Neuroendokrine Regulation, Homöostase und Nierenfunktion

Endokrine und Nervensystem-Kontrolle

Hypophyse und Hypothalamus

Hypophyse: Die Hypophyse ist die wichtigste endokrine Drüse und ist unter anderem an der Regulierung des hydrosalinen Gleichgewichts beteiligt.

Hypothalamus: Der Hypothalamus ist eine Struktur des Nervensystems, die das Funktionieren der Hypophyse steuert.

Homöostase und Neuroendokrine Regulation

Die Regulierung des hydrosalinen Gleichgewichts steht unter der Kontrolle des Nerven- und Hormonsystems. Diese Systeme halten auch den Blutdruck, die Körpertemperatur und den Blutzuckerspiegel in unserem Körper im Normbereich.

Regelkreise und Feedback-Systeme

Regelkreise (Feedback-Schaltungen) erfassen Informationen aus der internen oder externen Umgebung, die für die Funktion des Körpersystems wichtig sind. Sie werden wie folgt eingestuft:

• Negatives Feedback (-): Reduziert oder kehrt die vom System erkannten Unterschiede um. Dies ist der häufigste Mechanismus in Organismen. Wenn eine Störung in der inneren Umgebung auftritt, wirkt die negative Rückkopplung, indem sie die Konzentration einer Substanz erhöht, die den Prozess hemmt, der zur Erhöhung führt.
• Positives Feedback (+): Vergrößert die festgestellten Unterschiede.

Regulierung des Blutzuckerspiegels

Mehrere Hormone sind an der Regulierung der Blutzuckerkonzentration beteiligt, insbesondere Insulin und Glucagon, die von bestimmten Zellen der Bauchspeicheldrüse produziert und ausgeschieden werden.

Insulin

Insulin wird bei erhöhter Zuckerkonzentration im Blut ausgeschüttet. Es erleichtert die Aufnahme und Verwertung von Glukose durch die Zellen und stimuliert die Speicherung von Glukose als Glykogen in Muskel- und Leberzellen.

Glucagon

Wenn die Blutzuckerkonzentration niedrig ist, gibt die Bauchspeicheldrüse das Hormon Glucagon ab. Glucagon stimuliert den Abbau von Glukose aus gespeichertem Glykogen in den Muskeln und in der Leber. Die Wirkung dieses Hormons ist entgegengesetzt zu der von Insulin.

Stress und Homöostase

Das Nerven- und Hormonsystem sind an der Homöostase biologischer Größen wie Blutdruck, pH-Wert und hydrosalines Gleichgewicht beteiligt.

Was ist Stress?

Spezialisten definieren Stress als ein angeborenes Verhalten zur Abwehr von Bedrohungen. Er besteht aus einer defensiven oder adaptiven Reaktion auf einen Reiz (Stressfaktor), der die Kontrolle der Person beeinträchtigt.

Körperliche Reaktion auf Stress

Bei Angst oder Stress steigert sich die Kraft, mit der das Herz kontrahiert, und das Schlagvolumen pro Minute. Diese schnelle Reaktion wird durch die Wirkung des sympathischen Nervensystems vermittelt, das den Neurotransmitter Adrenalin freisetzt. Dasselbe Molekül wird von den Nebennieren ins Blut abgegeben, um das Nervensystem zu ergänzen und den Körper in Alarmbereitschaft zu versetzen, wenn die Stresssituation länger andauert.

Um mit dem Stressor umzugehen, erfordert der Körper eine Erhöhung der Blutmenge in Gehirn und Muskeln. Es muss auch die Versorgung dieser Organe mit Sauerstoff (O₂) und Glukose durch das Blut erhöht werden. Adrenalin (das als Neurotransmitter und Hormon wirken kann) und Cortisol sind Beispiele für Chemikalien, die diese Funktionen ermöglichen. Die Stressreaktion führt dazu, dass der Körper mehr Sauerstoff und Glukose erhält, was die erhöhte Herzfrequenz und Atmung erklärt.

Stressoren (Stressfaktoren)

Der Stress auslösende Faktor wird als Stressor oder Stressfaktor bezeichnet. Er kann sein:

• Exogen: Stammt in der Regel aus der natürlichen Umwelt oder dem menschlichen Umfeld (z. B. Umweltverschmutzung, Tabak, Drogen, Gewalt, Raub).
• Endogen: Ist im Individuum selbst begründet.

Stress-Typen

• Akuter Stress: Tritt auf, wenn eine gefährliche Situation das Leben bedrohen könnte. Die angeborene Reaktion sichert das Überleben.
• Chronischer Stress: Tritt auf, wenn die Stresssituation über einen längeren Zeitraum anhält (z. B. lähmende Bedingungen oder anhaltender Druck).

Neuroendokrine Stressantwort

Sowohl das Nervensystem als auch das endokrine System setzen bestimmte Chemikalien zur Bekämpfung von Stress frei: das Nervensystem auf Ebene der Synapse und das endokrine System Hormone ins Blut. Die Wirkung des Nervensystems ist schneller, die des endokrinen Systems anhaltender.

Vor einer Stresssituation aktiviert das Nervensystem die sympathischen Zentren, die Informationen an verschiedene Körperteile senden. Dies führt dazu, dass das Nebennierenmark die Hormone Adrenalin und Noradrenalin synthetisiert, was folgende Effekte verursacht:

• Erhöhte Herzfrequenz.
• Verengung der Blutgefäße der inneren Organe.
• Glukosesynthese.
• Reduzierte Magenaktivität.
• Erweiterung der Atemwege.

Ablauf der Stressreaktion

1. Stressfaktor → Stress → Hypothalamus (+) → Sympathisches System → Adrenalin → Erhöhte Herzfrequenz → Wachzustand → Erhöhte Durchblutung von Gehirn und Muskeln → Reduzierte Durchblutung von Haut und Nieren.
2. Endokrines System (+) → Nebennieren (Adrenalin, Cortisol) → Erhöhte Glykämie → Reduzierte Entzündung → Hemmung allergischer Reaktionen.

Blutdruckregulierung durch Barorezeptoren

Erhöhter Blutdruck wird von Barorezeptoren erfasst, die Informationen an die Medulla oblongata (verlängertes Mark) senden. Dort bestimmt das Herzzentrum die Aktivität des Parasympathikus, was zu einer Senkung der Herzleistung führt. Gleichzeitig bestimmt das vasomotorische Zentrum die Verringerung der Aktivität des sympathischen Systems, was Vasodilatation und einen verringerten Gefäßwiderstand verursacht und somit den Blutdruck senkt.

Anatomie und Funktion der Niere

Bestandteile des Harnsystems

• Niere: Beteiligt sich an der Ausscheidung von Stoffwechselprodukten und der Regulierung der Salzkonzentration, des Wasserhaushalts und des Blut-pH-Werts.
• Harnleiter (Ureter): Leitet den Urin von der Niere zur Blase.
• Harnblase: Speichert den Urin bis zur Miktion (Wasserlassen).
• Harnröhre (Urethra): Ermöglicht die Harnentleerung aus der Blase nach außen.

Nierenstruktur

• Nierenrinde (Cortex renalis): Äußerer Bereich der Niere, der sich von der Nierenkapsel bis zur Basis der Nierenpyramiden erstreckt.
• Nierenpyramide (Pyramis renalis): Konische Struktur, deren Basis zur Rinde und deren Spitze zur Mitte der Niere orientiert ist. Sie enthält Teile des Röhrensystems der Nephrone.

Urinbildung: Die Drei Phasen

Die Urinbildung besteht aus drei Stufen: 1. Filtration, 2. Tubuläre Rückresorption und 3. Tubuläre Sekretion.

1. Glomeruläre Filtration

Blut gelangt durch die zuführende Arteriole in den Glomerulus. Der Druck bewirkt, dass kleine, im Plasma gelöste Stoffe die durchlässigen Kapillaren passieren und in die Bowman-Kapsel gelangen. Dieser Vorgang wird als glomeruläre Filtration bezeichnet. Der Glomerulus fungiert als Sieb, das Stoffwechselprodukte (vor allem Harnstoff) und kleine Nährstoffe wie Glukose und Aminosäuren filtert. Die filtrierte Flüssigkeit (Primärharn) enthält Abfallstoffe und nützliche Moleküle. Täglich werden etwa 180 Liter filtriert.

2. Tubuläre Rückresorption

Die filtrierte Flüssigkeit durchläuft die Nierentubuli. Nützliche Moleküle werden in das Blut zurückgeführt. Dieser Prozess wird tubuläre Rückresorption genannt. Die Rückresorption erfolgt selektiv entlang des gesamten Tubulus. Von den täglich 180 Litern Filtrat werden etwa 179 Liter resorbiert, sodass nur etwa 1 ml Urin pro Minute übrig bleibt.

Selektive Aufnahme und Wasserresorption

Wasser, Glukose und andere Nährstoffe werden durch aktive oder passive Transportmechanismen in die Tubuluszellen aufgenommen und gelangen zurück ins Blut. Die Wasserresorption erfolgt im frühen Teil der Nierentubuli durch Osmose (obligatorische Resorption). Der Rest wird in den distalen Regionen wieder aufgenommen (fakultative Resorption), die durch die Einwirkung von ADH reguliert wird.

3. Tubuläre Sekretion

Die tubuläre Sekretion ist die letzte Reinigungsstufe, bei der bestimmte Stoffe, die nicht filtriert wurden (z. B. Kalium, Wasserstoff, Harnstoff), aus den peritubulären Kapillaren in den Tubulus entfernt werden. Sie dient dazu, giftige und schädliche Substanzen, die nicht filtriert wurden, auszuscheiden.

Bildung von hyper- und hypotonem Urin

Die glomeruläre Filtrationsrate verändert ihre Zusammensetzung, während sie die verschiedenen Abschnitte der Nierentubuli durchläuft. Unterschiedliche Mengen an Wasser und gelösten Stoffen führen zur Bildung von verdünntem (hypotonem) oder konzentriertem (hypertonem) Urin.

Bildung von hypotonem Urin (Verdünnter Urin)

Die Bildung von verdünntem Urin erfolgt durch eine erhöhte Resorption von gelösten Stoffen und eine verringerte Sekretion von ADH (Antidiuretisches Hormon). Die reduzierte ADH-Sekretion verhindert, dass Wasser durch Osmose aus dem Sammelrohr filtriert wird, wodurch die optionale Wasserresorption gehemmt wird.

Änderungen der Urinkonzentration

Bei Dehydratation ist der Urin konzentrierter, da die Nierentubuli mehr Wasser resorbieren. Nach Wasseraufnahme wird der Urin verdünnter, da weniger Wasser resorbiert wird. Das Nerven- und Hormonsystem regulieren das Volumen, um die Salz- und Wasser-Homöostase aufrechtzuerhalten.

Osmose und interne Umgebung

Definitionen

• Lösungsmittel: Das Medium, in dem die gelösten Salze gelöst sind (z. B. Wasser).
• Gelöster Stoff (Solut): Die Substanz, die mit dem Lösungsmittel interagiert (z. B. Salz).

Die Körperflüssigkeiten umfassen: 63 % intrazelluläre Flüssigkeit, 37 % interstitielle Flüssigkeit, Plasma und transzelluläre Flüssigkeit (Lymphe).

Interne und Externe Umgebung

• Interne Umgebung: Konstante Menge an gelöstem Stoff (Salz), konstante Konzentration des Lösungsmittels (Volumen).
• Externe Umgebung: Konzentration des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes variieren.

Osmotische Zustände

Osmose: Bewegung von Wasser durch eine Membran von einem Medium mit geringerer Konzentration an gelösten Stoffen zu einem Medium mit höherer Konzentration an gelösten Stoffen. Nur das Lösungsmittel bewegt sich, nicht der gelöste Stoff.

• Isotonisch: Gleiche Konzentration von Salzen in Bezug auf das Lösungsmittel.
• Hypotonisch: Geringere Konzentration von Salzen in Bezug auf das Lösungsmittel.
• Hypertonisch: Höhere Konzentration von Salzen in Bezug auf das Lösungsmittel. (Wasser strömt durch Osmose in das hypertonische Medium.)

Salz- und Wasser-Homöostase

Die Homöostase ist das Gleichgewicht zwischen internen und externen Bedingungen. Die Salz- und Wasser-Homöostase beinhaltet die Aufrechterhaltung des Umsatzes von Salzen und H₂O, der Temperatur und des pH-Werts.

Faktoren, die das hydrosaline Gleichgewicht beeinflussen

• Hohe Temperatur → Wasserverlust durch Schweiß.
• Nahrung → Zufuhr von Salzen und Wasser.
• Umwelt → Salzgehalt und Feuchtigkeit.
• Körperliche Betätigung → H₂O-Verlust.

Rolle des Nierensystems

Das Nierensystem kontrolliert:

• Die pH-Regulierung durch Ausscheidung von H⁺ (Protonen).
• Die Blutdruckkontrolle durch Sekretion des Proteins Renin.
• Die kontrollierte Konzentration von Salzen und Wasser.

Wasserbilanz

Wasserverlust (Ausscheidung): Urin (Nieren), Schweiß (Haut), Tränen, Speichel, Atmung (Lunge). Die Wasserzufuhr führt zu erhöhter Urinproduktion.

Harnzeitvolumen (Urinary Debito): Die Menge des produzierten Urins in einer bestimmten Zeit.

Das wichtigste Ion in der Salz- und Wasser-Homöostase ist Natrium (Na⁺), das als NaCl aufgenommen wird. Eine Erhöhung der Wasseraufnahme erhöht den Natriumspiegel im Blutplasma und die Urinausscheidung. Die Natriumwerte im Blutplasma müssen konstant gehalten werden.

Weg des Urins

Nierenarterie → Nephron → Harnleiter → Blase → Harnröhre → Urinausscheidung.