Tierphysiologie at Universität Bielefeld

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Tierphysiologie    

Durch welche Mechanismen kommen Körperfunktionen und Verhaltensleistungen zustande? (proximate Fragen)


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Welcher Nutzen entsteht aus tierphysiologischen Studien?

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Mechanismen des Stoff- und Gasaustauschs: woher kommt die energie? 

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Austauschprozesse - Aufnahme und Abgabe von...

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Austauschprozesse bei Einzellern:

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Diffusion – Grundlage vieler Austauschprozesse: Beeinflussung der Diffusionsrate

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Austauschprozesse bei komplexen Mehrzellern:

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Optimierung von Austauschprozessen - 3 Punkte

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Grundlegende Prinzipien von Austauschprozessen:

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Diffusion als Basis von Austauschprozessen - was bedeutet osmotische Konzentration/Osmolarität?

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Beispiele hocheffizienter Austauschorgane:

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Aufgaben der Niere – Osmoregulation:

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Tierphysiologie

Tierphysiologie    

Durch welche Mechanismen kommen Körperfunktionen und Verhaltensleistungen zustande? (proximate Fragen)


- Neuro- und Sinnesphysiologie: Reizwahrnehmung, Reflexe, Koordination
- vegetative Physiologie: Herzfrequenzanstieg, Schwitzen, Durst, Hunger
- Muskelphysiologie: Bewegung

Tierphysiologie

Welcher Nutzen entsteht aus tierphysiologischen Studien?

- menschliche Physiologie: 
    > medizinischer Nutzen
    > Herz, Kreislauf, Nieren, Lungen, Nervensystem

- technische Umsetzung: 
    > ZNS (Computertechnologie)
    > Sinnesorgane (Kameras, Mikrophone)
    > Muskeln und Gelenke (Robotik)
    > Materialien (Nanotechnologie)

- Grundlagenforschung:
> ein konkreter Nutzen ergibt sich oft erst viel später
    > vom Phänomen über das Verstehen zum Nutzen (manchmal)

- Grundsätze: 
    > Funktionen hängen von der Struktur ab; vom Atom zum Organ
    > Regelung intra- und extrazellulärer Umwelt bedingt die notwendige Konstanz 
    biochemischer/physikalischer Prozesse → Regelkreise

Tierphysiologie

Mechanismen des Stoff- und Gasaustauschs: woher kommt die energie? 

Energie muss den Organismen (Pflanzen, Tieren) von außen zugeführt werden

Tierphysiologie

Austauschprozesse - Aufnahme und Abgabe von...

- Aufnahme und Abgabe von
    > festen Substanzen
    > Gasen
    > Ionen
    > Wasser
    > (Informationen)

- wirbellose Tiere lösen dieses Problem oft innerhalb der Zelle(n)
- in höheren Organismen spezifische Oberflächen bzw. Organe

Tierphysiologie

Austauschprozesse bei Einzellern:

- Diffusion

Tierphysiologie

Diffusion – Grundlage vieler Austauschprozesse: Beeinflussung der Diffusionsrate

- Diffusionsrate steigt mit: Druck, Konzentrationsdifferenz, Temperatur, Oberfläche
- Diffusionsrate fällt mit: Distanz und Viskosität (Zähflüssigkeit); Geschwindigkeit proportional zum Quadrat der Strecke
- Diffusion ab 100 μm ineffizient
- Diffusion erfordert große Oberflächen und dünne Membranen

Tierphysiologie

Austauschprozesse bei komplexen Mehrzellern:

- Austauschprozesse über große Distanzen notwendig, hierfür ist Diffusion von Zelle zu Zelle zu langsam → spezialisierte Austauschsysteme 
- Bsp.: Atmungssystem, Verdauungssystem, Kreislaufsystem (mit regulierbaren Kapillarsystemen), Exkretionssystem

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Tierphysiologie

Optimierung von Austauschprozessen - 3 Punkte

1. Verlagerung von Austauschflächen in den Körper: Schutz u.a. vor Austrocknung

2. Große Oberfläche beschleunigt Austausch
(Bsp. menschlicher Dünndarm mit Darmzotten: 300 m2 (vgl. Körperoberfläche 2m2))

3. Regulierbarer Transport: gezielte Versorgung von Geweben mit Nährstoffen und Atemgasen über Blutkreislauf

Tierphysiologie

Grundlegende Prinzipien von Austauschprozessen:

- Austauschprozesse basieren darauf, dass feste Stoffe, Gase oder auch Wärme zwischen der Umwelt und bestimmten Bereichen des Körpers oder auch zwischen zwei Bereichen des Körpers ausgetauscht werden 

Beispiele:

Atmung: Luft in Lunge                Blut
Atmung: Wasser, das Kiemen umspült        Blut
Resorption: Darmlumen            Blut
Wärmeaustausch
Nieren: Blutgefäße – N-Tubuli – N-Gewebe    Sammelrohr

- wenn Austausch passiv erfolgt, dann entlang eines Gradienten
- Austausch gegen Gradienten ist nur aktiv, durch Energieverbrauch möglich

- ohne Barriere diffundiert ein Stoff immer vom Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration
- Ausnahme: Gase in Flüssigkeit diffundieren gemäß Partialdruckgefälle

Tierphysiologie

Diffusion als Basis von Austauschprozessen - was bedeutet osmotische Konzentration/Osmolarität?

- osmotische Konzentration (Osmolarität): Stoffmengenkonzentration der osmotisch aktiven Teilchen einer Lösung (in mosm/l)

Tierphysiologie

Beispiele hocheffizienter Austauschorgane:

- Gasaustausch (Fisch Kiemen)
- Ionenaustausch: Elektrolyt-Bewegung (Na+, K+, Cl-), Wasser-Bewegung (Fisch Kiemen)
- Ionenaustausch (menschliche Niere)

Tierphysiologie

Aufgaben der Niere – Osmoregulation:

- reguliert Salzhaushalt
- reguliert Wasserabgabe
- reguliert pH-Wert
- Extraktion von Schadstoffen aus dem Blut
- enges Zusammenspiel mit der Leber

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