Die Niere ist ein bilateral angelegtes retroperitoneal gelegenes Organ, das tagtäglich sehr wichtige Funktionen ausübt. Retroperitoneal bedeutet, dass es mit der hinteren Bauchwand verwachsen ist. Die Niere hat also anatomische Beziehung zur Wirbelsäule und zur Aorta. Sie ist unter anderem aufgrund ihrer hohen Durchblutungsrate massiv umhüllt. Die Nierenhüllen bestehen aus fünf Schichten. Diese unterscheiden sich stark voneinander. Wichtig ist, dass es bindegewebige (fibröse) und fetthaltige Schichten gibt. Die hohe Durchblutungsrate kommt daher, dass die Niere das Blut reinigt und daraus den Urin generiert (mehr zum Blutkreislauf in den Artikeln Anatomie des Herzens und Physiologie des Herzens) . Um die Durchblutungsrate in einen Kontext zu setzen ein paar Zahlen: Die Niere erhält über 20% des Herzminutenvolumens, das entspricht ungefähr einem Liter pro Minute. Das ist erstaunlich, wenn man bedenkt, dass die Nieren mit je ungefähr 200 Gramm weniger als 1% des Körpergewichts ausmachen! Die Hauptfunktion der Niere besteht darin, das Blut zu filtrieren. Diese Filtrationsprozesse sind beeindruckend, denn die Nieren filtrieren täglich Blut in einer Menge vom Dreifachen des Körpergewichts: ungefähr 180-200 Liter! Somit werden pro Minute ca. 120ml Primärharn aus dem Plasma gebildet.

Die funktionelle Einheit der Niere heisst Nephron. Eine Niere besteht aus rund einer Million Nephronen. Das Nephron besteht grob aus einem Glomerolus und einem Röhrensystem, dem sogenannten Tubulussystem, das dem Herausfiltrieren von möglichst viel Flüssigkeit dient. Die Widerständsgefässe unseres Körpers, sogenannte Arteriolen, können einen hohen Druck generieren. Sie sind in der Regel den Kapillaren vorgeschaltet. Dort in den Kapillaren findet die Filtration statt. Nach den Kapillaren folgt in der Regel eine Venole, die einen tiefen Druck besitzt. Bei der Niere hingegen folgt nach der Kapillare eine zweite Arteriole. Man spricht von der afferenten und der efferenten Arteriole. Dies bewirkt, dass in der Kapillare ein hoher Druck herrscht. Durch diesen sehr hohen Kapillardruck wird die Filtration überhaupt erst ermöglicht. Die herausgefilterte Flüssigkeit wird in einer Kapsel (im Bild violett dargestellt) gesammelt und dann am Harnpol in den Tubulus übergeleitet. Das Bild zeigt die Niere makroskopisch und rechts seine funktionelle Einheit, das Nephron. Mehrere Nephrone münden in das sogenannte Sammelrohr. Beim Glomerolus (violett) sieht man rot gefärbt die afferente und die efferente Arteriole.

Niere

Doch was wird überhaupt aus dem Blut herausfiltriert? Anders formuliert bedeutet diese Frage: Woraus besteht der Primärharn? Es werden keine Zellen herausfiltriert und keine grossen Proteine! Was massiv filtriert werden Flüssigkeit, Ionen, kleine Proteine, Toxine und Glukose. Wenn man sich noch einmal die 180 Liter Filtration vorstellt, kommt die Frage auf, was damit passiert. Wir urinieren ja bekanntlich nicht 180 Liter pro Tag. Von diesem Primärharn der im Glomerolus herausfiltriert wurde, werden mehr als 99% wieder reabsorbiert, gelangen also wieder zurück ins Blut. Das Volumen des Endharns, das ist das Volumen, das wir dann auch wirklich als Urin ausscheiden, beträgt somit für einen Tag noch etwa 0.3 – 1.5 Liter. Die Toxine sind es, die der Körper primär ausscheiden will, daher werden sie nicht wieder reabsorbiert. Glukose hingegen hat im Endharn nichts zu suchen. Sie wird daher zu fast 100% wieder reabsorbiert. Da ein Glukosemolekül aber sehr klein ist, kann das Nephron das Herausfiltrieren der Glukose nicht vermeiden.

Die Reabsorption findet entlang des Röhrensystems statt. Insbesondere im ersten Abschnitt nach dem Glomerolus, dem sogenannten proximalen Tubulus, werden schon zwei Drittel des Volumens reabsorbiert. Dort erfolgt auch eine Reabsorption von Salzen und diese Reabsorption zieht im Rahmen der Osmose Flüssigkeit nach. Osmose beschreibt den Konzentrationsausgleich durch die Diffusion von Wasser. Wenn also die Salzkonzentration im Blut durch die Reabsorption höher ist als diejenige im Primärharn, fliesst Wasser nach, um die Salzkonzentration auszugleichen. Dieses einfache Prinzip beschreibt unsere Blutdruckregulation! Das heisst, dass der Blutdruck primär über das Volumen reguliert wird. Findet eine verstärkte Salzreabsorption statt, resultiert aufgrund der Osmose von Wasser auch mehr Blutvolumen. Ein erhöhtes Blutvolumen bedeutet einen erhöhten Blutdruck.

Daher setzen enorm viele blutdrucksenkende Medikamente an diesen Reabsorptionsprozessen von Salzen an. Sie blockieren die Reabsorption von Salzen an einem spezifischen Ort im Tubulussystem. Als grobe Tendenz nimmt die Salzreabsorption im Verlauf des Tubulussystems ab. Dabei gibt es verschiedene Reabsorptionsmechanismen. Das erlaubt das Einsetzen von verschiedenen Medikamenten. Bei einem Blutdruck, der nur leicht erhöht ist, wird also eher auf ein Medikament gesetzt, das im Tubulussystem erst spät die Salzreabsorption inhibiert und dadurch keinen massiven Effekt hat. Noch besser ist es jedoch (wenn der Blutdruck nicht massiv erhöht ist), den Blutdruck genau zu beobachten und mit kleineren Lebensstilanpassungen zu senken. Denn das ist nachhaltiger, kostengünstiger und verfolgt einen präventiven Ansatz. Gerade weil der Bluthochdruck so häufig vorkommt in unseren Breitenkreisen, gibt es für gewisse Patient*innen auch einen psychischen Vorteil, wenn sie für ihre Blutdrucksenkung nicht auf Medikamente angewiesen sind. Wenn der Blutdruck jedoch über längere Zeit massiv erhöht ist, liegt es auf der Hand, dass Medikamente benötigt werden. Dann sollte man über eine Kombinationstherapie mit Medikamenten und Lebensstilanpassungen nachdenken.

Quelle

Bild 1: Querschnitt durch die Niere und Nephron. https://www.nierenforschung.de/index.php/fuseaction/ (zuletzt am 30.04.2022 um 11:30)

Jil Toman

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Die postnatale Entwicklung des Gehirns ist aus vielerlei Gründen faszinierend. Das Gehirn ist das Organ, das postnatal, d.h. nach der Geburt, die stärksten Veränderungen durchmacht. Dieser Artikel soll die kindliche Entwicklung des Gehirns beschreiben, Aufschluss über verschiedene Entwicklungsschritte liefern und auch ergründen, was mit dem Gehirn während der Pubertät passiert.

Kinderärzt*Innen wenden etwa einen Viertel ihrer verfügbaren Zeit für Vorsorgeuntersuchungen auf, bei denen die neurologische Entwicklung den Schwerpunkt bildet. Dabei werden zu verschiedenen Zeitpunkten (die Intervalle werden mit zunehmendem Kindsalter grösser) verschiedene Untersuchungen zum aktuellen neurologischen Status des Kindes gemacht. Die erste Vorsorgeuntersuchung erfolgt in der Regel vier Wochen nach der Geburt und umfasst vor allem Bildgebungsverfahren und die Beweglichkeit. Diese Untersuchung hat also nur am Rand mit dem neurologischen Status zu tun. Mit zwei Jahren erfolgt in der Regel eine sehr spielerische Untersuchung, welche den neurologischen Status miteinbezieht. Dort geht es vor allem um die Aufmerksamkeitsfähigkeit und die Wahrnehmung. Klassische Intelligenztests können erst später angewendet werden, daher dient die Untersuchung des Spielverhaltens der Erfassung der geistigen Entwicklung.

Es gibt faszinierende Fakten zur neurologischen Entwicklung von Kindern, die man noch nicht erklären kann. Kinder können beispielsweise erst mit vier Jahren Erinnerungen bilden (traumatische Erlebnisse können schon früher prägend sein). Generell ist das Alter um den Kindergartenbeginn, wenn das Kind also ungefähr vier Jahre alt ist, ein sehr spannendes Alter in Bezug auf die kindliche Entwicklung des Gehirns. Mit vier Jahren beginnen Kinder zum Beispiel, ein Zeitverständnis zu entwickeln. Das Verständnis für Zeitabstände kommt erst später; dieses entwickeln Kinder in der Regel erst mit der Einschulung. Nun stellt sich die Frage, wie sich Kinder, die noch nicht vier Jahre alt sind, zeitlich orientieren. Diese Frage lässt sich durch den sogenannt basalen Zeitbegriff beantworten. Dieser basale Zeitbegriff beschreibt, dass Kleinkinder (<4 Jahre alt) gewisse Zeitabfolgen anhand von Sinneserlebnissen ausmachen. Wenn sie beispielsweise immer vor dem Essen das Geschirr hören und sehen entwickeln sie ein Verständnis dafür, dass es bald Essen gibt. Das ist jedoch eine sehr primitive Auffassung von Zeitabfolgen und die Entwicklung vom basalen Zeitbegriff zur Erfassung effektiver Zeitabstände dauert Jahre.

Zudem bilden sich etwa im Alter von vier Jahren erste Züge von Empathie aus. Ein zwei- oder dreijähriges Kind kann sich bei seinen Handlungen nicht fragen, was das Gegenüber empfindet. Dieses Einfühlungsvermögen kommt erst mit ungefähr vier Jahren. Fachsprachlich beschrieben wird dieser Prozess als ein Übergang von Autonomieentwicklung zur Perspektivenübernahme. Die Perspektivenübernahme meint, dass ein Kind erkennen kann, dass andere Menschen eigene Meinungen, Wünsche oder Interessen haben. Bei der molekularen Entwicklung des Gehirns ist wichtig, dass sich das Gehirn von hinten nach vorne entwickelt und dass sich die Anzahl Neuronen ab der Geburt nicht mehr verändert! Die Anzahl Neuronen bleibt zwar konstant, die Synapsen, also die Verbindungen zwischen Nervenzellen, steigt jedoch massiv an.

Für die Pubertät ist wichtig, dass Synapsendichte und Energieverbrauch direkt proportional zusammenhängen. Was in der Pubertät mit dem Gehirn geschieht, ist das sogenannte „Pruning“. Das Pruning ist ein Prozess, der die Optimierung der synaptischen Verbindungen beschreibt. Im Kleinkindalter muss man sich die Synapsenbildung wucherartig und ineffizient vorstellen. In der Pubertät werden nun überflüssige Synapsen abgebaut und die Effizienz wird gesteigert. Das heisst, dass es ganz viele neue Verknüpfungen im Gehirn gibt; die Anzahl der Verknüpfungen verkleinert sich jedoch insgesamt. Das ist auch wichtig für den Energieverbrauch, der direkt mit der Synapsenzahl zusammenhängt. Man will also gewissermassen einen übertriebenen Energieverbrauch durch unnötige Synapsen vermeiden. Diese Effizienzsteigerung sorgt auch dafür, dass wichtige Synapsen stärker ausgebildet werden können, was nebst der Reduktion der Anzahl einer zweiten Optimierung gleichkommt.

Weiter oben wurde erwähnt, dass sich das Gehirn von hinten nach vorne entwickelt. Dies ist der Grund, weshalb die Sinnesverarbeitung verhältnismässig früh funktioniert, da die Hirnareale für Sehen und Hören weit hinten lokalisiert sind. Die Areale für Motorik jedoch liegen beispielsweise ziemlich in der Mitte. Das ist die Erklärung dafür, dass Kinder erst nach einigen Monaten (ungefähr sechs) eine bewusst gesteuerte und kontrollierbare Motorik besitzen. Zuvor bezeichnet man die Bewegungen als „general movements“, die spontan und nicht bewusst auftreten. Die Hirnrinde ist der Ort des Bewusstwerdens. Das heisst, dass aufgrund der Entwicklungsrichtung die motorische Hirnrinde vor sechs Monaten noch keine Rolle spielt, da sie schlichtweg noch nicht ausgebildet ist.

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Geruch und Geschmack – Olfaktorik und Gustatorik – wurden in der Fachschaft sehr lange getrennt betrachtet. Der vor ungefähr 15 Jahren aufgekommene integrative Forschungsansatz führte jedoch dazu, dass Untersuchungen zu Zusammenhängen zwischen Geruch und Geschmack intensiviert wurden.

Die Riechzone ist im Bereich der oberen Nasenmuschel lokalisiert. Feine Riechnerven gehen durch kleinste Öffnungen der inneren Schädelbasis zur oberen Nasenmuschel. An dessen Ende sind die Sinneszellen mit ihren Rezeptoren lokalisiert. Die Riechstoffe sind im Schleim gelöst und können nur so wahrgenommen werden. Um mehr über den Geschmack zu erfahren, lesen Sie unseren Artikel zur Geschmackswahrnehmung. In diesem wird erklärt, dass der Geschmack eine stark emotionale Komponente besitzt. Dies ist beim Geruch nicht anders. Die emotionale Komponente kommt daher, dass das Olfaktorische Sinnessystem gerade bei heftigen, prägenden Gerüchen ein ausgeprägtes Langzeitgedächtnis besitzt. Riecheindrücke adaptieren jedoch auf Rezeptorebene sehr schnell. Es gibt also eine schnelle De-Sensitivierung der Rezeptormoleküle. Das merken Sie, wenn Sie für längere Zeit einem penetranten Geruch ausgesetzt sind. Zu Beginn ist der Geruch fast betäubend, doch schon nach wenigen Minuten nimmt die Intensität des Geruchs deutlich ab. Die schnelle Adaptation ist auch auf Spüldrüsen zurückzuführen. Diese sorgen dafür, dass gelöste Geruchsstoffe schnell weitergespült werden.

Um den Geruch zu verstehen, braucht es einige Grundlagen zu den Rezeptoren und zur neuralen Verarbeitung. Der Mensch besitzt ungefähr 1000 Geruchsrezeptoren. Diese Rezeptoren gehören zu den spezifischsten überhaupt. Jede Sinneszelle exprimiert nur einen Rezeptortypen. Es gibt mehr Gerüche als Geruchsrezeptoren. Das lässt darauf schliessen, dass ein Geruch keine Einzelerkennung ist. Es ist anatomisch gar nicht möglich, einen einzigen Geruchsstoff zu erfassen und zu bestimmen. Die Geruchswahrnehmung ist immer eine komplexe Zusammensetzung aus mehreren Geruchsmolekülen. Die neurale Verarbeitung des Geruchs erfolgt an zwei Orten. Ein Anteil geht zum sogenannten Uncus; das ist die klassische Verarbeitung des Geruchs. Hervorzuheben ist jedoch auch die Weiterleitung zum Limbischen System. Das ermöglicht eine emotionale Bewertung des Geruches.

Nun sind die Grundlagen zur Olfaktorik erklärt und die Zusammenhänge zwischen Olfaktorik und Gustatorik können vertieft werden. Der erste bereits erwähnte Zusammenhang liegt darin, dass beide Systeme eine ausgeprägte emotionale Komponente haben. Hinzu kommt, dass beide Sinnessysteme evolutionär ein ähnliches Ziel verfolgen, denn beide dienen der Nahrungsauswahl und sind somit gewissermassen “Absicherungssinne“. Wenn eines der beiden Sinnessysteme die Nahrungszufuhr verweigert, wird in der Regel davon abgelassen, da diese Nahrung in der Regel eine Gefahr birgt. Der Geruch dient noch einer weiteren Absicherung: Er ist wichtig bei menschlichen Interaktionen und vollzieht eine meist unbewusste Bewertung des Gegenübers.

Das Zusammenspiel von Geruch und Geschmack kommt durch die anatomische Nähe zustande. Wenn Sie etwas essen, nehmen Sie das Essen vor der Einnahme als Geruch wahr und nur kurze Zeit später als Geschmack. Das Gehirn verarbeitet diese Sinneseindrücke zwar separat, kann sie uns jedoch nicht als separate Informationen vermitteln. Das Gehirn verknüpft also die zuvor getrennt verarbeiteten Sinneseindrücke. Anhand einer leichten Störung lässt sich das enge Zusammenspiel zwischen Geruch und Geschmack nachweisen. Bei einer Erkältung, die eine verstopfte Nase verursacht, schmeckt das Essen sehr fade. Das betrifft aber genau genommen nicht den Geschmack, sondern die Geruchskomponente des Hybrids aus Geschmack und Geruch. Wenn der Geruchsanteil fehlt, verfälscht das die Wahrnehmung des Essens.

Für das Verständnis ist wichtig, dass Geruchsstoffe auch über den Mund zur Riechschleimhaut gelangen können. Das wird ermöglicht durch die hintere Nasenöffnung, die eine Verbindung zum Pharynx bildet. Diese hintere Nasenöffnung heisst Choane. Dies ist der Grund, weshalb man schlechte Gerüche nicht ganz umgehen kann, indem man durch den Mund atmet. Es ist also nicht so, dass Gerüche bei der Nahrungszufuhr nur in der Zeit vor der Einnahme vermittelt werden, sondern auch wenn die Nahrung gekaut wird – durch ebendiese Überleitung von Geruchsstoffen vom Mund in Richtung der Nasenschleimhaut.

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Der Geschmack ist einer unserer Sinne und gilt als einer der vermeintlich weniger wichtigen. Heutzutage ist der Geschmack vor allem mit Emotionen verbunden. Er bringt ein Stück Lebensqualität. Eine rein funktionelle Ernährung ohne Geschmack ist schwer vorstellbar, daher geht ein Verlust des Geschmackes über längere Zeit oft auch mit psychischen Beschwerden einher. Evolutionstechnisch gesehen war jedoch eine andere Funktion ebenfalls zentral: Die Nahrungsauswahl wurde über den Geschmack getroffen. Viele Gifte enthalten Bitterstoffe, welche unangenehm schmecken, daher war der Geschmackssinn in seinem Ursprung auch eine Art “Absicherungssinn“.

Doch auch heutzutage reichen die Funktionen des Geschmackssinns weit über ein angenehmes Empfinden hinaus! Der Geschmacksinn ist nach der Geburt der erste vollkommen funktionstüchtige Sinn. Zwei wichtige Funktionen des Geschmackssinns sind beispielsweise das Auslösen von Verdauungsreflexen und das Auslösen von sogenannten Feed-Forward-Kontrollsystemen. Bei den Verdauungsreflexen wird zwischen Nahen und Entfernten unterschieden. Das hat mit der anatomischen Distanz vom Ursprungsort und dem Ort des Effektes zu tun. Nahe Verdauungsreflexe sind beispielsweise die Speichelproduktion oder ein Würgereiz bei schlechtem Geschmack. Ein entfernter Verdauungsreflex ist einer, der seinen Effekt nicht direkt im Mundraum hat, sondern weiter entfernt, beispielsweise in der Bauchspeicheldrüse. Wenn Sie also etwas Süsses essen und damit Ihre Süss-Rezeptoren auf der Zunge anregen, wird Insulin aus der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel.

Dieses sogenannte Feed-Forward-Kontrollsystem hat Vor- und Nachteile. Die Vorteile kommen daher, dass die Bauchspeicheldrüse von der Nahrungszusammensetzung erfährt, lange bevor die Nahrung in den Darm gelangt, und sich so optimal darauf vorbereiten kann. Der grosse Nachteil besteht jedoch darin, dass dieses System getäuscht werden kann. Diese Täuschungsmöglichkeit der Süss-Rezeptoren wird zum Beispiel von Getränkeherstellern, die eine „Zero-Version“ ihres klassischen Getränks verkaufen, ausgenutzt. Diese Versionen enthalten zwar keinen Zucker, jedoch viele andere künstliche Süssungsmittel, welche ebenfalls die Süss-Rezeptoren der Zunge aktivieren und somit eine Insulin-Ausschüttung verursachen. Der Effekt ist in diesem Fall noch stärker, da das Insulin wirkt, es jedoch gar keinen Zucker zu verdauen gibt. Das Resultat ist eine Unterzuckerung (zu tiefer Blutzucker), die Hunger verursacht und schlussendlich den vermeintlichen Vorteil eines „Zero-Getränks“ zunichtemacht.

Es gibt fünf Geschmacksqualitäten: süss, sauer, salzig, bitter und umami. Umami ist eine sehr neue Geschmacksqualität. Das Wort „umami“ kommt aus dem Japanischen und bedeutet Wohlgeschmack. Umami kann am ehesten mit „proteinartig“ beschrieben werden. Ein gutes Steak kommt der Geschmacksqualität vermutlich am nächsten. Allen Geschmacksqualitäten ist gemeinsam, dass sie über Rezeptoren wahrgenommen werden. „Scharf“ ist keine Geschmacksqualität, da Schärfe durch das Triggern von freien Nervenendigungen in der Schleimhaut der Zunge vermittelt wird und nicht über spezifische Rezeptoren. Spannend sind auch die Empfindlichkeitsunterschiede, welche ebenfalls einen evolutionären Hintergrund haben. Die Schwelle für sauer und bitter liegt deutlich tiefer als diejenige für salzig und süss, was damit zu tun hat, dass Gifte vor allem sauer und bitter sind. Für die Geschmacksqualität umami konnte man bis anhin keine Schwelle definieren. Die Rezeptoren sind sehr komplex, lassen sich jedoch generell in zwei Klassen unterteilen. Es gibt Rezeptoren, die Ionenkanäle für die Verarbeitung verwenden, und solche, die komplexe Kaskaden auslösen. Nur „salzig“ und „sauer“ werden durch Ionenkanäle vermittelt.

Bis vor ungefähr zehn Jahren galt die Annahme, dass es für die verschiedenen Geschmacksqualitäten spezifische Geschmackszonen auf der Zunge gibt. Diese Annahme hat sich jedoch als falsch herausgestellt: Die Rezeptoren sind alle diffus verteilt auf der Zunge, was es jedoch gibt, sind Bereiche mit höherer Rezeptordichte (wie beispielsweise an der Zungenspitze und am Zungengrund) und Bereiche mit tiefer Rezeptordichte (wie an der Seite der Zunge). Die Zusammensetzung der Rezeptoren an einem Ort mit hoher Rezeptordichte ist jedoch absolut diffus. Es gibt an der Zungenspitze also Rezeptoren für alle Geschmacksqualitäten.

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Der Thalamus ist eine Struktur im Gehirn, die oberhalb des Hirnstamms lokalisiert ist und das Zwischenhirn bildet. Er besteht aus sehr vielen Subregionen, die es ihm ermöglichen, mehrere spezifische Funktionen zu übernehmen. Generell dient der Thalamus als massive Umschalt- und Filterstation für Afferenzen (Eingänge ins Gehirn), die aus dem Körper über das Rückenmark und den Hirnstamm zum Gehirn laufen. Jegliche Information, die zum Kortex, also zur Hirnrinde und somit zum Bewusstsein gelangt, wird über den Thalamus verschaltet. Daher wird der Thalamus häufig als «Tor zum Bewusstsein» bezeichnet. Er erlaubt das Eintreten von Informationen in den Kortex. Wenn Informationen ohne den Kortex (fachsprachlich «subkortikal») verarbeitet werden, sind diese Informationen unserem Bewusstsein vorenthalten. Ein Beispiel für subkortikale Verarbeitung sind Reflexe. Der vermutlich bekannteste Reflex, der Kniesehnenreflex, wird nur im Rückenmark verschaltet und ist somit jeglichem Bewusstsein entzogen. Sie können bei diesem Reflex also keinen Einfluss auf die Reaktion ihres Unterschenkels nehmen. Ein anderes spannendes Beispiel ist die Haltungsmotorik. Wenn Sie beispielsweise sitzen, ist Ihnen nicht permanent bewusst, welcher Muskel in welchem Spannungszustand verharrt, um Ihnen ein aufrechtes Sitzen zu ermöglichen.

Der Thalamus ist wie bereits erwähnt Schaltstation für alle Eingänge (Afferenzen) ins Gehirn. Die einzige sensorische Verarbeitung, die sich dem Thalamus entzieht, ist die Olfaktorik, also die Geruchsverarbeitung. Der Thalamus ist unter anderem in die Motorik involviert, da die Motorik ein Zusammespiel aus Kleinhirn und Kortex ist. Der Thalamus dient als Informationsübermittler zwischen Kortex und Kleinhirn. Eine weitere sehr wichtige Funktion ist die Selektivität der Weiterleitung von Informationen. Der Thalamus entscheidet, welche Informationen zum Kortex und somit zum Bewusstsein gelangen. Er bildet also die Grundlage für die gerichtete Aufmerksamkeit. Wenn man beispielsweise in der Schule sitzt und sie konzentrieren muss, gilt die gerichtete Aufmerksamkeit dem Lehrer. Wenn man dann jedoch entscheidet, dass man lieber aus dem Fenster schaut, dient die selektive Aufmerksamkeit diesen Eindrücken und der Thalamus unterdrückt die immer noch vorhandenen sensorischen Eingänge des Lehrers selektiv.

Kurz gefasst kann man den Thalamus als zentrales Integrations- und Steuerungsorgan für alle sensiblen und sensorischen Informationen auffassen. Der Aufbau dieses zentralen Bestandteils des menschlichen Gehirns ist trotz seiner vielfältigen Funktionen relativ einfach. Der Thalamus hat eine paarige Ei-Struktur. Er ist oberhalb des Hirnstamms lokalisiert, da er als Bindeglied zwischen Rückenmark und Kortex fungiert. Bis heute ist man sich in der Forschung uneinig, ob die beiden Thalamus-Hälften miteinander kommunizieren.

Das Bild zeigt die wichtigsten Projektionsareale des Thalamus. Es zeigt auf, dass der Thalamus wie eine Verteilerstation für Informationen funktioniert. Er steuert ganz unterschiedliche Kortexareale, wie beispielsweise das limbische System (gelb dargestellt), das der Emotionsverarbeitung dient. Das Bild zeigt auch, dass der Thalamus nicht einfach eine wilde Umschaltstation ist. Er besteht aus vielen verschiedenen kleineren Kernen. Das führt zu einem hohen Organisationsniveau innerhalb des Thalamus.

Thalamus

Thalamusläsionen treten am häufigsten aufgrund von Durchblutungsstörungen auf. Ein Hirninfarkt in dieser Region kann also zu einem Funktionsverlust des Thalamus führen. Die Symptomatik dabei ist sehr vielfältig und daher ist es oft schwierig, auf diese Ursache zu schliessen. Die am häufigsten auftretenden Symptome sind Doppelbilder, Gesichtsfeldausfälle und Sprachstörungen. Weitere Symptome sind Gefühlsstörungen und Lähmungen der Muskulatur. Häufig treten auch Aufmerksamkeitsprobleme auf, was damit zusammenhängt, dass die Selektivität der Informationsweiterleitung nicht mehr gewährleistet ist. Sonstige (beispielsweise angeborene) Erkrankungen des Thalamus sind kaum bekannt, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass eine zu starke Funktionseinschränkung des Thalamus nicht mit dem Leben vereinbar ist.

Quelle

Bild 1: Projektionsareale des Thalamus. http://www.elsevier-data.de/rochelexikon5a/ pics/p38240.000-1.html (zuletzt am 22.04.2022 um 12:30)

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Der Vestibularapparat, Fachbegriff für das Gleichgewichtsorgan, ist im Innenohr lokalisiert. Die Annahme, dass dieser alleine für unser Gleichgewicht zuständig ist, ist jedoch falsch. Um eine gute Gleichgewichtslage zu finden und in allen Alltagssituationen zu erhalten, ist die Integration von drei Komponenten essentiell. Der Vestibularapparat bildet die Hauptkomponente, aber auch die Augen und die Propriozeption sind wichtig für das Gleichgewicht. Die visuelle Verarbeitung liegt auf der Hand, da sie uns Informationen über die Umgebung liefert. Die Propriozeption beschreibt die Wahrnehmung des eigenen Körpers und dessen Lage im Raum. Vor allem die Stellung vom Kopf zum Rumpf und die Stellung vom Rumpf im Raum sowie die Position der Gliedmassen sind entscheidende Beiträge der Propriozeption für das Gleichgewicht. Als einfaches Beispiel für propriozeptive Verarbeitung dient das Verschränken der Hände hinter dem Rücken. Sie können das nicht sehen, wissen jedoch zu jeder Zeit, wo die Hand wie positioniert ist, und könnten dies beispielsweise beschreiben oder zeichnen.

Die Gravitation (= Schwerkraft) ist die evolutionstechnisch konstanteste Bezugsgrösse für einen Körper, daher orientiert sich auch der Vestibularapparat danach. Der Vestibularapparat besteht aus drei Bogengängen, welche alle orthogonal (senkrecht) zueinander sind. Diese erfassen Winkelbeschleunigungen. Hinzu kommen zwei Statolithenorgane, die sogenannten Maculae, welche Linearbeschleunigungen erfassen. Die beiden Maculae heissen Utriculus und Sacculus. Der Utriculus ist für horizontale (z.B. Liegen) und der Sacculus für vertikale Beschleunigungswahrnehmungen zuständig.

Das Bild veranschaulicht die genannten Strukturen und zeigt die enge strukturelle Beziehung zur Hörschnecke (Cochlea). Die Hörschnecke und der Vestibularapparat funktionieren im Inneren zwar nach ähnlichen Prinzipien, haben funktionell jedoch nichts miteinander zu tun!

Vestibularapparat

Diese komplizierten Macula-Organe funktionieren über ein faszinierendes, hier etwas vereinfacht dargestelltes Prinzip. Im Inneren der Macula-Organe ist eine Flüssigkeit, die Endolymphe, lokalisiert. Das Organ ist ausgekleidet von einer Schicht von Stütz- und Sinneszellen. Die Sinneszellen sind Haarzellen, sie haben also haarähnliche Fortsätze, die zur Endolymphe hin ausgerichtet sind. Auf dieser Zellschicht ist eine sogenannte Statolithenmembran lokalisiert. Diese Membran besteht aus Zuckern und Calciumkarbonatkristallen. Wichtig für das Verständnis ist, dass diese Bestandteile eine sehr hohe Dichte verursachen. Die Dichte der Statolithenmembran ist mit 3g/cm3 etwa drei-mal höher als die Dichte von Wasser (und somit auch von der Endolymphe). Dieses Bild zeigt einen Querschnitt der Macula-Organe. Die Gallerte (braun) und die Otolithen bilden zusammen die Statolithenmembran.

Macula-Organe

Wenn nun eine Linearbeschleunigung erfolgt, verschiebt sich die Statolithenmembran aufgrund ihres im Vergleich zur Endolymphe höheren spezifischen Gewichts gegenüber den Haarzellen. Das verursacht eine Abscherung der Sinneshaare. Dieses mechanische Signal wird in den Haarzellen, welche Sinneszellen sind, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses wiederum kann über einen Nerv im Gehirn verarbeitet werden. Vereinfacht gesagt übermittelt also das Bewegen einer Flüssigkeit durch Beschleunigung eine Information zum Gleichgewicht. Dabei gibt es bei den Haaren noch ein wichtiges Detail: Jede Haarzelle hat ein randständiges längeres Haar. Wenn die Haare durch die Statolithenmembran in Richtung dieses längsten Haares gebogen werden, ist das die Stimulationsrichtung und es gibt eine höhere Feurrate von Aktionspotentialen. Das bedeutet, dass pro Zeiteinheit mehr Aktionspotentiale ausgelöst werden. Dadurch wird der Veränderung der Gleichgewichtsposition im Gehirn verstärkt Aufmerksamkeit gewidmet. Das Abscheren in Gegenrichtung von diesem längsten Haar hingegen bewirkt eine Inhibition.

Die Gleichgewichtswahrnehmungen der Bogengänge funktionieren im Prinzip gleich. Auch dort gibt es Sinneszellen mit Haaren. Das erste Bild zeigt, dass jeder Bogengang am Ende zu einer Ampulle erweitert ist. Die Sinneszellen der Bogengänge sind nur dort lokalisiert. Auch hier gibt es ein Analogon zur Statolithenmembran, die bei den Ampullen Cupula genannt wird. Die Cupula umgibt also die Sinneshaare und ist verantwortlich für deren Biegung und somit für die Umwandlung eines mechanischen in ein elektrisches Signal. Es gibt jedoch einen ganz entscheidenden Unterschied zwischen Cupula und Statolithenmembran: Bei den Ampullen möchten Drehbeschleunigungen erfasst werden, daher soll die Schwerkraft keine Wirkung haben. Aus diesem Grund hat die Cupula im Gegensatz zur Statolithenmembran das gleiche spezifische Gewicht (Dichte) wie die Endolymphe.

Es gibt Erkrankungen des Vestibularapparats, diese sind jedoch sehr selten. Was in der Bevölkerung deutlich häufiger vorkommt und einen Einfluss auf den Vestibularapparat hat, ist übermässiger Alkoholkonsum. Der Grund, weshalb man nach übermässigem Alkoholkonsum Gleichgewichtsstörungen hat und beispielsweise nicht mehr geradeaus laufen kann, liegt darin, dass Alkohol eine sehr tiefe Dichte hat (0.8g/cm3). Die Region um die Cupula ist sehr gut durchblutet, daher gelangt der Alkohol schnell in diese Umgebung. Dadurch reduziert sich die Dichte der Cupula gegenüber der Endolymphe und die Bogengänge reagieren nun auf die Schwerkraft, was sie unter normalen Bedingungen nicht machen, da Cupula und Endolymphe ja eigentlich dieselbe Dichte haben sollten. Wenn Cupula und Endolymphe die gleiche Dichte haben, wird nicht auf die Schwerkraft reagiert, die Verfälschung durch den Alkohol sorgt jedoch genau dafür.

Quellen

Bild 1 & Bild 2: Diatec. Der Vestibularapparat. https://www.diatec-diagnostics.ch/knowledge-base/category/balance (zuletzt am 22.04.2022 um 16:00)

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Zu diesem Thema einen adäquaten Artikel zu verfassen ist mitunter schwierig, da die Forschung schlicht noch nicht final erklären konnte, wie Lernprozesse ablaufen. Es gibt jedoch bei vielen Lernprozessen schon fundierte Annahmen, welche in diesem Artikel vorgestellt werden. Zu Beginn möchte ich zudem erläutern, weshalb die Erforschung des Gehirns mit all seinen Funktionen so schwierig ist. Für die Forschung müsste man das Gehirn und sein Gewebe eigentlich nicht als ein Organ anschauen, denn das Gehirn hat als zentrales Steuersystem viele verschiedene Anteile, die unterschiedliche Funktionen übernehmen. Das Problem dabei ist jedoch, dass fast jede Hirnfunktion mit Verschaltungskreisen und Rückkoppelungsschlaufen einhergeht und sich somit eine Hirnfunktion gar nicht einem spezifischen Ort zuschreiben lässt. So dient zum Beispiel das Kleinhirn unter anderem der Bewegungsplanung und der motorische Anteil der Hirnrinde der darauffolgenden Bewegungsausführung. Nun sind bereits zwei Gehirnanteile involviert; das sind aber bei Weitem noch nicht alle Hirnareale, die für eine Bewegung aktiviert werden. Für das weitere Verständnis, wieso Forschung am Gehirn so schwierig ist, hilft möglicherweise ein Vergleich mit der Leber. Die Leber zu erforschen war/ist deshalb so viel einfacher, weil das gesamte Gewebe der Leber gleich aufgebaut ist und die gleichen Funktionen übernimmt. Es gibt in der Leber also keine funktionellen und auch keine strukturellen Subunterteilungen, was man vom Gehirn nicht behaupten kann.

Im Folgenden werden beim Lernen involvierten Strukturen und Prozesse vorgestellt. Der Hirnbereich, der zentral ist für Lernprozesse, ist der Hippocampus. Dieser Bereich heisst so, weil seine Form an ein Seepferdchen erinnert und Hippocampus der lateinische Begriff dafür ist. Der Hippocampus ist Teil des Temporallappens (siehe dazu den Artikel „Aufbau des Gehirns“) und kommt beidseitig vor. Wenn das Gehirn eine neue Erfahrung macht, werden jeweils spezifische, über ihre Fortsätze verknüpfte Neuronen aktiviert, um die korrekte (Re-)Aktion auszuführen. Als Beispiel soll hier das erstmalige Greifen eines Stiftes im Säuglingsalter dienen. Wenn am nächsten Tag erneut der Stift gegriffen werden soll, gibt es bei ebendiesen Neuronen eine Art Gedächtnisspur und es werden die gleichen oder zumindest teilweise überlappende Neuronen aktiviert. Der Hippocampus merkt sich also gewissermassen, welche Neuronen für eine spezifische Bewegung gebraucht werden. Diese Gedächtnisspur, die man fachsprachlich Engramm nennt, ist vor allem beim erstmaligen Erlernen von Dingen wichtig und später vor allem für das Langzeitgedächtnis. Der Hippocampus ist also entscheidend für das Kodieren von Gedächtnisinhalt.

Die Langzeitspeicherung findet jedoch nicht im Hippocampus statt, sondern man nimmt an, dass die Informationen in andere Hirnareale transferiert werden. Der Hippocampus hat dadurch auch die Fähigkeit, als Filterstation zu dienen. Er kann mitentscheiden, was an einem anderen Ort langzeitgespeichert und was vergessen wird. Diese Prozesse führen auch zu strukturellen Änderungen im Hippocampus. Personen, die überdurchschnittlich viel Neues lernen haben einen makroskopisch sichtbar grösseren Hippocampus. Der Hippocampus ist also gewissermassen trainierbar wie ein Muskel. Eigentlich haben die Neuronen aber keine Regenerationsfähigkeit (siehe Artikel „Aufbau des Gehirns“), das heisst, dass sie sich nicht teilen können. Wachstum geht aber einher mit Zellteilungen und der Hippocampus ist die einzige (!) Region im Gehirn, die während des gesamten Lebens neue Neuronen erhält. Das deckt sich auch mit der obigen Theorie des Engramms, da das Gehirn somit für neue Lernprozesse „frische“ Neuronen verwenden kann. Zudem sind diese regenerationsfähigen Neuronen des Hippocampus ein in der Forschung stark verfolgter Ansatz, krankhafte Nervenzelluntergänge zu kompensieren. Das ist jedoch sehr schwierig, da die Neuronen innerhalb der verschiedenen Hirnregionen nicht gleich aufgebaut sind und nicht gleich funktionieren.

Um Lernprozesse zu verstehen, muss man auch das Gedächtnis molekular nachvollziehen können. Das menschliche Gedächtnis lässt sich unterteilen in ein Kurzzeit- und ein Langzeitgedächtnis. Je nach Literatur und Forschungsgebiet wird eine noch kürzere Form, die sogenannte Gedächtnis-Spur definiert. Die Gedächtnis-Spur beinhaltet Elemente, die nur im Minutenbereich erinnert bleiben. Das Kurzzeitgedächtis bleibt für einige Stunden bestehen und das Langzeitgedächtnis für Tage oder sogar für immer. Der oben vorgestellte Hippocampus ist vor allem wichtig für das Langzeitgedächtnis. Das Langzeitgedächtnis wird darüber hinaus in ein explizites und ein implizites Langzeitgedächtnis unterteilt, wovon vor allem das Explizite durch den Hippocampus gebildet wird. Das weiss man daher, dass man die Aktivität des Hippocampus bei Langzeiterinnerungen verfolgen konnte.

Was man jedoch bis zum heutigen Tag nicht weiss, ist die Art der Abspeicherung, die durch den Hippocampus initiiert wird. Die gängigste Vorstellung ist eine Langzeitpotenzierung. Das bedeutet, dass es eine langzeitige Kommunikationsänderung zwischen zwei bei der Erinnerungsbildung beteiligten Neuronen gibt. Ein einmaliges Ereignis (das im Langzeitgedächtnis abgespeichert werden soll) löst im ersten Neuron einen sogenannten Tetanus aus. Das ist eine kurz anhaltende maximale Feuerrate. Dieses neue elektrische Signal wird vom zweiten Neuron wahrgenommen, und diese neue erhöhte Kommunikation zwischen zwei Neuronen bedingt die langzeitige Erinnerung an dieses Ereignis. Somit kann eine nur kurz anhaltende starke Stimulation einer Nervenzelle zur langzeitigen Potenzierung von Nervenzell-Verbindungen führen. Dieser Artikel soll aufzeigen, dass Hirnforschung höchst aktuell ist und noch heute ein riesiges Potential hat. Und falls Sie durch diesem Artikel etwas gelernt haben, dann mit Sicherheit, dass noch niemand final und vor allem molekular beschreiben kann, wie Sie das getan haben.

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Unser Auge ist das wichtigste Sinnesorgan, da es ungefähr 70% aller Sinneseindrücke verarbeitet. Es muss aus Lichtstrahlen ein elektrisches Signal kreieren und daraus ein korrektes Bild erstellen. Das Auge besteht aus sehr vielen kleinen Strukturen, die funktionell integriert und voneinander abhängig sind. Grob kann man den dioptrischen Apparat von unterstützenden Strukturen unterscheiden. Der dioptrische Apparat besteht aus der Hornhaut, der Linse und dem Glaskörper. Alle Anteile des dioptrischen Apparats müssen absolut durchsichtig sein, da dort das Licht das Auge durchdringt.

Das Licht wird auf der Retina (Netzhaut) verarbeitet, welche aus zehn (!) Schichten besteht. Die Netzhaut hat nebst ihrer Vielschichtigkeit noch weitere aussergewöhnliche Eigenschaften. Es gibt zwei wichtige Punkte auf der Retina. Der erste ist der blinde Fleck; der Ort, an dem der Nervus opticus beginnt. Dort kann kein Licht verarbeitet werden.  Von dort führen Nervenfasern weg, welche im Sehnerv (Nervus opticus) zusammenkommen. Der Sehnerv läuft zum Gehirn und bildet das optische Chiasma. Im optischen Chiasma kreuzt ein Teil der Fasern. Der zweite wichtige Punkt ist der Ort des schärfsten Sehens, die Fovea centralis. Das ist ein ganz kleiner Bereich auf der Retina, der in der Nähe der Sehachse liegt. Dort sind die Zapfen sehr stark konzentriert und dies ermöglicht ein farbiges Bild mit scharfer Auflösung. Daher orientieren wir unsere Augen permanent so, dass der Strahlengang des Lichts auf die Fovea centralis fällt.

Weiter oben wurde der dioptrische Apparat aufgegriffen. Das sind alle Anteile des Auges, die das Licht brechen. Daher müssen sie absolut durchsichtig sein, damit sie den Strahlengang nicht verfälschen. Der Glaskörper bildet den grössten Anteil des Auges, da er den gesamten Raum zwischen Linse und Retina ausfüllt. Weil er komplett durchsichtig sein muss, besteht er zu 99% aus Wasser. Zudem erzeugt der Glaskörper einen intraokulären Druck, also ein Druck im Auge. Dieser Druck ist nötig, um die Retina optimal aufzuspannen und an die ihr angrenzende hintere Schicht zu drücken. Damit das Licht, das durch den Glaskörper auf die Retina gelangt, optimal verarbeitet werden kann, darf es nicht gestört werden. Gefässe wären hierbei ein massiver Störfaktor und würden die Lichtstrahlen verfälschen. Daher gibt es das faszinierende Phänomen, dass die Gefässe der Retina um die Fovea angeordnet sind, sich jedoch nicht vor die Fovea und somit in den Hauptstrahlengang begeben.

Aufbau des Auges

Der Prozess der Verarbeitung von Lichtwellen ist die Phototransduktion. Dabei treffen Lichtstrahlen mit Lichtgeschwindigkeit auf die Netzhaut. Auf der Netzhaut gibt es Stäbchen, welche das Schwarz-Weiss-Sehen ermöglichen, und Zapfen, welche dem Farbsehen dienen. Die kleinste Einheit der Lichtstrahlen sind die sogenannten Photonen. Sie treffen auf die Zapfen und werden verarbeitet. Vereinfacht funktioniert der Prozess folgendermassen: Die Photonen werden von den Zapfen oder Stäbchen (Photorezeptoren), welche spezialisierte Neuronen sind, aufgenommen und weiterverarbeitet. Hier geschieht also der Übertritt von einem Lichtsignal in ein elektrisches Signal, da fortan Neuronen die Information weiterleiten.

Die Information der Zapfen und Stäbchen wird in der Retina auf ein zweites Neuron umgeschaltet und dann auf ein Drittes. Daher kommt die Vielschichtigkeit der Retina. Nebst den drei Neuronenschichten gibt es noch verschiedene unterstüzende Schichten. Beispielsweise ist die äusserste Schicht das Pigmentepithel. Es nimmt Photonen auf, die weder von Zapfen noch Stäbchen verarbeitet werden. Das Pigmentepithel dient als Schutz, damit die Photonen nicht in tieferen Schichten eindringen. Es heisst so, weil diese Epithelzellen viel Melanin enthalten, die die Photonen aufnehmen können und so pigmentiert, also dunkel angefärbt, sind. Die Fasern des dritten Neurons verlaufen dann im Sehnerv (Nervus opticus) zum optischen Chiasma, wo die Verarbeitung weitergeht. Wichtig für das Verständnis ist die inverse Anordnung der Neuronen in der Retina. Intuitiv könnte man annehmen, dass die Photorezeptoren bei der Retina ganz innen liegen und dem Licht so nahe wie möglich sein wollen und somit dem Glaskörper zugewandt sind. Dem ist jedoch nicht so! Das erste Neuron, also die Photorezeptoren, ist dasjenige Neuron, das vom Glaskörper maximal entfernt ist und somit der nächst-äusseren Schicht zugewandt ist. Das dritte Neuron hingegen ist dem Glaskörper am nächsten. Die ersten beiden Neuronen vermitteln ihre Information über chemische Synapsen und nicht direkt elektrisch. Erst das dritte Neuron, das mit seinen Axonen den Optischen Nerv bildet, generiert Aktionspotentiale.

Quelle

Bild: LEIFI. Das menschliche Auge. https://www.leifiphysik.de/optik/optische-linsen/ausblick/das-menschliche-auge-aufbau-und-funktion-einzelner-teile (zuletzt am 20.04.2022 um 09:00)

Jil Toman

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Die Haut – das geht oftmals vergessen – ist das grösste Organ des menschlichen Körpers! Sie macht bei normalgewichtigen Personen ungefähr fünfzehn Prozent des Körpergewichts aus und hat eine Oberfläche von fast zwei Quadratmetern! In einem Quadratzentimeter Haut befinden sich mehr als eine halbe Million Zellen. Die Funktionen der Haut umfassen keineswegs nur die mechanische Abgrenzung vom Inneren des Körpers zur Aussenwelt. Die Haut ist unter anderem auch (mit-)verantwortlich für die Wärmeregulation, die kurzfristige Blutdruckregulation und die Regulation des Wasserhaushalts. Sie ist auch ein grosses Sinnesorgan, da der Tastsinn über die Haut abläuft. Temperatur- und Schmerzwahrnehmungen sind ebenfalls über die Haut möglich.

All diese Funktionen sind jedoch besser verständlich, wenn der anatomische Aufbau der Haut ersichtlich ist. Die Haut lässt sich ganz grob in drei Schichten unterteilen. Die oberste Schicht ist die Epidermis (Epi- bedeutet „auf“), darunter folgt die Dermis. Die tiefste Schicht ist die Subkutis (Sub- bedeutet „unter“). Sie heisst Subkutis, weil die Epidermis und die Dermis gemeinsam die Kutis bilden. Alles zusammen, also Kutis und Subkutis, wird auch Integument genannt. Die äusserste Schicht der Haut, die Epidermis, besteht aus einem Epithel. Das Epithelgewebe ist eines der vier Grundgewebe und ist dasjenige Gewebe, das alle inneren und äusseren Oberflächen des Körpers auskleidet und bedeckt. Die gesamte Haut ist also als äussere Oberfläche von einem Epithel bedeckt, aber zum Beispiel auch die Harnblase trägt an ihrer Innenseite ein Epithel. Bei der Blase spricht man dann von der Epithelbedeckung einer inneren Oberfläche.

Epithelien lassen sich in verschiedene Kategorien unterteilen, jedes Epithel erfüllt jedoch zwei Grundkriterien. Einerseits ruht jedes Epithel auf einer Basalmembran. Das ist eine dünne bindegewebige Membran, die das Epithel in das darunterliegende Gewebe einbaut. Andererseits besteht jedes Epithel aus einem dichten Zellverband. Die Zellen sind also sehr dicht aneinander und haben auch starke mechanische Verknüpfungen untereinander. Differenziert werden können die Epithelien in mehrschichtige, mehrreihige und einschichtige Epithelien. Zudem wird der Verhornungsgrad unterschieden. Bei der Epidermis der Haut liegt ein mehrschichtig verhorntes Epithel vor. Das bedeutet, dass nur die unterste Schicht Kontakt zur Basalmembran hat. In der Regel besteht die Epidermis der Haut aus fünf Schichten. Das Epithel ist zudem verhornt. Das bedeutet, dass die Zellen der äussersten Schicht der Epidermis abgestorben sind und eine Hornschicht bilden. Diese toten Zellen sind jedoch physiologisch wichtig für die Haut. Eine Haut ohne Verhornung wäre viel anfälliger für Infektionen und wäre mechanisch instabiler. Die Epithelzellen der Haut heissen Keratinozyten. Keratin ist ein wichtiges Strukturprotein und von der Basalmembran hin zur Hornschicht geschieht ein Prozess der Keratinisierung. Das Keratin wird also immer stärker in die Zellen eingelagert.

Die Dermis bildet den bindegewebigen Anteil der Haut und liegt zwischen der Basalmembran der Epidermis und der Subkutis. Sie ist ungefähr drei Millimeter dick und lässt sich ebenfalls in Schichten unterteilen: ein Stratum papillare und ein Stratum reticulare. Das Stratum papillare besteht aus feinem Bindegewebe und bildet eine Art Verzahnung mit dem Epithel. Das Stratum reticulare liegt tiefer und besteht aus kräftigerem Bindegewebe. Im Stratum reticulare sind auch die Gefässe und die Nervenfaserbündel, sowie die Hautanhangsgebilde lokalisiert. Die Dermis ist also gewissermassen eine Unterlage für die Epidermis, welche eine Ernährungsfunktion sowohl für sich selbst als auch für die Epidermis hat, denn in der Epidermis selbst hat es keine Gefässe. Die Hautanhangsgebilde sind Drüsen und Haare. Sie entstammen der Haut entwicklungstechnisch und haben folglich auch einen engen funktionellen Bezug zur Haut. In der Einführung wurden die Hautfunktionen Wärmeregulation und Wasserhaushalt erwähnt. Die Haare sind wichtig für die Wärmeregulation und über das zweite Hautanhangsgebilde, die Drüsen, kann die Haut Wasser abgeben. In der Regel wird angenommen, dass in diesem Zusammenhang der unangenehme Körpergeruch vom Schweiss und somit von den Schweissdrüsen kommt. Den grösseren Anteil am Körpergeruch machen jedoch die Talgdrüsen aus, die immer in einem Haartrichter münden! Den untersten Anteil bildet die Subkutis, welche sehr einfach zu beschreiben ist. Sie besteht zu einem absoluten Grossteil aus Fettgewebe. Man spricht daher auch von subkutanem Depotfett, welches dort lokalisiert ist.

Das Bild soll alle Schichten sowie die Grössenverhältnisse der einzelnen Schichten zueinander veranschaulichen. Es gibt einzelne Strukturen, auf die in diesem Artikel nicht eingegangen wird, unter anderem die Talgdrüsen, die um jedes einzelne Haar lokalisiert sind, und verschiedene Sinneskörperchen, die sich vor allem in der Dermis befinden.

Hautaufbau

Zum Schluss soll noch einmal auf die eingangs besprochenen Hautfunktionen eingegangen werden. Die Wärmeregulation und der Wasserhaushalt wurden schon erwähnt, gerade bei der Wärmeregulation braucht es jedoch noch mehr als Haare. Der Hauptanteil läuft über die Durchblutung. Wenn die Dermis stark durchblutet wird, ist die Wärmeabgabe deutlich gesteigert gegenüber der schwach durchbluteten Haut. Das ist der Grund dafür, dass die Extremitäten bleich aussehen, wenn uns kalt ist. Das Blut zirkuliert dann vorwiegend zentral und kommt kaum zur Haut. Die Durchblutungsänderung läuft über Gefässverbindungen zwischen Arterien und Venen. Diese sogenannten Anastomosen sind geöffnet, wenn die Durchblutung und somit die Wärmeabgabe hoch sein soll. Die Blutdruckregulation funktioniert spannenderweise genau gleich. Wenn die Anastomosen geschlossen sind, wird die Haut weniger durchblutet und zentral bleibt mehr Blut übrig. Durch diese relative Volumenerhöhung steigt der Blutdruck. Diese Blutdruckregulation funktioniert jedoch nur kurzfristig, da sie für die langfristige Regulation zu energieaufwändig wäre und den Blutdruck nicht hinreichend regulieren könnte.

Quelle

Bild: Der Aufbau der Haut. https://velanskincare.de/hautwissen/unsere-haut-ein-wunderwerk/ (zuletzt am 20.04.2022 um 08:30)

Jil Toman

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Im menschlichen Gehirn gibt es zwölf paarige Hirnnerven. Die Hirnnerven werden, wenn man von unten auf die Hirnbasis schaut, mit römischen Zahlen von vorne nach hinten – fachsprachlich von rostral nach okzipital – durchummeriert. Rostral bedeutet zum Gesicht hin, dort liegen folglich die Hirnnerven mit tiefen römischen Zahlen. Okzipital kommt daher, dass der Schädelknochen im Bereich des Hinterkopfs Os okzipitale genannt wird. Die Hirnnervenpaare verlassen den Schädel durch spezifische Öffnungen und innervieren vor allem den Kopf- und Halsbereich.

Ganz wichtig sind die Kerngebiete der Hirnnerven. Ein Kern ist im Prinzip eine Ansammlung von Neuronenkernen, die funktionell zusammengehören. Der Grossteil der Hirnnervenkerne ist im Hirnstamm lokalisiert. Nur die ersten beiden Hirnnerven haben ihre Kerne im Vorderhirn lokalisiert. Die Kerne lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen. Es gibt Ursprungskerne, das sind die efferenten Kerne, also diejeniegen Kerne, die den Ursprung von weggehenden Nervenfasern bilden. Im Gegensatz dazu gibt es Endkerne, das sind die Kerne, welche Afferenzen empfangen. Die Ursprungskerne liegen im Hirnstamm eher medial und die Endkerne eher lateral. Im Folgenden werden alle Hirnnerven kurz vorgestellt und ihre Funktion erläutert. Ausgewählte Hirnnerven werden vertieft behandelt.

Hirnnerven und ihre Funktionen

Der erste Hirnnerv ist der Nervus olfactorius, der entscheidend ist bei der Geruchswahrnehmung. Dieser Nerv zieht also zur Nasenhöhle. Der zweite Hirnnerv ist ein sehr bekannter Nerv, der Nervus opticus. Er zieht vom Auge durch die Augenhöhle in die mittlere Schädelgrube. Dort liegt das optische Chiasma. Im optischen Chiasma kreuzen die Fasern der beiden Nervi optici. Der Nervus opticus ist die Grundlage jeglichen Sehens.  Er verarbeitet die visuellen Eindrücke und leitet sie von der Retina an das Gehirn weiter.

Der dritte Hirnnerv ist der Nervus oculomotorius. Er innerviert die äusseren Augenmuskeln und ist somit verantwortlich für die Augenbewegungen. Der vierte Hirnnerv ist der kleinste aller Hirnnerven und verhältnismässig unwichtig. Seine Aufgabe ist es, einen einzigen Muskel im Auge motorisch zu innervieren. Hirnnerv Nummer fünf ist der Nervus trigeminus. Er hat drei (tri-) wichtige Äste. Der erste Ast geht zum Auge, der zweite und der dritte Ast gehen zum Kiefer. Nur der dritte Ast – namentlich der Nervus mandibularis – trägt motorische Nervenfasern. Der Nervus trigeminus ist der wichtigste Nerv, wenn es darum geht, sensible Informationen vom Gesichts- und Kopfbereich an das Gehirn weiterzuleiten. Der Nervus trigeminus übernimmt teilweise auch die sensiblen Informationen von anderen Hirnnerven über ganz feine Äste.

Der Nervus abducens ist der sechste Hirnnerv. Er innerviert einen der lateralen Augenmuskeln. Der Nervus facialis ist als siebter Hirnnerv wieder einer der Wichtigen. Der Nervus facialis innerviert die gesamte mimische Muskulatur des Gesichts. Normalerweise führt ein Muskel von einem Knochen zu einem anderen Knochen. Bei der mimischen Muskulatur hingegen strahlen die Muskeln in andere Muskeln oder sogar in die Haut ein. Der Muskelansatz ist also bei der mimischen Muskulatur im Gegensatz zur restlichen Muskulatur kein Knochen. Zudem regt der Nervus facialis auch die Speichel- und Tränendrüsen an. Der Nervus vestibulocochlearis ist der achte Hirnnerv. Das Vestibularorgan ist das Gleichgewichtsorgan und die Cochela ist die Hörschnecke. Dieser achte Hirnnerv ist also wichtig für das Hören und das Gleichgewicht. Der neunte Hirnnerv ist der Nervus glossopharyngeus. Er innerviert motorisch die Muskeln des Pharynx und innerviert zudem die Ohrspeicheldrüse.

Der zehnte Hirnnerv, der Nervus vagus, ist der vermutlich bekannteste Hirnnerv. Er bildet die Grundlage des Parasympathikus. Der Parasympathikus ist der Gegenspieler des Sympathikus und beide zusammen bilden das vegetative Nervensystem. Das vegetative Nervensystem umfasst sämtliche neuronale Aktivitäten, die nicht bewusst gesteuert werden können, wie zum Beispiel die Regulation der Herzaktivität oder der Verdauung. Grob gesagt reguliert der Sympathikus bei einer Stresssituation und der Parasympathikus bei einer Situation in Ruhe. Evolutionstechnisch ist der Sympathikus für „fight or flight“ (Kampf oder Flucht) zuständig, wohingegen der Parasympathikus für „rest and digest“ (Ruhe und Verdauung) verantwortlich ist.

Der elfte Hirnnerv ist der Nervus accesorius. Er hat vor allem eine starke motorische Funktion, da er einen grossen Muskel des Halses und einen des Rückens innerviert. Der zwölfte und somit letzte Hirnnerv ist der Nervus hypoglossus. „Hypo-„ bedeutet unter und „Glossus“ bedeutet Zunge. Dieser Nerv innerviert also Muskeln unterhalb der Zunge. Allen Hirnnerven ist gemeinsam, dass sie die einzigen Nerven sind, die nicht dem Rückenmark entspringen.

Quelle

Bild: Übersicht Hirnnerven. http://www.medizinfo.de/augenheilkunde/bildseiten/hirnnerven.htm (zuletzt am 01.03.22 um 13:30)

Jil Toman

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