Wie hält der Organismus sein inneres Milieu stabil, und wie funktioniert die einzelne Zelle? Die Kachel legt die Grundlagen, auf denen die übrigen Kacheln der Klinischen Physiologie aufbauen: Homöostase und Regelung, Kompartimente, Zellaufbau, Transportvorgänge, Membranpotenzial, Calciumsignale, Energieumsatz und Zellschädigung.
Lerneinheiten
Der Körper als offenes System, inneres Milieu und die Organe, die es konstant halten; Steuerung gegen Regelung, Bauteile des Regelkreises, negative Rückkopplung, Störgröße, Sollwertverstellung und Verstärkungsfaktor; Regeldynamik von der raschen Normalisierung bis zur Regelschwingung; Anwendung auf Blutdruckabfall nach Einleitung, Thermoregulation unter Narkose und Atemantrieb unter Opioiden.
Gesamtkörperwasser, Intrazellulärraum, Interstitium und Plasma mit ihren Volumina und Barrieren; Ionenmuster und die Pumpe, die es aufrechterhält; Osmolalität gegen Tonizität; Verhalten der gängigen Infusionslösungen; typische Fehlschlüsse zu Natrium, Kalium und Albumin.
Die Zelle als kleinste funktionsfähige Einheit: Zellkern, endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Lysosomen, Peroxisomen und Mitochondrien; Zellmembran im Fluid-Mosaik-Modell mit Cholesterin, Membranproteinen und Glykokalix; Zytoskelett und Zilien; klinische Bezüge von der malignen Hyperthermie bis zur ziliären Dyskinesie.
Von der Basenfolge zum fertigen Protein: Transkription, Spleißen, Export durch die Kernpore und Translation am Ribosom; Regelstufen der Genexpression, Mikro-RNA und Epigenetik; Weg der Proteine über Retikulum und Golgi-Apparat; Endozytose, Rezeptorrecycling, Transzytose und Exosomen; klinisch von der Steroidwirkung bis zur Hochregulation der Acetylcholinrezeptoren.
Diffusion als Folge der thermischen Molekülbewegung, erstes Ficksches Gesetz, quadratische Zunahme der Diffusionszeit mit der Strecke, Lipidlöslichkeit und Permeabilitätskoeffizient, Diffusion von Gasen und Diffusionskapazität, nichtionische Diffusion und Ionenfalle bei Lokalanästhetika, erleichterte Diffusion über Carrier mit Sättigung und kompetitiver Hemmung.
Osmose, Filtration und Konvektion als die drei Prinzipien des Wasser- und Stofftransports; Reflexionskoeffizient und Solvent Drag; Aquaporine und ihre Regulation durch Vasopressin; Plasmaproteinbindung in ihren fünf Funktionen; Barrieren der Zellverbände mit Schlussleisten, Gap Junctions und Blut-Hirn-Schranke.
Primär aktiver Transport mit Natrium-Kalium-ATPase, Calcium- und Protonenpumpen; sekundär und tertiär aktiver Transport als Symport und Antiport, elektroneutral oder elektrogen; Sättigbarkeit, Spezifität und kompetitive Hemmung nach Michaelis und Menten; Zytose und Zellmigration; pharmakologische Angriffspunkte von Digitalis bis Gliflozin.
Gleichgewichtspotenzial und Nernst-Gleichung, Ruhemembranpotenzial aus fraktionellen Leitfähigkeiten, Ohmsches Gesetz für den Nettoionenstrom, passive und aktive Chloridverteilung, Patch-clamp-Technik und Offenwahrscheinlichkeit, Steuerung der Ionenkanäle; klinisch von der Hyperkaliämie bis zur Wirkung der Lokalanästhetika.
Calcium als universeller Botenstoff: Verteilung und Transportsysteme, Wege des Anstiegs, Calmodulin, Frequenz der Oszillationen als Signal, extrazelluläre Calciumsensoren in der Regelung von Parathormon und Calcitonin, Second Messenger und ihre Bedeutung für Katecholamine, Phosphodiesterasehemmer und die maligne Hyperthermie.
Energie und Arbeit, erster und zweiter Hauptsatz, freie Enthalpie und Gleichgewichtskonstante, Aktivierungsenergie, Enzyme und Q10-Wert, Fließgleichgewicht statt Gleichgewicht, Adenosintriphosphat als Energiewährung und Kreatinphosphat als Speicher, Protonengradient und Atmungskette in den Mitochondrien; klinisch von Laktat bis Hypothermie.
Vom Sauerstoffmangel zum Zelltod: Pumpversagen, Zusammenbruch der Gradienten, Zellschwellung, Calciumüberladung und Selbstverdauung; Reperfusionsschaden; Nekrose gegen Apoptose; unterschiedliche Ischämietoleranz der Organe; Altern als zellulärer Prozess mit Telomeren, replikativer Seneszenz und mitochondrialer Dysfunktion; Konsequenzen für Anästhesie und Intensivmedizin.