Praktikum Vegetative Physiologie - Exam

Aufgabe 1)

Sympathikus und Parasympathikus sind Teile des vegetativen Nervensystems (VNS), die hauptsächlich für die unbewusste Regulation der Körperfunktionen zuständig sind. Der Sympathikus bereitet den Körper auf Stresssituationen vor (‚Fight or Flight‘), während der Parasympathikus für Erholung und Entspannung verantwortlich ist (‚Rest and Digest‘).

• Sympathikus Aufbau: Ursprung im Rückenmark (Th1-L2), sympathische Ganglien, postganglionäre Fasern
• Sympathikus Funktion: Erhöhung der Herzfrequenz, Weitstellung der Bronchien, Hemmung der Verdauung, Pupillenerweiterung
• Parasympathikus Aufbau: Ursprung im Hirnstamm und Kreuzmark, parasympathische Ganglien in der Nähe der Zielorgane
• Parasympathikus Funktion: Senkung der Herzfrequenz, Verengung der Bronchien, Förderung der Verdauung, Pupillenverengung

a)

Beschreibe den Weg eines Nervenimpulses im Sympathikus, beginnend beim Rückenmark bis hin zum Zielorgan. Gehe dabei besonders auf die Rolle der sympathischen Ganglien und postganglionären Fasern ein.

Lösung:

Der Weg eines Nervenimpulses im Sympathikus vom Rückenmark bis hin zum Zielorgan verläuft wie folgt:

• Ursprung im Rückenmark: Der Nervenimpuls beginnt im Rückenmark, genauer gesagt in den sympathischen Nervenzellen, die sich im Brust- und Lendenbereich (Th1-L2) befinden.
• Austritt des Nervenimpulses: Diese Nervenzellen senden ihre Fasern aus dem Rückenmark heraus und bilden die präganglionären Neurone.
• Sympathische Ganglien: Die präganglionären Fasern erreichen die sympathischen Ganglien, die sich entlang der Wirbelsäule befinden. Diese Ganglien sind Knotenpunkte, in denen die präganglionären Neuronen auf postganglionäre Neuronen umschalten.
• Synapse in den Ganglien: In den sympathischen Ganglien wird der Nervenimpuls von den präganglionären Fasern auf die postganglionären Neurone übertragen. Hierbei wird ein Neurotransmitter (in der Regel Acetylcholin) freigesetzt, der die postganglionären Neurone aktiviert.
• Postganglionäre Fasern: Die postganglionären Neurone senden ihre Fasern weiter zu den Zielorganen. Diese Fasern sind oft lang, da sich die sympathischen Ganglien in der Nähe der Wirbelsäule und die Zielorgane weiter davon entfernt befinden.
• Zielorgane: Die postganglionären Fasern erreichen schließlich die Zielorgane, wie das Herz, die Bronchien, die Verdauungsorgane oder die Pupillen. An den Zielorganen setzen die postganglionären Neuronen einen anderen Neurotransmitter frei, in der Regel Noradrenalin, welcher spezifische Reaktionen im Zielorgan hervorruft, wie z.B. die Erhöhung der Herzfrequenz, die Weitstellung der Bronchien, die Hemmung der Verdauung oder die Pupillenerweiterung.

Durch diese präzise abgestimmte Kette von Vorgängen gewährleistet der Sympathikus eine effektive Reaktion des Körpers auf Stresssituationen.

b)

Welche physiologischen Veränderungen sind mit der Aktivierung des Parasympathikus im Gegensatz zur Aktivierung des Sympathikus verbunden? Benutze spezifische Beispiele aus verschiedenen Organsystemen wie Herz, Lunge und Verdauungssystem.

Lösung:

Die Aktivierung des Parasympathikus führt zu physiologischen Veränderungen, die konträr zur Aktivierung des Sympathikus stehen. Hier sind spezifische Beispiele aus verschiedenen Organsystemen:

• Herz:- Sympathikus: Erhöht die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft des Herzens (positiv inotrope Wirkung), um den Körper auf eine 'Fight or Flight'-Reaktion vorzubereiten.- Parasympathikus: Senkt die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft (negativ inotrope Wirkung), fördert Entspannung und Erholung.
• Lunge:- Sympathikus: Weitstellung der Bronchien (Bronchodilatation), um die Sauerstoffzufuhr zu erhöhen.- Parasympathikus: Verengung der Bronchien (Bronchokonstriktion), da in Ruhephasen weniger Sauerstoffbedarf besteht.
• Verdauungssystem:- Sympathikus: Hemmt die Verdauungsprozesse durch Verringerung der Sekretion von Verdauungssäften und peristaltischen Bewegungen im Magen-Darm-Trakt.- Parasympathikus: Fördert die Verdauungsprozesse durch Erhöhung der Sekretion von Verdauungssäften und peristaltischen Bewegungen, um die Nährstoffaufnahme zu optimieren.
• Pupille:- Sympathikus: Erweiterung der Pupillen (Mydriasis) für erhöhte Lichtaufnahme und bessere Sicht in Stresssituationen.- Parasympathikus: Verengung der Pupillen (Miosis) für entspannte Sichtverhältnisse und Schutz des Auges.
• Speicheldrüsen:- Sympathikus: Reduzierung der Speichelproduktion, trockener Mund.- Parasympathikus: Erhöhung der Speichelproduktion zur Unterstützung der Verdauung.

Zusammengefasst zeigt die Aktivierung des Parasympathikus physiologische Veränderungen, die den Körper in einen Zustand der Ruhe und Verdauung versetzen, im Gegensatz zur aktivierenden und stressvorbereitenden Wirkung des Sympathikus.

c)

Angenommen, die Herzfrequenz einer Person im Ruhezustand beträgt 60 Schläge pro Minute. Während einer Stresssituation, in der der Sympathikus aktiviert wird, erhöht sich die Herzfrequenz auf 100 Schläge pro Minute. Berechne die prozentuale Erhöhung der Herzfrequenz. Verwende dazu folgende Formel:

\( Prozentuale\text{ }Erhöhung = \frac{\text{Erhöhte}\text{ }Herzfrequenz - \text{Ruhe}\text{ }Herzfrequenz}{\text{Ruhe}\text{ }Herzfrequenz} \times 100 \)

Zeige alle Schritte der Berechnung.

Lösung:

Um die prozentuale Erhöhung der Herzfrequenz zu berechnen, gehen wir schrittweise vor:

• Gegebene Werte:- Ruheherzfrequenz (Ruhe Herzfrequenz): 60 Schläge pro Minute- Erhöhte Herzfrequenz (Erhöhte Herzfrequenz): 100 Schläge pro Minute
• Formel zur Berechnung der prozentualen Erhöhung:

  \( Prozentuale\text{ }Erhöhung = \frac{\text{Erhöhte}\text{ }Herzfrequenz - \text{Ruhe}\text{ }Herzfrequenz}{\text{Ruhe}\text{ }Herzfrequenz} \times 100 \)

• Einsetzen der Werte:- \( Prozentuale\text{ }Erhöhung = \frac{100 - 60}{60} \times 100 \)
• Berechnung des Unterschieds:- 100 - 60 = 40
• Division des Unterschieds durch die Ruheherzfrequenz:- \( \frac{40}{60} = \frac{2}{3} \)
• Multiplikation mit 100:- \( \frac{2}{3} \times 100 = 66.67 \)

Die prozentuale Erhöhung der Herzfrequenz beträgt somit 66.67%.

Aufgabe 2)

Der Baroreflex ist ein wesentlicher Mechanismus zur Regulation des Blutdrucks im menschlichen Körper und wird durch die Aktivierung von Barorezeptoren durch Dehnung der Gefäßwand ausgelöst. Diese Barorezeptoren senden Signale über afferente Nerven, hauptsächlich den N. glossopharyngeus (IX) und den N. vagus (X), zur Medulla oblongata, wo die eigentliche Regulation stattfindet. Als Reaktion sendet die Medulla oblongata Signale über efferente Nerven, um die Herzfrequenz und die Gefäßweite anzupassen. Dies führt zu einer Senkung oder Erhöhung des Blutdrucks durch Vasodilatation und Reduktion der Herzfrequenz oder durch Vasokonstriktion und Steigerung der Herzfrequenz.

a)

Beschreibe detailliert, wie der Baroreflex bei hohem Blutdruck (Hypertonie) aktiviert wird und wie dieser Mechanismus den Blutdruck wieder senkt. Gehe dabei auf die Rolle der Barorezeptoren, die afferenten und efferenten Nerven und die Medulla oblongata ein.

Lösung:

Aktivierung des Baroreflexes bei hohem Blutdruck (Hypertonie) und Senkung des Blutdrucks:

• Rolle der Barorezeptoren:Bei steigenden Blutdruck wird die Gefäßwand gedehnt, was die Barorezeptoren in den großen Arterien (hauptsächlich in der Aorta und den Karotissinus) aktiviert. Diese spezialisierten Mechanorezeptoren detektieren die Dehnung der Wand und reagieren darauf.
• Signale über afferente Nerven:Die aktivierten Barorezeptoren senden Signale über die afferenten Nerven an das Gehirn. Die Hauptnerven, die hierfür verantwortlich sind, sind der N. glossopharyngeus (IX) und der N. vagus (X).
• Rolle der Medulla oblongata:Die elektrischen Signale der afferenten Nerven erreichen die Medulla oblongata, welche ein Teil des Stammhirns ist und die zentrale Steuerungsstelle des Blutdrucks darstellt. In der Medulla oblongata erfolgt die Verarbeitung der Informationen und die Einleitung einer Gegenreaktion.
• Signale über efferente Nerven:Als Antwort auf die Information über den hohen Blutdruck sendet die Medulla oblongata Signale über efferente Nerven, die zwei Hauptwege zur Blutdrucksenkung aktivieren:
  • Reduktion der Herzfrequenz: Die Signale werden über den parasympathischen Nervenfasern zu dem Herzen geleitet, was zu einer Reduktion der Herzfrequenz und der Kontraktionskraft führt. Dies reduziert das Herzzeitvolumen und somit den Blutdruck.
  • Vasodilatation: Die Signale erreichen auch die Blutgefäße, wo sie eine Erweiterung (Vasodilatation) der Gefäße bewirken. Die Widerstandsgefäße entspannen sich, was den Gesamtsystemwiderstand senkt und damit den Blutdruck reduziert.
• Fazit:Der Baroreflex, ausgelöst durch die Aktivierung der Barorezeptoren aufgrund hoher Dehnung der Gefäßwand, führt über eine schnelle neuronale Rückkopplungskette zur Reduktion der Herzfrequenz und Erweiterung der Gefäße. Dies führt insgesamt zu einer Senkung des Blutdrucks, wodurch der Blutdruck wieder auf ein normales Niveau reguliert wird.

Aufgabe 3)

Zentrale und periphere Chemorezeptoren

Chemorezeptoren detektieren Veränderungen im Blutgas und pH-Wert und steuern damit die Atmung.

• Zentrale Chemorezeptoren: Medulla oblongata, reagieren auf CO₂-Anstieg und pH-Wert-Abfall im Liquor cerebrospinalis.
• Periphere Chemorezeptoren: Glomus caroticum und Glomera aortica, reagieren auf pO₂-Abfall, pCO₂-Anstieg und pH-Wert-Änderungen im Blut.
• Wichtige Formel: Henderson-Hasselbalch-Gleichung für pH-Berechnung:
• Integration der Signale in das Atemzentrum um eine angemessene respiratorische Antwort anzupassen.

a)

Erkläre den Mechanismus der Reaktionen zentraler Chemorezeptoren bei einer Hyperkapnie. Beschreibe, wie dies die respiratorische Antwort beeinflusst.

Lösung:

Mechanismus der Reaktionen zentraler Chemorezeptoren bei einer Hyperkapnie

Hyperkapnie bezeichnet einen erhöhten Kohlendioxidgehalt (CO₂) im Blut. Die zentralen Chemorezeptoren befinden sich in der Medulla oblongata und spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Atmung. Hier ist der Mechanismus, wie sie auf Hyperkapnie reagieren und die respiratorische Antwort beeinflussen:

• Erhöhung des CO₂-Gehalts im Blut: Bei Hyperkapnie steigt der Kohlendioxidgehalt im Blut an. Da CO₂ leicht durch die Blut-Hirn-Schranke diffundieren kann, gelangt es in den Liquor cerebrospinalis (Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit).
• Bildung von Kohlensäure: Im Liquor cerebrospinalis reagiert CO₂ mit Wasser (H₂O) und bildet Kohlensäure (H₂CO₃). Dies geschieht nach der folgenden chemischen Gleichung:
• H₂O + CO₂ → H₂CO₃
• Die Kohlensäure dissoziiert dann in Wasserstoffionen (H⁺) und Bikarbonat-Ionen (HCO₃^-), was den pH-Wert im Liquor cerebrospinalis senkt:
• H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^-
• Aktivierung der zentralen Chemorezeptoren: Die zentralen Chemorezeptoren in der Medulla oblongata sind empfindlich gegenüber Änderungen im pH-Wert. Ein Absinken des pH-Werts (Azidose) wird durch steigende H⁺-Konzentrationen erkannt.
• Signalweiterleitung zum Atemzentrum: Die Chemorezeptoren senden Signale an das Atemzentrum in der Medulla oblongata. Diese Signale bewirken eine Erhöhung der Atemfrequenz und Atemtiefe (Hyperventilation), um den CO₂-Gehalt im Blut zu senken.
• Rückkopplungsschleife: Durch die Hyperventilation wird mehr CO₂ aus dem Körper abgeatmet. Dies führt zu einer Reduktion des CO₂-Gehalt im Blut und einer Normalisierung des pH-Werts.

Zusammenfassung

Bei einer Hyperkapnie reagieren zentrale Chemorezeptoren in der Medulla oblongata empfindlich auf den Anstieg des CO₂ und den damit verbundenen pH-Abfall im Liquor cerebrospinalis. Sie aktivieren das Atemzentrum, was zu einer erhöhten Atemfrequenz und Atemtiefe führt, um den überschüssigen CO₂ aus dem Körper zu entfernen und das Säure-Basen-Gleichgewicht wiederherzustellen.

b)

Berechne den pH-Wert in einem Szenario, in dem die Konzentration von [HCO₃⁻] = 24 mmol/L und [CO₂] = 1.2 mmol/L beträgt, unter Anwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung. Gehe von einem pKₐ-Wert von 6.1 aus.

Lösung:

Berechnung des pH-Werts mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung wird verwendet, um den pH-Wert einer Lösung zu berechnen, basierend auf der Konzentration von Bikarbonat-Ionen (\(\text{[HCO}_3\text{⁻]}\)) und Kohlendioxid (\(\text{[CO}_2\text{]}\)). Die Gleichung lautet:

\[ \text{pH} = \text{pK}_a + \text{log}_{10} \frac{\text{[HCO}_3\text{⁻]}}{\text{[CO}_2\text{]}} \]

In dem gegebenen Szenario beträgt die Konzentration von [HCO₃⁻] = 24 mmol/L und die Konzentration von [CO₂] = 1.2 mmol/L. Der pK_a-Wert ist 6.1. Setzen wir diese Werte in die Gleichung ein:

• \[ \text{pH} = 6.1 + \text{log}_{10} \frac{24 \text{ mmol/L}}{1.2 \text{ mmol/L}} \]

Rechne das Verhältnis im Logarithmus aus:

\[ \frac{24}{1.2} = 20 \]

Setze diesen Wert in die Gleichung ein und berechne den pH-Wert:

\[ \text{pH} = 6.1 + \text{log}_{10}(20) \]

Der Logarithmus zur Basis 10 von 20 beträgt ungefähr 1.3010:

\[ \text{pH} = 6.1 + 1.3010 = 7.4010 \]

Zusammenfassung

Der berechnete pH-Wert in diesem Szenario beträgt 7.4010.

c)

Beschreibe den Unterschied in der Reaktion von zentralen und peripheren Chemorezeptoren bei einer Hypoxie. Welche physiologischen Reaktionen werden jeweils ausgelöst?

Lösung:

Unterschied in der Reaktion von zentralen und peripheren Chemorezeptoren bei einer Hypoxie

Hypoxie bezeichnet einen verminderten Sauerstoffgehalt im Blut. Sowohl zentrale als auch periphere Chemorezeptoren überwachen Veränderungen im Blutgas und pH-Wert, reagieren jedoch auf unterschiedliche Weise auf Hypoxie. Hier ist eine Beschreibung der Unterschiede und die daraus resultierenden physiologischen Reaktionen:

• Zentrale Chemorezeptoren:
  • Standort: Medulla oblongata
  • Reaktion: Hauptsächlich empfindlich gegenüber Veränderungen des pCO₂ und des pH-Werts im Liquor cerebrospinalis, nicht direkt auf pO₂-Wert.
  • Bei Hypoxie: Zentrale Chemorezeptoren reagieren kaum oder gar nicht direkt auf niedrige pO₂-Werte. Ihr primärer Stimulus sind Veränderungen im CO₂-Gehalt und pH-Wert.
  • Physiologische Reaktion: Bei erhöhtem pCO₂ oder verringertem pH-Wert senden zentrale Chemorezeptoren Signale an das Atemzentrum, was zu erhöhter Atemfrequenz und -tiefe (Hyperventilation) führt.
• Periphere Chemorezeptoren:
  • Standort: Glomus caroticum und Glomera aortica
  • Reaktion: Empfindlich gegenüber Veränderungen des pO₂, pCO₂ und pH-Werts im Blut.
  • Bei Hypoxie: Periphere Chemorezeptoren sind direkt empfindlich gegenüber einem Abfall des pO₂-Werts. Sie detektieren die niedrigen Sauerstoffkonzentrationen im Blut.
  • Physiologische Reaktion: Bei niedrigem pO₂ senden periphere Chemorezeptoren Signale an das Atemzentrum, was zu einer Erhöhung der Atemfrequenz und Atemtiefe führt, um den Sauerstoffgehalt im Blut wiederherzustellen. Zusätzliche kardiale Anpassungen können auch auftreten, wie erhöhte Herzfrequenz und Kontraktionskraft, um den Sauerstofftransport zu verbessern.

Zusammenfassung

Während zentrale Chemorezeptoren primär auf den Anstieg von CO₂ und den Abfall des pH-Werts im Liquor cerebrospinalis reagieren und nur indirekt von Hypoxie beeinflusst werden, reagieren periphere Chemorezeptoren direkt auf niedrige pO₂-Werte im Blut. Das Ergebnis beider Mechanismen ist eine Verstärkung der Atmung, jedoch wird der Hauptbeitrag zur direkten Reaktion auf Hypoxie von den peripheren Chemorezeptoren geleistet.

Aufgabe 4)

Funktion und Regulation des Verdauungstrakts: Die Steuerung und der Ablauf der Nahrungsverarbeitung im Körper wird durch das autonome Nervensystem und Hormone koordiniert.

• Mund: Mechanische Zerkleinerung, Enzym Amylase für die Kohlenhydratspaltung
• Ösophagus: Transport der Nahrung durch peristaltische Bewegungen
• Magen: Produktion von HCl, wodurch der pH-Wert auf unter 2 gesenkt wird. Pepsinogen wird in Pepsin umgewandelt, um die Proteinverdauung zu unterstützen
• Dünndarm: Hauptaufnahme von Nährstoffen durch Enzyme wie Trypsin, Lipase und Amylase
• Dickdarm: Wasser- und Elektrolytresorption
• Regulation: Hormone wie Gastrin, Sekretin und Cholezystokinin (CCK)
• Autonomes Nervensystem: Sympathikus (hemmt), Parasympathikus (stimuliert)

a)

Erkläre den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Verdauungsvorgänge im Magen. Gehe dabei detailliert auf die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus ein.

Lösung:

Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Verdauungsvorgänge im MagenDas autonome Nervensystem (ANS) spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Verdauungsvorgänge im Magen. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Sympathikus und dem Parasympathikus, die unterschiedliche Effekte auf die Magentätigkeit haben.

• Sympathikus:Der Sympathikus ist der Teil des autonomen Nervensystems, der vor allem in Stresssituationen aktiv wird und die „Flucht- oder Kampfreaktion“ auslöst. Im Zusammenhang mit der Verdauung hat der Sympathikus folgende Effekte:
  • Hemmung der Magentätigkeit: Der Sympathikus vermindert die Aktivität der Magenschleimhaut, was die Produktion von Magensäure (HCl) und Verdauungsenzymen verringert.
  • Verminderung der Durchblutung: Die sympathische Aktivität führt zu einer Kontraktion der Blutgefäße im Magen, was die Durchblutung und somit die Verfügbarkeit von Nährstoffen und Sauerstoff reduziert.
  • Verringerung der Muskelkontraktionen: Peristaltische Bewegungen im Magen werden durch den Sympathikus gehemmt, was die mechanische Zerkleinerung und den Transport des Mageninhalts verlangsamt.
• Parasympathikus:Der Parasympathikus ist der Teil des autonomen Nervensystems, der in Ruhe- und Erholungssituationen aktiv ist und die „Ruhen-und-Verdauen-Reaktion“ auslöst. Im Zusammenhang mit der Verdauung hat der Parasympathikus folgende Effekte:
  • Stimulation der Magentätigkeit: Der Parasympathikus fördert die Aktivität der Magenschleimhaut, was die Produktion von Magensäure (HCl) und Verdauungsenzymen steigert.
  • Erhöhung der Durchblutung: Parasympathische Aktivität führt zu einer Erweiterung der Blutgefäße im Magen, was die Durchblutung und somit die Verfügbarkeit von Nährstoffen und Sauerstoff erhöht.
  • Steigerung der Muskelkontraktionen: Peristaltische Bewegungen im Magen werden durch den Parasympathikus gefördert, was die mechanische Zerkleinerung und den Transport des Mageninhalts beschleunigt.

Zusammengefasst: Der Sympathikus hemmt die Verdauungsprozesse im Magen, wodurch die Magensäureproduktion, die Durchblutung und die Muskelkontraktionen reduziert werden, während der Parasympathikus diese Prozesse stimuliert und somit die Verdauung fördert.

b)

Beschreibe die Wirkung von Cholezystokinin (CCK) auf die Funktionen der Bauchspeicheldrüse und der Gallenblase. Wie wird die Produktion und Freisetzung dieses Hormons reguliert?

Lösung:

Wirkung von Cholezystokinin (CCK) auf die Funktionen der Bauchspeicheldrüse und der GallenblaseCholezystokinin (CCK) ist ein Hormon, das eine wichtige Rolle bei der Verdauung spielt, insbesondere bei der Regulation der Funktionen der Bauchspeicheldrüse und der Gallenblase.

• Wirkung auf die Bauchspeicheldrüse (Pankreas):
  • Enzymsekretion: CCK stimuliert die Bauchspeicheldrüse zur Produktion und Freisetzung von Verdauungsenzymen. Diese Enzyme sind entscheidend für die Verdauung von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten im Dünndarm.
  • Bikarbonatsekretion: CCK fördert indirekt die Sekretion von Bikarbonat durch die Bauchspeicheldrüse, was wichtig für die Neutralisation der Magensäure im Dünndarm ist.
• Wirkung auf die Gallenblase:
  • Kontraktion der Gallenblase: CCK bewirkt die Kontraktion der Gallenblase, was zur Freisetzung von Galle in den Dünndarm führt. Galle ist notwendig für die Emulgierung und anschließende Verdauung von Fetten.
• Regulation der Produktion und Freisetzung von CCK:Die Produktion und Freisetzung von Cholezystokinin wird durch das Vorhandensein von Nahrungsbestandteilen im Dünndarm reguliert:
  • Fettsäuren und Aminosäuren: Der wichtigste Stimulus für die Freisetzung von CCK ist das Vorhandensein von Fettsäuren und Aminosäuren im Dünndarm. Diese Nahrungskomponenten signalisieren dem Körper, dass Verdauungsenzyme und Galle benötigt werden.

Zusammengefasst: Cholezystokinin (CCK) stimuliert die Bauchspeicheldrüse zur Enzym- und Bikarbonatsekretion und bewirkt die Kontraktion der Gallenblase zur Freisetzung von Galle. Die Produktion und Freisetzung von CCK wird hauptsächlich durch das Vorhandensein von Fettsäuren und Aminosäuren im Dünndarm reguliert.

c)

Betrachte eine Mahlzeit, die eine umfassende Zufuhr von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen enthält. Erkläre anhand der Enzyme Amylase, Lipase und Trypsin den Prozess der Verdauung und Absorption dieser Makronährstoffe im Dünndarm. Führe dabei spezifische Reaktionen und mathematische Formeln ein, die die enzymatische Spaltung der Makronährstoffe charakterisieren (z. B. die Berechnung der Hydrolysate).

Lösung:

Verdauung und Absorption von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen im DünndarmWenn eine Mahlzeit eine umfassende Zufuhr von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen enthält, werden diese Makronährstoffe durch spezifische Enzyme im Dünndarm verdaut und absorbiert. Diese Enzyme sind Amylase für Kohlenhydrate, Lipase für Fette und Trypsin für Proteine.

• Kohlenhydrate:Die Verdauung der Kohlenhydrate setzt im Dünndarm mit der Pankreas-Amylase fort.
  • Amylase: Die Pankreas-Amylase spaltet die Polysaccharide (z. B. Stärke) in kleinere Oligosaccharide und Maltose.Reaktionsformel für den Abbau von Stärke:\[\text{Stärke} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Maltose} + \text{Glukose}\]
  • Disaccharid-Spaltung: Oligosaccharide und Disaccharide werden durch spezifische Disaccharidasen (z. B. Maltase, Sucrase und Lactase) in Monosaccharide wie Glukose, Fruktose und Galaktose gespalten.
• Fette:Die Verdauung der Fette erfolgt hauptsächlich durch die Pankreas-Lipase.
  • Lipase: Die Pankreas-Lipase spaltet Triglyceride in Monoglyceride und freie Fettsäuren. Die Hydrolyse der Triglyceride erfolgt in zwei Schritten:Reaktionsformel für den Abbau von Triglyceriden:\[\text{Triglycerid} + 2 \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2 \text{Fettsäuren} + \text{Monoglycerid}\]
• Proteine:Die Verdauung der Proteine setzt sich im Dünndarm mit der Aktivität der Pankreas-Enzyme fort, wobei Trypsin eine zentrale Rolle spielt.
  • Trypsin: Trypsin wird aus dem inaktiven Trypsinogen, das von der Pankreas sezerniert wird, aktiviert. Es spaltet Proteine in kleinere Peptide und Aminosäuren.Reaktionsformel für den Abbau von Proteinen:\[\text{Protein} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Peptide} + \text{Aminosäuren}\]
• Absorption:Die im Dünndarm entstandenen Monosaccharide, Fettsäuren, Monoglyceride und Aminosäuren werden durch die Enterozyten (Darmzellen) resorbiert.
  • Monosaccharide: Glukose und Galaktose werden durch sekundär aktiven Transport (SGLT-1) und Fruktose durch erleichterte Diffusion (GLUT-5) in die Enterozyten aufgenommen und über GLUT-2 in den Blutkreislauf abgegeben.
  • Fettsäuren und Monoglyceride: Sie werden in den Enterozyten zu Triglyceriden resynthetisiert, in Chylomikronen verpackt und über das Lymphsystem in den Blutkreislauf transportiert.
  • Aminosäuren: Werden durch spezifische Transportproteine (Na⁺-abhängiger Cotransport) in die Enterozyten aufgenommen und über den Blutkreislauf verteilt.

Zusammenfassend wird durch die enzymatische Aktivität von Amylase, Lipase und Trypsin die Nahrung in ihre Grundbausteine zerlegt, damit diese im Dünndarm absorbiert werden können.