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  • jenschristianheuer 00:53 am 17. January 2012 Permalink | Antworten
    Tags: Aldosteron, Angiotensin, Blutdruckregulation, Diastole, Herz, Parasympathikus, Renin, Sympathikus, Systole   

    Blutdruckregulation und Bluthochdruck 

    Der Blutdruck wird von der Pumparbeit des Herzens im Blutgefäßsystem aus Arterien (Hochdrucksystem) und Venen (Niederdrucksystem) erzeugt. Er ist abhängig von der mit jedem Herzschlag in die Hauptschlagader (Aorta) gepumpten Blutmenge (Herzschlagvolumen) und außerdem von dem Strömungswiderstand der Blutgefäße, das heißt von der Elastizität und Weite der Blutgefäße, vor allem im Hochdrucksystem. Je starrer und enger die Gefäße sind, umso mehr Druck kann sich bei gleich bleibenden Herzschlagvolumen aufbauen.

    Der Blutdruck schwankt im Rhythmus des Herzschlages. Während der Systole, wenn sich der Herzmuskel zusammenzieht  (Herzkontraktion) und das Blut in die Aorta pumpt, ist der Blutdruck höher als während der Diastole, in der sich der Herzmuskels entspannt. Durch diesen Wechsel entsteht ein fühlbarer Puls mit den beiden messbaren Blutdruckwerten.

    Bei Blutdruckangaben steht die erste Zahl gibt den systolischen, die zweite Zahl für den diastolischen Blutdruck. Optimal sind Werte um 120/80 mmHg, normal sind Werte von 130/80-90 , als hochnormal gelten Werte von 135-140/85-90, aber alles darüber ist schon mehr oder weniger krankhaft (pathologisch).

     

    Hauptschlagader (Aorta) Quelle: Wikipedia

    Der normale Blutdruck ist das Ergebnis fortlaufender Regelvorgänge. Durch druckempfindliche Nervenendigungen (Drucksensoren) in der Wand der Hauptschlagader (Aorta) und der Halsschlagadern wird das Kreislaufzentrum im Hirnstamm sofort informiert, wenn der Blutdruck fällt oder ansteigt,  um   dann direkt gegenzusteuern.

    Es gibt eine kurz-, mittelfristige- und langfristige Regulation:

    Kurzfristig reagiert das Vegetative Nervensystem. Bei einem Blutdruckabfall nimmt die Aktivität des Sympathikus zu und die des Parasympathikus ab. Die beiden Neurotransmitter (Signalüberträgerstoffe an den Nervenendigungen) des Sympathikus, die Katecholamine Noradrenalin und Adrenalin verstärken über die Beta-Rezeptoren im Herzen die Herzmuskelkontraktion und steigern gleichzeitig die Herzfrequenz durch Beschleunigung der elektrischen Erregungsausbreitung. Außerdem verengen sie über die Alpha-Rezeptoren die kleinen Blutgefäße, vor allem in der Haut und den Nieren. ´Durch diese Vorgänge erhöht sich der Blutdruck wieder auf normale Werte. Bei einem Blutdruckanstieg läuft alles genau umgekehrt. Der Parasympathikus überwiegt, so daß dessen Neurotransmitter Acetylcholin am Herzen über Muskarin-Rezeptoren die Herzmuskelkontraktion abschwächen und die Herzfrequenz verlangsamen kann.

    Mittelfristig reagiert das Renin-Angiotensin-System. Ein Blutdruckabfall führt zu einer verminderten Durchblutung der Nieren, welche dann vermehrt Renin bilden und in den Blutkreislauf ausschütten. Renin ist ein Enzym und wandelt das im Blut vorkommende Peptid Angiotensinogen (ein kleiner in der Leber gebildeter Eiweißkörper) durch Spaltung in Angiotensin I um. Ein weiteres Enzym aus den Blutgefäßwänden, das Angiotensin Converting Enzyme (ACE) wandelt das Angiotensin I in Angiotensin II um. Angiotensin II wirkt außerordentlich stark auf die glatte Muskulatur der Blutgefäße. Diese verengen sich dann, so daß der Blutdruck deutlich ansteigt. Außerdem zerstört ACE zwei kleine, im Blut herumschwimmende Peptide (Bradykinin, Substanz P), die als Signalstoffe normalerweise die Blutgefäße zur Weitstellung veranlassen. Dadurch kommt es zu einer noch weitergehenden Blutdruckerhöhung. Bei einem Blutdruckanstieg funktionieren beide Mechanismen in umgekehrter Richtung.

    Langfristig wirkt Angiotensin II auch auf die Nebennierenrinde, die dann vermehrt das Hormon Aldosteron ausschüttet. Aldosteron sorgt dafür, daß die Niere weniger Natriumionen ausscheidet. Diese werden zusammen mit ihrem Lösungswasser zurückgehalten, wodurch eine größere Flüssigkeitsmenge in den Blutgefäßen verbleibt. Die Natriumionen reichern sich außerdem in den Blutgefäßwänden an, welche dadurch empfindlicher auf die Neurotransmitter  des Sympathikus reagieren. Das führt zu  einem  Blutdruckanstieg. Die immer wieder vorgebrachte Warnung, daß zuviel Kochsalz (Natriumchlorid) einen hohen Blutdruck begünstigen kann, ist also durchaus berechtigt. Auch dieser langfristige Mechanismus funktioniert in umgekehrter Richtung.

    Die verschiedenen Regulationsmechanismen bieten Ansatzpunkte für blutdrucksenkende Medikamente, so etwa die Blockade von Rezeptoren (Alpha-, Beta-, Angiotensin II-Rezeptoren) oder von Enzymen (Angiotensin Convering Enzyme, Renin). Eine Blutdrucksenkung kann aber auch über eine direkte Einwirkung auf die Blutgefäßwände (Weiterstellung) oder über eine Beeinflussung des Wasserhaushaltes (Entwässerung) an den Nieren erreicht werden.

    Bluthochdruck (Hypertonie) ist leider ein ernstes Problem. Allein in Deutschland leiden 15-20 Millionen Menschen an dieser oft unauffälligen, aber heimtückischen Krankheit. Nur in 10% der Fälle lässt sich der Bluthochdruck auf eine konkrete Ursache zurückführen (sekundäre Hypertonie). Ursache ist dann meist eine Nierenerkrankung oder eine Verengung der Hauptschlagader (Aorta). In 90% aller Fälle ist (bisher) keine auslösende Grundkrankheit gefunden worden (primäre Hypertonie). Es gibt lediglich Risikofaktoren, die das Auftreten einer primären Hypertonie wahrscheinlicher machen. Dazu zählen Bewegungsmangel, Übergewicht, Rauchen, häufiger und starker Alkoholgenuß, Zuckerkrankheit (Diabetes), aber auch überlange Arbeitszeiten und Stress. In einigen Fällen kann schon allein eine veränderte Lebensführung den Blutdruck normalisieren. Ansonsten ist aber eine medikamentöse Therapie unbedingt erforderlich, da unbehandelter, chronisch erhöhter Blutdruck schwerwiegende Folgen hat. Dazu zählen Herzschwäche (Herzinsuffizienz) und Blutgefäßschäden, später dann  Durchblutungsstörungen, Herzinfarkt, Schlaganfall, Hirnblutungen und Nierenschädigungen. Keine guten Aussichten!

    Jens Christian Heuer

    Quellen: Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie (Aktories, Förstermann, Hofmann und Starke), Urban  Fischer (2009), Wikipedia

     
  • jenschristianheuer 22:34 am 16. January 2012 Permalink | Antworten
    Tags: Blutvergiftung, C-reaktives Protein, , Leukozyt, Schock, TNF   

    Die Entzündung 

    Eine Entzündung ist eine Reaktion des Immunsystems auf eindringende Krankheitserreger und auf mechanische oder auch chemische Schädigung körpereigener Zellen und Gewebe. Die Hauptsymptome einer Entzündung sind Schmerzen, Rötung, Erwärmung und Schwellung des betroffenen Gewebes. Eine Entzündung beginnt zum Beispiel mit der kleinen Verletzung eines Blutgefäßes. Das Blutgerinnungssystem tritt sofort in Aktion, und es bildet sich ein kleiner Blutpfropf aus Blutplättchen und einem Fibrinnetzwerk, welches den Blutpropf zusammenhält. So wird das verletzte Blutgefäß erst einmal verschlossen. Die Blutplättchen setzen dabei bestimmte Signalstoffe frei, die weiße Blutkörperchen (Leukozyten), beispielsweise Makrophagen herbeilocken.  Wenn diese auf Bakterien (oder Zelltrümmer) treffen, fressen sie diese auf (Phagozytose), präsentieren deren Antigene auf ihrer Oberfläche und lösen damit eine spezifische Immunantwort aus.

    Ein Leukozyt wandert vom Blutgefäß in das entzündete Gewebe. Dort scheidet er eiweißspaltende Enzyme aus, um interzelluläre Verbindungen zu lösen und damit seine Beweglichkeit zu verbessern. So gelingt es ihm leichter  Bakterien aufzuspüren und aufzufressen (Phagozytose). Quelle: Wikipedia

    Gleichzeitig setzen die Makrophagen weitere Signalstoffe frei, vor allem den Tumornekrosefaktor ALPHA (TNF ALPHA). Dieser verbessert zusammen mit Histamin, das von Gewebemastzellen (Leukozyten, die  an allergischen Reaktionen beteiligt sind) ausgeschüttet wird, die Durchblutung des Gewebes  rund um die geschädigte Region (Rötung und Erwärmung) und erhöht die Durchlässigkeit der Blutgefäßwände. Dann tritt vermehrt Flüssigkeit in das umliegende Gewebe über (Schwellung). Giftige Substanzen werden verdünnt, Antikörper und Proteine des Komplementsystems können leichter die Bakterien erreichen und angreifen. Die Flüssigkeit schwemmt Bakterien und „vollgefressene“ Makrophagen über die Lymphkanäle zu den nahe gelegenen Lymphknoten aus, wo sie abgebaut werden. TNF ALPHA regt die Zellen der nahe gelegenen Blutgefäßände zur Bildung von Haftmolekülen (Adhäsionsmolekülen) an, die den im Blut zirkulierenden Leukozyten das „Andocken“ erleichtern und ihnen somit den Weg zur Entzündung weisen. Zusätzlich beginnen die Gewebemastzellen (s.o.) mit der Produktion von Prostaglandinen, welche die Schmerzempfindlichkeit erhöhen, weitere Leukozyten aktivieren und zusammen mit dem von den Makrophagen ausgeschütteten Signalstoff Interleukin 6 Fieber auslösen. Fieber unterstützt das Immunsystem, weil alle Abwehrreaktionen bei erhöhter Temperatur schneller ablaufen und viele Bakterien die „Hitze“ nicht gut vertragen. Das Interleukin 6 sorgt auch dafür, daß die Leber das C-reaktive Protein (CRP) bildet, welches an der Oberfläche von Bakterien „festmacht“ und diese so für Makrophagen und Komplementsystem markiert und so angreifbarer macht. Der CRP-Wert (Konzentration im Blut) ist  auch  ein guter Gradmesser für die Stärke einer Entzündung.

    So nützlich die Entzündungsreaktion auch ist, so gefährlich wird es, wenn sie nicht mehr lokal begrenzt bleibt, sondern sich über das Blut ausdehnt Es kommt zu einer Blutvergiftung und zu einem lebensbedrohlichen Schock: Die allgemein erhöhte Durchlässigkeit der Blutgefäßwände lässt große Mengen an Blutflüssigkeit (Blutplasma) ins Gewebe übertreten. Wegen der geringen Füllung der Blutgefäße nimmt  der Blutdruck  schlagartig ab. Die zu geringe Durchblutung führt zu Sauerstoffmangel, dieser zu einer Erweiterung der Blutgefäße, dadurch noch stärkerem Blutdruckabfall und noch schlechterer Durchblutung. Dieser selbstverstärkende Prozeß führt zum Versagen lebenswichtiger Organe wie Leber, Niere, Herz und Lunge. Unbehandelt führt ein Schockzustand immer zum Tode.

    Jens Christian Heuer

     
  • jenschristianheuer 20:42 am 16. January 2012 Permalink | Antworten
    Tags: Antikörper, Gedächniszellen, Immunsystem, Lymphknoten, Lymphozyten, Makrophagen   

    Das Immunsystem 

    Das körpereigene Abwehrsytem, das Immunsystem, schützt uns vor Krankheitserregern wie zum Beispiel Bakterien und Viren, vor Giftstoffen, aber auch vor schädlichen eigenen Körperzellen wie die entarteten Krebszellen. Haut und Schleimhäute sind die erste Barriere und Verteidigungslinie. Sie verhindern erst einmal rein mechanisch das Eindringen von Bakterien. Dazu trägt auch ein leicht saurer pH-Wert beiträgt, den viele Bakterien nicht mögen. Auf Haut und Schleimhäuten leben trotzdem einige harmlose Bakterien und Pilzen. Diese verbrauchen die alermeisten örtlich vorhandenen Nährstoffe und nehmen damit potentiell krankheitserregenden Bakterien (nahezu) alle Wachtstumsmöglichkeiten. Ein weiterer Schutzmechanismus ist das eiweißspaltende Enzym Lysozym, das direkt fremde Bakterien zerstört und beispielsweise in der Tränenflüssigkeit und in Sekreten des Verdauungstraktes vorkommt. In der Haut sind daneben auch noch weiße Blutkörperchen, sogenannte Makrophagen (Fresszellen) aktiv, die zur angeborenen unspezifischen Abwehr gehören. Die unspezifische Abwehr ist überall im Körper wirksam, vor allem auch gegendie Krankheitserreger, welche alle äußeren Verteidigungslinien durchbrochen haben. Die Makrophagen können sich frei im Blut bewegen und von dort in das Gewebe vordringen, um Krankheitserreger direkt anzugreifen und abzubauen. Dabei werden sie von dem Komplementsystem unterstützt Das besteht aus zahlreichen Proteinen (Eiweißen), die sich in einer Reaktionskaskade nacheinander aktivieren. Die Komplementproteine durchlöchern die Zellmembran der Bakterien, und locken außerdem weitere weiße Blutkörperchen an. Es kommt zu einer sich selbst verstärkenden Reaktion, der Entzündung.

    Entscheidend für die Unterscheidung körpereigener und körperfremder molekularer Muster ist der Major Histocompatibility Complex(MHC). Diese durch Gene ganz spezifisch kodierten Proteine sitzen außen auf der Zellmembranen und markieren die betreffenden Zellen als körpereigen (immunologische Individualität). Da den Krankheitserregern, aber auch krankhaft veränderten Körperzellen diese MHC-Komplexe fehlen, werden sie als fremd erkannt und angegriffen. Das angeborene Immumsystem erkennt aber auch direkt Strukturmerkmale der Krankheitserreger als Antigene, zum Beispiel Ribonukleinsäuren, aus denen die Gene vieler Viren bestehen.

    Durch die angeborene Abwehr wird bereits ein erheblicher Teil der Krankheitserreger neutralisiert, den Rest besorgt dann der gezielte Angriff auf die zuvor als körperfremd erkannten Erreger. Dafür ist die „lernende“ (spezifische) Abwehr mit ihren Lymphozyten (ebenfalls weiße Blutkörperchen) zuständig. Es gibt eine humorale, im Blutplasma gelöste und eine zelluläre Komponente: Die humorale Abwehr wird von den B-Lymphozyten geleistet, die in der Lage sind, mit den an ihrer Oberfläche befindlichlichen Rezeptoren körperfremde chemische Strukturen, die Antigene zu erkennen. Bindet ein Antigen an diese Rezeptoren, so werden die betreffenden B-Lymphozyten aktiviert und geben als Plasmazellen in grossen Mengen die lösliche Form dieses Rezeptors ab. Diese sogenannten Antikörper binden ebenfalls das Antigen. Die so entstandenen Antigen-Antikörper-Komplexe werden sehr leicht durch Makrophagen gefressen, wobei wiederum das Komplementsystem mitwirkt. Die B-Lymphozyten werden durch eine bestimmte Sorte T-Lymphozyten , die T-Helferzellen unterstützt (s.u.), welche ebenfalls über antigenspezifische Rezeptoren verfügen. Diese Helferzellen regen durch die Ausschüttung von Interleukinen die den „richtigen“ Rezeptor tragenden B-Lymphozyten zur Vermehrung an und locken weitere B-Lymphozyten und Makrophagen an den Ort des Geschehens. Einige der aktivierten B-Lymphozyten wandeln sich in Gedächniszellen um, die sich  bei einem erneuten Kontakt mit dem betreffenden Antigen rasant vermehren und sofort gegen dieses gerichtete Antikörper produzieren. Die Immunantwort verläuft dadurch beim Zweitkontakt viel schneller und effektiver (Immunität). Die zelluläre spezifische Abwehr übernehmen die T-Lymphozyten. Die Antigenrezeptoren können die Antigene aber nur in aufbereiteter Form erkennen: Die entsprechenden Antigene müssen dazu erst von Makrophagen, B-Lymphocyten oder infizierten Körperzellen aufgenommen und verdaut werden, um dann zusammen mit einem MHC-Proteinkomplex auf der Oberfläche der äußeren Zellmembran  zu erscheinen. Diese Struktur wird dann spezifisch erkannt. Die spezifische und unspezifische Abwehr arbeiten hier also eng zusammen.

    Bei den T-Lymphozyten unterscheidet man die T-Helferzellen, welche die B-Lymphozyten unterstützen (s.o.), die T-Killerzellen, welche Krankheitserreger oder infizierte Körperzellen abtöten und die Gedächniszellen, welche sich die Antigene der Krankheitserreger merken (s.o.).

    Humorale und zelluläre Abwehr  Quelle: http://www.jameda.de/

    Die weißen Blutkörperchen des spezifischen und des unspezifischen Abwehrsystems gehen alle aus Stammzellen im roten Knochenmark hervor und zirkulieren in einem ausgedehnten System von Lymphgefäßen und Lymphknoten, das parallel zu dem Blutgefäßsystem angeordnet ist (außer im Gehirn). Ein Übertritt vom Lymphgefäßsystem zum Blutgefäßsystem und zurück ist überall möglich. In den Lymphgefäßen werden auch Krankheitserreger, Gifte und abgestorbene oder geschädigte Körperzellen transportiert. Die Lymphknoten dienen dabei als Filterstationen. Bei Infektionen schwellen die Lymphknoten durch die Immunreaktion häufig an. Die B- und T-Lymphozyten gelangen in noch unreifem Zustand in die Organe, wo sie ihre eigene „immunologische Kompetenz“ erhalten, das heißt sie lernen, körpereigen und körperfremd zu unterscheiden. Bei den B-Lymphozyten geschieht das in den Lymphknoten des Darmes, den sogenannten Peyer Plaques und außerdem im Knochenmark (bei ungeborenen Kindern auch in der Leber), während die T-Lymphozyten in der Thymusdrüse geprägt werden.

    Die Organe des Immunsystems Quelle: Wikipedia

    Doch wie genau funktioniert die Unterscheidung zwischen körpereigen und körperfremd? Woher kommt diese ungeheure, unbedingt notwendige Vielfalt an Antikörpern gegen alle nur denkbaren Antigene? Zunächst zur zweiten Frage: Antikörper sind ypsilonförmige Proteine, die in ihrem Aufbau durch Gene festgelegt (kodiert) sind. Mit den beiden „Armen“ des Ypsilons erkennen sie die Antigene. Die Gene der Erkennungsregion des Antikörpers liegen zunächst als Mini-Gen-Abschnitte getrennt voneinander vor und werden erst unmittelbar vor der Antikörperproduktion in  jeweils zufälliger Reihenfolge enzymatisch zusammengefügt. Aus der enormen Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten ergibt sich eine dementsprechend große Vielfalt an möglichen Antikörpern gegen (beinahe) alle nur denkbaren Antigene. Und die erste Frage nach der Unterscheidung zwischen köpereigen und körperfremd? Das funktioniert durch eine Selbstmordreaktion: Die noch jungen B- und T-Lymphocyten kommen bei ihrer Reifung zunächst vor allem mit körpereigenen Antigenen in Berührung. Passen ihre Antikörper zu den körpereigenen Antigenen, so reagieren die betreffenden Lymphozyten mit Selbstmord. So werden alle Lymphozyten aussortiert, die mit körpereigenen Antigenen reagieren können. Übrig bleiben dann nur diejenigen, welche keine Antikörper gegen körpereigene Zellen haben, dafür aber gegen potentiell krankmachende, körperfremde Antigene.

    Jens Christian Heuer

     
  • jenschristianheuer 19:00 am 16. January 2012 Permalink | Antworten
    Tags: Biokatalysatoren, Enzyme, Proteine, Substrat   

    Enzyme als Biokatalysatoren 

    Enzyme sind kompliziert gebaute Eiweißmoleküle (Proteine). Sie kommen in allen Zellen, aber auch außerhalb der Zelle (extrazellulär) vor und wirken als Biokatalysatoren. Katalysatoren beschleunigen oder ermöglichen überhaupt erst chemische Reaktionen, ohne sich dabei selbst zu verändern.

    Enzyme sind sehr wählerische Katalysatoren, denn sie akzeptieren jeweils nur eine ganz bestimmte chemische Verbindung (oder auch mehrere), und vermittlen auch nur eine ganz bestimmte substratverändernde Reaktion. Enzyme sind also substrat- und reaktionsspezifisch.

    Enzyme verfügen über eine Bindungsstelle, die wie eine Art Tasche Platz für das Substrat bietet, welches dort hineinpasst wie ein Schlüssel in sein Schloss. Das Enzym verformt sich dann vorübergehend und geht dabei in die reaktionsvermittelnde aktive Form über.

    Das Enzym bindet ein spezifisches Substrat, welches dann durch eine spezifische Reaktion verändert wird. Quelle: http://www.egbeck.de/

    Enzyme sorgen für einen gerichteten Stoffwechsel, indem sie ganz bestimmte Reaktionen aus all den prinzipiell möglichen auswählen. Enzyme steuern den Stoffwechsel, weil sie ihre Aktivität unter dem Einfluss von Signalstoffen verändern können. Dadurch ist eine Anpassung des Stoffwechsels an die jeweilige Situation möglich.

    Enzyme können auch durch falsche Substrate gehemmt werden, welche zwar in die Tasche passen, aber keine Verformung auslösen. Die Enzymhemmung kann reversibel oder irreversibel sein.

    Jens Christian Heuer

     
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