischer Schutz wird durch Bakterien aufgehoben
• Mäuse haben im Blut mehr Lipopolysaccheride (aus bakterieller Zellwand)
• Darm hat weniger tight junctions, ist durchlässiger für LPS

• gewisse Arten von Bakterien sind effiziente Kohlenhydrataufspalter --> Kohlenhydrate können dadurch verdaut werden, die normalerweise ungenutzt ausgeschieden werden würden --> es wird mehr Energie aus demselben Esser herausgeholt
• Lästige Fettpolster trotz dem gleichen Essen --> andere Darmbakterien, die mehr aus der Nahrung herausholen

3 Haupthormone

Zwischen den Mahlzeiten:

• Ghrelin: appetitanregend --> wird von Magenzellen freigesetzt, wenn Magen leer ist
• Peptid YY: appetitverringernd --> wird von Colonzellen freigesetzt, wenn Colon voll ist

Langfristige Kontrolle:

• Leptin: appatitzügelndes Hormon --> wird im weissen Fettgewebe produziert
  • erhöht den Lipidspeicher, wenn Lipidspiegel sinkt
  • fördert Lipidfreisetzung, wenn Lipidspiegel steigt

• Protein-Stoffwechsel
  • Synthese von Plasmaproteinen, Gerinnungsfaktoren
• Lipid- oder Lipoproteinstoffwechsel
  • Synthese der Lipoproteine (Blutfette)
  • Cholesterin (Arteriosklerose)
• Kohlenhydratstoffwechsel
  • Regulierung des Blutzuckers: Glycogenspeicher, Gluconeogenese (EC, Nervenzellen)
• Stickstoffstoffwechsel
  • Synthese von Harnstoff
• Entgiftungsfunktion
  • fettlösliche Substanzen werden in wasserlösliche umgewandelt
  • Beispiele: Pflanzengiftstoffe, Bilirubin

• Nahrungstrigylceride werden im Dünndarm durch die Pankreaslipase gespalten
• Synthese von Triglyceriden in der Darmmukosa
• Chylomikronen gelangen über den Lymphweg in den Blutkreislauf
• Lipoproteinlipasen --> Spalten die FS vond en Triglyceriden ab
• Kontakt mit Lipoproteinen (HDL-Partikeln) = Blutfette
• Aufnahme der Reststoffe in die Leber

= Blutfette

• Supramolekulare Aggregate bestehend aus Triglyceriden, Phospholipiden, Cholesterin und Apolipoproteinen
• Cholesterin (-ester), Triglyceride sind für den Transport im Blut an Apolipoproteine gebunden --> die freie Form ist wasserunlöslich
• Proteine: Apolipoproteine
  • ApoB (v.a. LDL), ApoC, ApoE
  • ApoAI und ApoAII (nur HDL)
• VLDL und LDL nicht gut
• HDL gut --> günstiger Effekt auf koronare Herzkrankheiten, da sie Cholesterin zur Leber zurücktransportieren

• dreifache Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit drei Säuremolekülen
• eigentlich Triacylglycerole
• einfache und gemischte Triacylglycerole --> bei einfachen Triacylglycerolen sind die Seitenketten (also die Fettsäurereste) identisch, bei gemischten sind sie verschieden

Wenn die Kohlehydrat- und Fettaufnahme den Energiebedarf überschreitet, reagiert die Leber, indem sie Lipide synthetisiert und diese an andere Gebwebe zur Speicherung schickt.

LDL können nur in begrenztem Ausmass von den Muskel- und Fettzellen über den Apo B-Rezeptor aufgenommen werden. Überschüssige LDL-Partikel zirkulieren weiterhin im Blut und werden von Makrophagen aufgenommen. Bei überschiessender Aufnahme von LDL-Partikeln werden die Makrophagen unbeweglich und lagern sich an der Gefässwand ab --> Atherombildung

• Schaumzellen
• Proliferation von glatten Muskelzellen
• Einlagerung von Cholesterinestern, Calziumsalzen, die mit den Fibrinfibrillen aggregieren
• Thrombus --> Gefässverschluss
• Herzinfarkt, Schlaganfall

• gesteigerte Synthese oder verzögerter Abbau von Lipoproteinen
  • Vermehrung der Plasmalipoproteinpartikel
• Ursache:
  • genetischer Defekt in der Synthese oder dem Abbau bestimmter Lipoproteinpartikeln (LDL-Rezeptor, Apolipoprotein-B)
  • Erhöhung der Blutfette im Rahmen anderer Erkrankungen (Diabetes mellitus, Alkoholismus)
  • Ernährung

• Stoffwechselumstellung, um langfristiges Überleben zu sichern
• Glucose sparen, um Nervengewebe zu schützen
• Lipidspeicher in Leber und Fettgewebe werden abgebaut, später Proteinabbau in der Skelettmuskulatur

• Insulin:
  • aus den Speichergranula der B-Zellen des Pankreas wir bei Blutglucoseanstieg im Blut das Proinsulin gespalten und Insulin sezerniert
• Wirkung: Blutglucose senkend
  • Muskel- und Fettgewebe nehmen vermehrt Glucose aus dem Blut auf --> über durch Insulin regulierten Transporter GLUT-4 --> Glucose wird im Fettgewebe zu FS umgwandelt und als Triglycerid gespeichert
• Gegenspieler:
  • Glukagon, wird in den A-Zellen des Pankreas gebildet
  • Adrenalin/Noradrenalin (Nebenniere), z.B. bei Stress
  • Glucocortikoide (Nebenniere)
• Wirkung: Blutglucose erhöhend
  • Abbau von Glykogen, z.B. bei Stress, Hunger)
• Verhältnis von Insulin zu Glucagon entscheidet über das Verhältnis von Glucoseverbrauch und Glucosemobilisation (Gluconeogenese)

= chronische Hyperglykämie

• Name: Glucose im Harn
• Insulinmangel
  • Störung der Glucoseaufnahme in den Zellen
  • gesteigerte Gluconeogenese, Glykgenolyse
  • gesteigerte Lipolyse, Ketogenese
  • gesteigerter Proteinabbau
• Langzeitfolgen:
  • Glykolisierung langlebiger Proteine
    • Basalmembran der Niere: Verlust der Ionenselektivität, Proteinurie
    • Kollagen --> Trübung der Augenlinse
    • Veränderungen der Myelinproteine im ZNS
  • Hyperinsulinämie und erhöhte LDL-Partikel führen zu Gefässerkrankungen
    • Herzinfarkt
    • Gefässschädigungen

• Protozoa (Einzeller): Durchlässigkeit und Transporteigenschaften der Zellemembran bestimmen Anpassungs- und Überlebensfähigkeit
• Metazoa (Mehrzeller): Körperzellen sind von Flüssigkeitsraum umgeben --> durch äussere Barriere von Umgebung abgetrennt -->Epithelzellen
• Epithelzellen: polarisierte Zellen mit unterschiedlichen Transportsystemen (apikal und basolateral)
• Regulation des Wasser- und Salzhaushalts

• Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Milieus
• in jeder Zelle herrscht hohe Konzentration an inpermeablen, geladenen Proteinmolekülen
• in Ruhe müssen ständig Ionen über Transportsysteme (aktiver und passiver Transport) rezirkuliert werden

• Osmotische Regulation: Kontrolle des osmotischen Drucks, der Triebkraft von Wasserbewegungen durch biologische Membranen --> Transport von Ionen durch Membranen --> Wasser folgt
• Ionale Regulation: Kontrolle der ionalen Zusammensetzung von Körperflüssigkeiten
• Stickstoffausscheidung: eng mit osmotischer/ionaler Regulation verknüpft

Osmolarität in verschiedenen Gewässern sehr unterschiedlich

• Süsswasser: wenige mOsmol/kg
• Meerwasser: bis zu 1000 mOsmol/kg
• Flussmündungen: wechselnde Osmolaritäten

Bei Fischen: Kiemenepithel ermöglicht die Osmoregulation durch verschiedene Transportsysteme; Meerwasserfisch gibt Ionen und Wasser über die Kiemen ab, Süsswasserfisch nimmt Ionen gegen steilen Gradienten über die Kiemen auf.

Reptilien und Meeresvögel besitzen diese, um zur Kontrolle des Ionen- und Wasserhaushalts beizutragen --> Ausscheidung von hyperosmotischer NaCl-Lösung.

Z.B. Rektaldrüse bei Haien

--> Antennendrüsen im Kopfbereich --> Ultrafiltration der Hämolymphe

Besteht aus Succulus (Endsack), Labyrinth, Nephridkanal und Blase

• bei Wirbeltieren
• Ionen- und pH-Regulation
• Kontrolle des Blutvolumens (Blutdruck)
• Ausscheidung von wasserlöslichen Substanzen mit kleinem Molekulargewicht wir organische Säuren, Salze und stickstoffhaltige Stoffwechselendprodukte (z.B. Ammoniak)
• Inaktivierung von Hormonen
• Pendant bei Insekten: Malpighi-Gefässe
• stets stark duchblutet, um Zusammensetzung und Menge des Urins an physiologische Bedingungen des Tiers anpassen zu können

• blind geschlossene Ausstülpungen des Darms, die sich in den Darm entleeren
• dadurch wird Kot bestmöglich eingedickt

• paarig angelegt, bohnenförmig mit Rinde und Mark
• Nephron: einzelnes Funktionsmodul, Zahl variiert stark abhängig von der Stoffwechselaktivität des Tiers (400 Molch, 8 Mio Rind, 2 Mio Mensch)
• Glomeruli: Filtration --> Primärharn
• Tubuli: Rückresorption von wichtigen Substanzen
• Sammelrohr
• Blase

Primärharn wandert durch den proximalen Tubulus, die Henlesche Schleife, den distalen Tubulus (Rückresorption, Sekretion meist abgeschlossen) in das Sammelrohr.

Die relative Dicke des Nierenmarks im Vergleich zur Nierenrinde ist repräsentativ für die Länge der Henleschen Schleifen in der betroffenen Niere. Je länger die Henlesche Schleife, desto grösser ist das Konzentrierungsvermögen.

• Filtration von niedermolekularen Substanzen anhand von Ladung und Grösse
• Filtrationsdruck 10 mmHg
• Filtration durch die glomeruläre Basalmembran --> Filtration von meist kationischen Molekülen <40.000 und Zurückhalten von anionischen Molekülen (Basalmembran ist negativ geladen)
• Primärharn ca. 180 l/Tag (Mensch), Endharn ca. 1.5 l/Tag --> enthält niedernolekulare Stoffe wie Glucose und Aminosäuren, kleine Proteine
• pro Stunde 7.5 l Primärharn, aber nur 75 ml Endharn --> Ultrafiltration über Basalmembran und Schlitzmembran

• Steuerung des Ionenhaushalts (Na, K, Ca, Mg, HCO₃)
• Säure-Basen-Regulation
• Reabsorption des Wassers
• Wandeln den Primärharn in den Sekundärharn (Endharn) um

• proximaler Tubulus -- stark gewunden, mit Mikrovilli-Bürstensaum zur Oberflächenvergrösserung, reich an Mitochondrien --> Resorption von lebensnotwendigen Ionen und Molekülen
• Henlesche Schleife, absteigender Schenkel
• Henlesche Schleife, aufsteigender Schenkel
• distaler Tubulus, nur wenige Mikrovilli
• Sammelrohr, endet im Nierenbecken
• Nierenmark: Tubuli von 1.2 Mio Nephronen (pro Niere) bilden zusammen mit den begleitenden Blutkapillaren die Hauptmasse des Nierenmarks

• proximale Bicarbonat-Reabsorption
  • Na⁺/ H⁺-Antiporter
  • Carboanhydratase (reguliert den Zerfall der Kohlensäure)
• distale Protonen-Sekretion
  • H⁺-ATPase
  • Carboanhydratase

NH₃ wird aus Glutamin gebildet und über das Anhängen von H⁺ entsteht NH_4⁺, das ausgeschieden wird.

Säure-Basen-Regulation geschieht über die Lunge (CO₂) und über die Niere (Bicarbonat, H⁺)

• Prinzip: in zwei parallelen Röhren strömt die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung
• Unterschiede in den osmotischen Werten der Flüssigkeiten = treibende Kraft für Wasserübertragung
• semipermeable Wände nur im absteigenden Teil
• osmotischer Gradient entsteht dadurch, dass Pumpen die gelösten Teilchen über die Wand transportieren
• entgegengesetzte Strömungsrichtung bewirkt, dass Wasser von einem Rohr ins andere übertreten kann, ohne dass es zum Ausgleich der osmotischen Werte kommt

• im absteigenden Schenkel der Henleschen Schleife wird dem Harn laufend Wasser entzogen
• im aufsteigenden Ast werden dem Harn durch Pumpen laufend osmotisch aktive Substanzen entnommen
• endgültige Konzentrierung erfolgt im Sammelrohr --> Durchlässigkeit der Wand ist variabel, sowohl für Wasser wie auch für gelöste Teilchen und kann den Bedarf angepasst werden

• automatische Anpassung an den wechelnden Blutdruck, um konstante Filtrationsrate aufrecht zu erhalten
• Autoregulatorisches Ventil: kontraktile Mesangialzellen
• steigt der Blutdruck, werden die Blutgefässe und mit ihnen die Mesangialzellen gedehnt
• die Dehnung bewirkt eine Kontraktion der glatten Muskulatur, diese verengen den Kapillarendurchmesser und halten so den Filtrationsdruck im Glomerulus konstant
• wird der Fluss durch den Glomerulus erhöht, bewirkt dies ein Signal an die afferente Arteriole und daraus resultiert eine Vasokonstriktion, welche den Blutfluss verringert

• Renin-Angiotensin-Aldosteron-System
  • Na-Rückresorption verstärkt, als Folge verstärkteWasserresorption
  • Kontrolle des Blutdruckes
  • Gegenspieler: atrial natriuretic peptide (ANP)

• Antidiuretisches Hormon oder Vasopressin

  • Regelt die Wasserdurchlässigkeit der Sammelkanäle. Bewirkt, dass vermehrt Vesikel mit Aquaporinen zur apikalen Seite der Sammelrohre transportiert werden. Je nach Hydratationszustand des Tieres kann das Endvolumen des Harns durch ADH vermindert oder vergrössert werden.

Transkription von Genen zur Expression von Ionentransportern: Na/K-ATPase, Na/H-Antiporter. Wenn die Osmolarität im Plasma steigt, wird dies von Osmorezeptoren im Hypothalamus registriert, regt die Neurohypophyse zur Sekretion von ADH (= Vasopressin=Antidiuretisches Hormon) an.