Seminar Vegetative Physiologie1 - Exam

Aufgabe 1)

Regulation und Funktion des Sympathikus und ParasympathikusDas vegetative Nervensystem besteht aus zwei Hauptzweigen, dem Sympathikus und dem Parasympathikus, die unterschiedlich auf die Körperfunktionen wirken. Der Sympathikus ist hauptsächlich für die Aktivierung („Kampf oder Flucht“) verantwortlich, während der Parasympathikus für Erholung und Verdauung zuständig ist.

• Sympathikus: Erhöhung der Herzfrequenz, Erweiterung der Bronchien, Hemmung der Verdauung, Freisetzung von Glukose, Pupillenerweiterung
• Parasympathikus: Verringerung der Herzfrequenz, Verengung der Bronchien, Förderung der Verdauung, Speicherung von Glukose, Pupillenverengung
• Neurotransmitter: Sympathikus - Noradrenalin, Parasympathikus - Acetylcholin
• Regulationsmechanismen: Hypothalamus, Medulla oblongata
• Gegenspieler-Prinzip (Antagonismus): Die beiden Systeme wirken oft gegensätzlich auf dieselben Organe.

a)

Beschreibe detailliert, wie sich die Aktivierung des Sympathikus und des Parasympathikus auf die Herzfrequenz auswirkt. Nutze die Begriffe wie Noradrenalin und Acetylcholin, um die unterschiedlichen Mechanismen der beiden Systeme zu erläutern.

Lösung:

Auswirkungen der Aktivierung des Sympathikus und Parasympathikus auf die HerzfrequenzDas vegetative Nervensystem, bestehend aus dem Sympathikus und dem Parasympathikus, beeinflusst die Herzfrequenz auf unterschiedliche Weisen.

• Sympathikus:
  • Bei der Aktivierung des Sympathikus kommt es zu einer Ausschüttung von Noradrenalin.
  • Noradrenalin bindet an die Beta-Adrenozeptoren des Herzens.
  • Dies führt zu einer Erhöhung der Herzfrequenz (Tachykardie), da die Kontraktionskraft und die Erregungsleitung im Herzen zunehmen.
• Parasympathikus:
  • Bei der Aktivierung des Parasympathikus wird Acetylcholin freigesetzt.
  • Acetylcholin wirkt auf die muskarinischen Rezeptoren des Herzens ein.
  • Dies bewirkt eine Verringerung der Herzfrequenz (Bradykardie), indem die Kontraktionskraft und die Erregungsausbreitung im Herzen vermindert werden.

Beide Systeme regulieren die Herzfrequenz über unterschiedliche Mechanismen und wirken oft antagonistisch. Während der Sympathikus die Herzfrequenz erhöht, senkt der Parasympathikus sie, um den Körper auf Ruhe und Erholung vorzubereiten.

b)

Erkläre anhand eines Beispieles, wie der Hypothalamus und die Medulla oblongata die Aktivität des Sympathikus und Parasympathikus regulieren. Diskutiere auch, wie das Gegenspieler-Prinzip dabei eine Rolle spielt.

Lösung:

Regulation der Aktivität des Sympathikus und Parasympathikus durch den Hypothalamus und die Medulla oblongataDer Hypothalamus und die Medulla oblongata spielen eine zentrale Rolle in der Regulation des vegetativen Nervensystems, insbesondere in der Steuerung des Sympathikus und Parasympathikus. Hier ist ein Beispiel, das diese Regulation verdeutlicht:Beispiel: Reaktion auf Stress1. Stressauslöser:Ein plötzlicher Stressauslöser (z. B. eine Gefahr) aktiviert das sympathische Nervensystem.2. Aktivierung durch den Hypothalamus:Der Hypothalamus erkennt den Stress und sendet Signale an die Medulla oblongata.3. Sympathische Aktivierung:

• Die Medulla oblongata verstärkt die Freisetzung von Noradrenalin.
• Dies führt zu einer Erhöhung der Herzfrequenz, Erweiterung der Bronchien, Hemmung der Verdauung und Freisetzung von Glukose für schnelle Energie.

4. Nach der Stressreaktion:Nachdem die Gefahr vorüber ist, muss der Körper wieder in den Ruhezustand zurückkehren.5. Aktivierung des Parasympathikus:

• Der Hypothalamus sendet erneut Signale, diesmal um den Parasympathikus zu aktivieren.
• Die Medulla oblongata fördert die Freisetzung von Acetylcholin.
• Dies bewirkt eine Verringerung der Herzfrequenz, Verengung der Bronchien, Förderung der Verdauung und Speicherung von Glukose.

6. Gegenspieler-Prinzip:Während dieser ganzen Prozesse wirkt das Gegenspieler-Prinzip (Antagonismus) konstant:

• Der Sympathikus bereitet den Körper auf eine 'Kampf oder Flucht'-Reaktion vor.
• Der Parasympathikus sorgt dafür, dass der Körper wieder in den Ruhezustand zurückkehrt und sich erholt.

Diese beiden Systeme arbeiten oft gegensätzlich, um die Homöostase des Körpers zu bewahren und eine optimale Funktion der Organe zu gewährleisten.

Aufgabe 2)

Einfluss der vegetativen Physiologie auf das Herz-Kreislauf-System:

Das vegetative Nervensystem, bestehend aus Sympathikus und Parasympathikus, spielt eine wesentliche Rolle bei der Regulation von Herzfrequenz, Kontraktionskraft und Blutgefäßdurchmesser.

• Der Sympathikus erhöht die Herzfrequenz (Herzfrequenz), die Kontraktionskraft (Inotropie) und den Blutdruck.
• Der Parasympathikus hingegen senkt die Herzfrequenz (Bradykardie), vermindert die Kontraktionskraft und verringert den Blutdruck.
• Der Nervus vagus ist der Hauptnerv des Parasympathikus und beeinflusst den Herzschlag signifikant.
• Barorezeptoren messen den Blutdruck und regulieren diesen über Reflexe.
• Formeln:
  • Mittlerer arterieller Druck (MAP) = HZV × TPR
  • Herzzeitvolumen (HZV) = HF × SV
• Bei der Fight-or-Flight-Reaktion dominiert der Sympathikus und erhöht den Blutfluss zu den Muskeln.

a)

a) Beschreibe die Wirkung des Sympathikus auf das Herz-Kreislauf-System, insbesondere unter Berücksichtigung der Herzfrequenz und der Kontraktionskraft.

In deiner Antwort sollst du erklären, wie der Sympathikus die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft beeinflusst. Betrachte dabei die Mechanismen, durch die der Sympathikus diese Parameter verändert, und welche physiologischen Konsequenzen daraus resultieren.

Lösung:

Einfluss des Sympathikus auf das Herz-Kreislauf-System:

Der Sympathikus ist ein Teil des vegetativen Nervensystems und spielt eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung des Herz-Kreislauf-Systems, besonders in stressigen oder körperlich herausfordernden Situationen, wie etwa während der Fight-or-Flight-Reaktion. Dabei hat der Sympathikus mehrere spezifische Effekte:

• Erhöhung der Herzfrequenz (Herzfrequenz): Durch die Freisetzung von Katecholaminen, insbesondere Noradrenalin, aus den sympathischen Nervenenden wird die Herzfrequenz erhöht. Noradrenalin bindet an Beta-1-Adrenozeptoren im Herzen, was zu einer schnelleren Depolarisation der Schrittmacherzellen im Sinusknoten führt. Dies erhöht die Rate der Aktionspotenziale und somit die Herzfrequenz.
• Steigerung der Kontraktionskraft (Inotropie): Ebenso bewirken die ausgeschütteten Katecholamine eine Zunahme der Kontraktionskraft der Herzmuskulatur. Noradrenalin erhöht den intrazellulären Calciumspiegel in den Kardiomyozyten durch Aktivierung der Beta-1-Adrenozeptoren, was die Kontraktionskraft verstärkt. Dies führt zu einer effizienteren Pumpfunktion des Herzens.

Mechanismen und physiologische Konsequenzen: Diese Effekte des Sympathikus resultieren in einer besseren Versorgung des Körpers mit sauerstoffreichem Blut, insbesondere der Skelettmuskulatur und anderen wichtigen Organen während Stresssituationen. Durch die Erhöhung des Herzzeitvolumens (HZV = HF × SV) steigt auch der mittlere arterielle Druck (MAP = HZV × TPR), was die Durchblutung in den Geweben optimiert.

Langfristig gesehen kann eine chronische Stimulierung des Sympathikus jedoch negative Konsequenzen haben, wie Bluthochdruck und Herzinsuffizienz, da das Herz konstant unter höherer Belastung arbeitet.

b)

b) Berechne den mittleren arteriellen Druck (MAP) für einen Patienten, dessen Herzzeitvolumen (HZV) 5,5 l/min und dessen totaler peripherer Widerstand (TPR) 20 mmHg⋅min/l beträgt. Zeige alle Rechenschritte.

Verwende die Formel: \textit{Mittlerer arterieller Druck (MAP) = HZV × TPR}

Lösung:

Berechnung des mittleren arteriellen Drucks (MAP):

Um den mittleren arteriellen Druck (MAP) zu berechnen, verwenden wir die gegebene Formel:

• Mittlerer arterieller Druck (MAP) = HZV × TPR

Die Werte für die Berechnung sind:

• Herzzeitvolumen (HZV) = 5,5 l/min
• totaler peripherer Widerstand (TPR) = 20 mmHg⋅min/l

Nun setzen wir die Werte in die Formel ein:

• MAP = HZV × TPR
• MAP = 5,5 l/min × 20 mmHg⋅min/l

Durch Multiplikation der beiden Größen ergibt sich:

• MAP = 110 mmHg

Der mittlere arterielle Druck (MAP) für diesen Patienten beträgt also 110 mmHg.

c)

c) Erkläre die Rolle der Barorezeptoren in der Regulation des Blutdrucks und beschreibe, wie diese durch das vegetative Nervensystem beeinflusst werden.

In deiner Antwort solltest du auf den Reflexbogen eingehen, der durch Barorezeptoren ausgelöst wird, und erläutern, wie der Sympathikus und der Parasympathikus in diesen Prozess eingebunden sind.

Lösung:

Rolle der Barorezeptoren in der Regulation des Blutdrucks:

Barorezeptoren sind spezialisierte Druckrezeptoren, die in den Wänden großer Blutgefäße, wie der Aorta und der Carotis-Schlagader, lokalisiert sind. Ihre Hauptfunktion besteht darin, kontinuierlich den Blutdruck zu überwachen und Veränderungen zu detektieren. Diese Informationen werden an das zentrale Nervensystem weitergeleitet, wo sie Reflexbögen auslösen, die die Herz-Kreislauf-Funktion regulieren, um den Blutdruck innerhalb der Normwerte zu halten.

• Funktionsweise der Barorezeptoren:
  • Barorezeptoren reagieren auf Dehnung der Gefäßwände, die durch Druckänderungen verursacht wird.
  • Bei erhöhtem Blutdruck dehnen sich die Gefäßwände stärker, wodurch die Barorezeptoren aktiviert werden.
  • Diese Aktivierung führt zur Generierung von Nervenimpulsen, die an das Kreislaufzentrum im Medulla oblongata des Gehirns geleitet werden.
• Regulation durch den Reflexbogen:
  • Wenn der Blutdruck steigt, senden die Barorezeptoren vermehrte Nervensignale an das Kreislaufzentrum.
  • Das Kreislaufzentrum reagiert darauf, indem es das parasympathische Nervensystem aktiviert und den Sympathikus hemmt.
  • Der erhöhte Parasympathikus-Tonus verringert die Herzfrequenz (Bradykardie) und die Kontraktionskraft des Herzens, wodurch das Herzzeitvolumen (HZV) sinkt.
  • Gleichzeitig führt die Hemmung des Sympathikus zu einer Dilatation (Erweiterung) der Blutgefäße, was den totalen peripheren Widerstand (TPR) verringert.
  • Diese kombinierten Effekte senken den mittleren arteriellen Druck (MAP).

Einfluss des vegetativen Nervensystems:

• Der Sympathikus erhöht bei Aktivierung den Blutdruck, indem er die Herzfrequenz und die Kontraktionskraft des Herzens steigert sowie durch Vasokonstriktion (Verengung der Blutgefäße), wodurch der totale periphere Widerstand (TPR) erhöht wird.
• Der Parasympathikus wirkt entgegengesetzt, senkt die Herzfrequenz und Kontraktionskraft und führt durch Vasodilatation (Erweiterung der Blutgefäße) zur Verringerung des Blutdrucks.
• Die Barorezeptor-Reflexe stellen sicher, dass Änderungen im Blutdruck unmittelbar von diesen beiden Bestandteilen des vegetativen Nervensystems kompensiert werden, um den Blutdruck stabil zu halten.

Aufgabe 4)

Der Magen-Darm-Trakt wird durch das vegetative Nervensystem reguliert, wobei der Sympathikus die Motilität und Sekretion hemmt und der Parasympathikus diese fördert. Acetylcholin ist der hauptsächliche Neurotransmitter des Parasympathikus, während Norepinephrin der hauptsächliche Neurotransmitter des Sympathikus ist. Zusätzlich zum vegetativen Nervensystem gibt es das enterische Nervensystem als 'eigenes Nervensystem' des Gastrointestinaltrakts, das durch Reflexbögen und ein lokales Netzwerk von Neuronen funktioniert. Serotonin (5-HT) und andere lokale Mediatoren spielen eine unterstützende Rolle bei der Steuerung.

a)

Erkläre die Rolle des enterischen Nervensystems im Vergleich zum Sympathikus und Parasympathikus bei der Regulation des Magen-Darm-Trakts und beschreibe, wie lokale Mediatoren wie Serotonin (5-HT) Einfluss auf diese Prozesse nehmen.

Lösung:

Vergleich zwischen Sympathikus, Parasympathikus und dem enterischen Nervensystem

• Sympathikus: Hemmt die Motilität (Beweglichkeit) und Sekretion des Magen-Darm-Trakts. Der hauptsächliche Neurotransmitter ist Norepinephrin.
• Parasympathikus: Fördert die Motilität und Sekretion des Magen-Darm-Trakts. Der hauptsächliche Neurotransmitter ist Acetylcholin.
• Enterisches Nervensystem (ENS): Fungiert als 'eigenes Nervensystem' des Gastrointestinaltrakts. Es besteht aus einem Netzwerk von Neuronen und Reflexbögen, die direkt und lokal die Funktionen des Magen-Darm-Trakts steuern können.

Funktion des enterischen Nervensystems

• Reguliert die Magen-Darm-Motilität unabhängig vom zentralen Nervensystem.
• Kontrolliert die Sekretion von Enzymen und anderen Verdauungssäften.
• Koordiniert die Blutflussregulation im Magen-Darm-Trakt.
• Arbeitet eng mit dem Sympathikus und Parasympathikus zusammen, um eine umfassende Steuerung des Verdauungssystems zu gewährleisten.

Einfluss lokaler Mediatoren wie Serotonin (5-HT)

• Serotonin (5-HT): Spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Darmmotilität und -sekretion. Es wird von enterchromaffinen Zellen im Darm freigesetzt.
• Funktion von Serotonin: Beeinflusst die neuronalen Reflexbögen im enterischen Nervensystem und moduliert die Kontraktionen der Darmmuskulatur.
• Andere lokale Mediatoren: Es gibt weitere Mediatoren wie Vasoaktive Intestinale Peptide (VIP), Substanz P und Stickstoffmonoxid (NO), die ebenfalls eine Rolle bei der Regulation spielen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das enterische Nervensystem die Verdauungsprozesse direkt und lokal steuert, während der Sympathikus und Parasympathikus übergeordnet regulieren. Lokale Mediatoren wie Serotonin verstärken diese Regulation, indem sie die neuronalen und muskulären Aktivitäten im Darm beeinflussen.

b)

Ein Patient nimmt ein Medikament, das die Wirkung von Acetylcholin an den Rezeptoren des Darms blockiert. Berechne die potenziellen Effekte auf die Motilität und Sekretion des Magen-Darm-Trakts und begründe Deine Antwort mit Bezug auf die physiologischen Rollen des Sympathikus und des Parasympathikus. Nutze die Information über die Neurotransmitter und ihre Wirkungen aus dem Hauptteil.

Lösung:

Einfluss eines Acetylcholin-blockierenden Medikaments auf den Magen-Darm-Trakt

• Parasympathikus: Der Parasympathikus fördert die Motilität und Sekretion im Magen-Darm-Trakt durch Freisetzung von Acetylcholin.
• Sympathikus: Der Sympathikus hemmt die Motilität und Sekretion durch Freisetzung von Norepinephrin.

Wenn ein Patient ein Medikament einnimmt, das die Wirkung von Acetylcholin an den Rezeptoren des Darms blockiert, ist die Rolle des Parasympathikus beeinträchtigt. Dies hat folgende Effekte:

• Verringerte Motilität: Da Acetylcholin normalerweise die Bewegung der Darmmuskulatur fördert, führt die Blockade seiner Wirkung zu einer verminderten Darmmotilität.
• Verringerte Sekretion: Acetylcholin fördert die Sekretion von Verdauungssäften und Schleim. Eine Blockade würde zu einer reduzierten Sekretion führen.

Zusammengefasst könnte der Patient Symptome wie Verstopfung und eine verringerte Verdauungsfunktion erleben, da die stimulierenden Effekte des Parasympathikus auf die Motilität und Sekretion des Magen-Darm-Trakts unterdrückt werden.