Physiologie des Menschen

Einführung in den menschlichen Körper

In Bezug auf Struktur und Funktion ist der menschliche Körper in sechs Ebenen gegliedert: Atome und Moleküle, Zellen, Gewebe, Organe, Organsysteme und Organismus. Jede Ebene baut auf der vorhergehenden auf, von den grundlegenden biochemischen Prozessen bis hin zum voll funktionsfähigen menschlichen Wesen. Der menschliche Körper kann auch in verschiedene Systeme unterteilt werden: Kreislauf-, Atmungs-, Verdauungs-, Hormon-, Harn-, Muskel- und Skelett-, Nerven-, Fortpflanzungs-, Integument-, Immun- und Lymphsystem. Jedes System spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase des Körpers und der allgemeinen Gesundheit.

Homöostase und Rückkopplungsmechanismen sind für die Aufrechterhaltung des physiologischen Gleichgewichts von zentraler Bedeutung. Die Fähigkeit des Körpers, eine stabile innere Umgebung aufrechtzuerhalten, wird durch verschiedene positive und negative Rückkopplungsschleifen ermöglicht. Diese Mechanismen passen die Prozesse im Körper als Reaktion auf interne und externe Veränderungen kontinuierlich an, um die Organsysteme auf einem bestimmten Niveau in Balance zu halten.

Ein weiterer wichtiger Aspekt des menschlichen Körpers ist die Homöostase der Körperflüssigkeiten und Flüssigkeitsräume. Wasser spielt bei mehreren physiologischen Prozessen eine entscheidende Rolle. Es verteilt sich auf intrazelluläre und extrazelluläre Kompartimente, die jeweils unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, die für die Zellfunktion entscheidend sind.

Die funktionelle Organisation des menschlichen Körpers, die homöostatischen Mechanismen sowie die Aufrechterhaltung von Körperflüssigkeiten sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis, wie der Körper funktioniert und auf seine Umwelt reagiert.

Zellen und ihre Funktionen

Zellen sind die grundlegenden Lebenseinheiten des menschlichen Körpers. Jedes Organ besteht aus verschiedenen Zelltypen, von denen jeder einzigartig angepasst ist, um bestimmte Funktionen auszuführen.

Die Zellmembran ist ein integraler Bestandteil der Zelle und besteht hauptsächlich aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden, die mit Proteinen, Cholesterin und Kohlenhydraten durchsetzt ist. Sie reguliert durch verschiedene Prozesse wie Diffusion, Osmose und aktiven Transport den Austausch von Substanzen in die Zelle hinein und hinaus.

Das Zytoplasma ist eine gallertartige Substanz, die das Innere der Zelle ausfüllt und hauptsächlich aus Wasser, Elektrolyten und organischen Molekülen besteht. Es enthält verschiedene Zellorganellen, wie die Mitochondrien, die der Energiegewinnung der Zelle dienen; das endoplasmatische Retikulum, das an der Protein- und Lipidsynthese beteiligt ist; den Golgi-Apparat, der Proteine und Lipide modifiziert, sortiert und verpackt und die Lysosomen, die Abfallstoffe abbauen.

Das Zytoskelett der Zelle, bestehend aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten und Intermediärfilamenten, bietet strukturelle Unterstützung und erleichtert die Zellbewegung.

Der Zellkern enthält Chromatin und Chromosomen und beinhaltet die genetischen Informationen der jeweiligen Zellen. Er ist auch der Ort der Transkription, also des ersten Schritts der Proteinbiosynthese. Er reguliert die Genexpression und vermittelt die Replikation der DNA durch Transkriptions- und Translationsprozesse unter Verwendung von RNA und Ribosomen.

Im Allgemeinen durchlaufen Zellen eine komplexe Abfolge von Phasen des Wachstums, der DNA-Replikation und der Teilung, die als Zellzyklus bezeichnet wird. Dieser Zyklus sorgt für die korrekte Proliferation und Verteilung des genetischen Materials an die Tochterzellen und enthält Kontrollpunkte, die dazu beitragen, die zelluläre Integrität zu erhalten und Krankheiten wie Krebs zu verhindern.

Überblick über die Muskulatur

Muskelgewebe ist eine spezialisierte Form von Gewebe, das sich durch seine Fähigkeit zur Kontraktion auszeichnet und dadurch Bewegungen ermöglicht. Es gibt drei Haupttypen von Muskelgewebe: Skelettmuskulatur, Herzmuskulatur und glatte Muskulatur. Jeder Typ besitzt einzigartige Strukturen und Funktionen, neben gemeinsame Eigenschaften wie Kontraktionsfähigkeit, Erregbarkeit, Leitfähigkeit, Dehnbarkeit und Elastizität. Diese gemeinsamen Eigenschaften ermöglichen es den Muskelzellen, effektiv auf Reize zu reagieren, Impulse zu leiten, sich zu dehnen und in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren.

Skelettmuskulatur

Die Skelettmuskulatur ist die häufigste Muskelart im menschlichen Körper und für die willkürliche Bewegung und Körperhaltung unerlässlich. Sie besteht aus langen, vielkernigen Muskelfasern, die Myofibrillen genannt werden. Diese Myofibrillen bestehen aus zwei Arten von Protein-Myofilamenten, Aktin und Myosin, die zusammen für die Muskelkontraktion verantwortlich sind. Die Myofilamente sind, zusammen mit anderen Proteinen, zu Sarkomeren organisiert, den kleinsten kontraktilen Einheiten der Muskulatur. Muskelfasern besitzen einzigartige elektrische Eigenschaften, die für die Aktivierung durch Aktionspotentiale wichtig sind.

Die motorische Endplatte ist eine spezielle Synapse, an der Nervenimpulse Muskelkontraktionen auslösen. Der Prozess der Skelettmuskelkontraktion und -entspannung, Querbrückenzyklus genannt, wird durch Calcium-Ionen und regulatorische Proteine vermittelt und stützt sich hauptsächlich auf Energiequellen wie Adenosintriphosphat (ATP) und Glykogen im Muskel.

Die Skelettmuskulatur verfügt über verschiedene Faserarten, unter anderem langsam zuckende und schnell zuckende Fasern, die jeweils auf bestimmte Aktivitäten spezialisiert sind.

Glatte Muskulatur

Die glatte Muskulatur befindet sich vor allem in den inneren Organen und ist an unwillkürlichen Funktionen wie der Kontrolle des Durchmessers von Blutgefäßen und der Verdauung beteiligt. Die glatte Muskulatur ist durch einen zentralen Zellkern, spindelförmige Zellen und dichte Zellverbände gekennzeichnet. Sie unterscheidet sich von der Skelett- und Herzmuskulatur durch ihre Struktur und eine langsamere, anhaltende Kontraktionen.

Herzmuskulatur

Die Herzmuskulatur ist, wie ihr Name schon sagt, nur im Herzen zu finden. Sie ist auf kontinuierliche, rhythmische Kontraktionen ohne Nervenstimulation spezialisiert und pumpt das Blut durch den Körper- und Lungenkreislauf. Die Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) sind gestreift und durch Glanzstreifen miteinander verbunden. Diese enthalten Gap Junctions für die schnelle Übertragung von elektrischen Impulsen und Desmosomen, die für eine starke physische Haftung sorgen. Diese einzigartige Struktur wird als ein funktionelles Synzytium beschrieben und ermöglicht synchronisierte Herzkontraktionen, die für einen effektiven Blutkreislauf unerlässlich sind.

Überblick über das Nervensystem

Das Nervensystem ist ein komplexes Netz aus Nervenzellen (Neuronen), die für die Steuerung und Koordinierung verschiedener Funktionen im gesamten Körper verantwortlich sind. Es wird grob in zwei funktionelle Systeme eingeteilt: das zentrale Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, und das periphere Nervensystem (PNS), das alle neuronalen Elemente außerhalb des ZNS umfasst.

Das Nervensystem besteht aus zwei Haupttypen von Zellen: Neuronen und Gliazellen. Neuronen bilden die grundlegenden Funktionseinheiten des Nervensystems und sind für die Übermittlung und Verarbeitung von Informationen durch elektrische und chemische Impulse verantwortlich. Gliazellen hingegen unterstützen, schützen und ernähren die Neuronen und spielen eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der allgemeinen Gesundheit und Effizienz des Nervensystems.

Aktionspotential und Synapsen

Aktionspotentiale und Synapsen spielen eine zentrale Rolle bei der neuronalen Kommunikation. Aktionspotentiale stellen eine rasche, kurzzeitige Veränderung des Membranpotentials an der Zellmembran dar, was die Signalübertragung entlang erregbarer Zellen ermöglicht. An neuronalen Synapsen, also dort, wo sich zwei Neurone treffen, löst das Aktionspotential die Freisetzung von Neurotransmittern aus, was die Signalübertragung zwischen diesen Neuronen zustande bringt. Neurotransmitter sind biochemische Stoffe und von zentraler Bedeutung für die Übermittlung und Regulierung neuronaler Botschaften zwischen Nervenzellen und Zielgeweben im gesamten Nervensystem.

Sinnesorgane

Die allgemeinen Sinne des menschlichen Körpers umfassen eine Reihe von Empfindungen wie Temperatur, Schmerz, Berührung, Dehnung, Druck und Vibration. Diese Reize werden von spezialisierten Sinnesrezeptoren wahrgenommen, die im ganzen Körper verteilt sind. Diese Rezeptoren überwachen und erkennen Reize sowohl aus der äußeren als auch aus der inneren Umgebung. Berührungs-, Dehnungs-, Druck- und Vibrationsempfindungen werden über Mechanorezeptoren wahrgenommen, während Schmerz und Temperatur von Nozizeptoren bzw. Thermorezeptoren empfunden werden.

Weitere spezielle Sinne wie der Geruchssinn, der Geschmackssinn, der Sehsinn, der Gehörsinn und der Gleichgewichtssinn sind für unsere Interaktion mit der Umwelt unerlässlich. Beim Riechen werden chemische Geruchsstoffe in der Luft von den Geruchsrezeptoren wahrgenommen, während Geschmacksknospen, die Rezeptoren für verschiedene Geschmacksrichtungen beherbergen, das Schmecken ermöglichen. Beim Sehen werden Licht, Farbe und Bewegung über die Fotorezeptoren in der Netzhaut verarbeitet, um visuelle Bilder von Objekten in unserer Umgebung zu erzeugen. Das Gehör interpretiert Schallwellen über die Cochlea, während vestibuläre Empfindungen im Innenohr von den zwei Makulaorganen und drei Bogengängen erfasst werden, spezialisierten Strukturen, die für das Gleichgewicht und die räumliche Orientierung wichtig sind. Diese Sinne bereichern unsere Wahrnehmungen und Erfahrungen mit der Umwelt.

Motorik

Die Motorik ist ein grundlegender Aspekt der menschlichen Bewegung und Koordination und beinhaltet komplexe Interaktionen innerhalb des Nervensystems. Das Rückenmark spielt in diesem Prozess eine zentrale Rolle, indem es über Motoneuronen Informationen vom Gehirn empfängt und an die Muskeln weiterleitet. Das Rückenmark ist ebenfalls an Reflexbögen beteiligt, die schnelle und unwillkürliche Reaktionen auf Reize ohne direkte Beteiligung des Gehirns auslösen können. Über diese grundlegenden Mechanismen hinaus wird die Motorik von höheren Zentren im Gehirn, insbesondere der Großhirnrinde und dem Hirnstamm, gesteuert. Die Großhirnrinde ist für willkürliche motorische Handlungen, die Planung dieser Handlungen und die Koordination zuständig, während der Hirnstamm motorische Befehle zwischen dem Gehirn und dem Rückenmark integriert und weiterleitet. Gemeinsam ermöglichen diese Systeme reibungslose und gut koordinierte Bewegungen.

Großhirnrinde und höhere kognitive Funktionen

Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) spielt eine wesentliche Rolle bei höheren kognitiven Funktionen und ist von grundlegender Bedeutung für die Verarbeitung und Integration von sensorischen Informationen, die das Denken höherer Ordnung, das Schlussfolgern und das Lösen von Problemen ermöglicht. Sie wird topographisch in Lappen (Lobus), Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci) unterteilt. Histologisch erfolgt die Anordnung in sechs Schichten (Laminae) und funktionell wird die Großhirnrinde in Brodmann-Areale gegliedert, die spezifische Aufgaben erfüllen. Das motorische Sprachzentrum liegt im Broca-Areal (Area 44), während das sensorische Sprachzentrum vom Wernicke-Areal (Area 22) gesteuert wird. Lernen und Gedächtnis sind ebenfalls in der Großhirnrinde angesiedelt. Hier werden neue Erfahrungen kodiert und gespeichert, was für den Wissenserwerb und -abruf entscheidend ist. Darüber hinaus ist die Großhirnrinde an der Regulierung von Schlaf und Wachsein, dem zirkadianen Rhythmus, beteiligt und sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Gehirnaktivität und Ruhe, was essentiell für die allgemeine kognitive Gesundheit und Funktionalität ist.

Blut

Das Blut ist eine lebenswichtige Substanz im menschlichen Körper, die durch ihre komplexen und dynamischen Funktionen das Leben aufrechterhält. Es besteht aus Blutplasma und zellulären Bestandteilen, die kontinuierlich im Knochenmark durch den Prozess der Hämatopoese neu gebildet werden. Zu diesen zellulären Bestandteilen gehören Erythrozyten (rote Blutkörperchen), die mit ihrem Hämoglobin für den Sauerstofftransport verantwortlich sind, Leukozyten (weiße Blutkörperchen), die an Immunreaktionen beteiligt sind, und Thrombozyten (Blutplättchen), die für die Blutgerinnung und Wundheilung sorgen.

Herz

Das Herz ist die zentrale Komponente des Herz-Kreislauf-Systems. Die Hauptfunktion dieses muskulären Organs besteht darin, Blut durch den Körper zu pumpen und das Gewebe mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen. Es besteht aus spezialisierten Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten), die über einzigartige, elektrische Eigenschaften verfügen, denn sie sind zu automatischen und koordinierten Kontraktionen fähig. Bei jedem vollständigen Herzschlag durchläuft das Herz eine Abfolge von Systole (Kontraktion) und Diastole (Entspannung), die zusammen als Herzzyklus bezeichnet werden und einen kontinuierlichen Blutfluss gewährleisten. Das Herzzeitvolumen, d. h. die Blutmenge, die das Herz pro Minute pumpt, ist ein Maß für die Herzfunktion und wird sowohl durch körpereigene Mechanismen als auch durch externe Faktoren wie hormonelle und neuronale Reize reguliert.

Blutgefäße und Zirkulation

Blutgefäße sind Hohlorgane, die das Blut durch den Körper transportieren und einen wesentlichen Bestandteil des Herz-Kreislauf-Systems bilden. Die drei Hauptarten von Blutgefäßen sind Arterien, Venen und Kapillaren, die sich jeweils in Struktur und Funktion unterscheiden. Arterien transportieren Blut vom Herzen weg, während die Venen Blut zum Herzen zurückführen. Kapillaren erleichtern den Austausch von Sauerstoff, Nährstoffen und Abfallprodukten zwischen Blut und Gewebe durch Prozesse wie Diffusion, Filtration und Osmose. Der Blutfluss in den Gefäßen wird streng reguliert, um eine angemessene Gewebedurchblutung zu gewährleisten und den optimalen Blutdruck aufrechtzuerhalten.

Das Herz-Kreislauf-System besteht aus zwei Kreisläufen: dem kleinen Lungenkreislauf, der das Blut von der rechten Herzkammer durch die Lungen und zurück zum linken Vorhof transportiert, und dem großen Körperkreislauf, der ein Netzwerk aus Arterien und Venen umfasst, die das Blut von der Aorta aus zu allen anderen Systemen und Geweben des Körpers und zurück zum Herzen bringen.

Überblick über das lymphatische System und Immunsystem

Das Lymph- und Immunsystem sind Schlüsselkomponenten der körpereigenen Abwehrmechanismen.

Das Lymphsystem besteht aus einem Netz von Lymphgefäßen, -knoten und -geweben, die an der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts und der Filtration schädlicher Krankheitserreger beteiligt sind. Es transportiert die Lymphe, eine Flüssigkeit, die weiße Blutkörperchen (Lymphozyten) enthält, durch den gesamten Körper. Während die Lymphgefäße die Lymphe sammeln und aus dem Gewebe in den venösen Kreislauf transportieren, sind die lymphatischen Organe, einschließlich Milz, Thymus und Tonsillen (Mandeln), an der Immunüberwachung von fremden Antigenen beteiligt.

Das Immunsystem ist ein komplexes Netzwerk aus Zellen, Geweben und Organen, die zusammenarbeiten, um den Körper vor Krankheitserregern wie Bakterien, Viren und Fremdkörpern zu schützen. Dieses System ermöglicht es dem Körper, seine eigenen Zellen von fremden Zellen und Substanzen zu unterscheiden und Eindringlinge mit Hilfe verschiedener Komponenten wie weißen Blutkörperchen, Antikörpern und anderen Substanzen zu eliminieren.

Immunität

Immunität beschreibt die Fähigkeit des komplexen Abwehrsystems des Körpers, Krankheitserreger und Fremdstoffe zu bekämpfen. Sie ist sowohl durch angeborene als auch durch adaptive Reaktionen gekennzeichnet. Die angeborene Immunität ist die erste Verteidigungslinie des Körpers mit unspezifischen Barrieren und zellulären Reaktionen, die sehr schnell wirken, um die Ausbreitung von Infektionen zu verhindern. Die erworbene (adaptive) Immunität hingegen ist spezialisierter und beinhaltet eine zelluläre Reaktion durch T-Lymphozyten und/oder eine humorale Reaktion durch B-Lymphozyten. Das erworbene Immunsystem ist lernfähig (immunologisches Gedächtnis) und kann daher nach der ersten Exposition gegenüber bestimmten Krankheitserregern wirksamer reagieren, was zu stärkeren, schnelleren und effizienteren Reaktionen bei späteren Begegnungen führt.

Überblick über das endokrine System

Das endokrine System ist für die Regulierung verschiedener physiologischer Prozesse wie Wachstum, Stoffwechsel, Fortpflanzung und Stressreaktionen durch die Ausschüttung von chemischen Botenstoffen, den Hormonen, verantwortlich. Hormone haben unterschiedliche chemische Strukturen, die von Steroiden bis hin zu Peptiden reichen. Sie werden direkt in den Blutkreislauf freigesetzt und wandern zu Zielorganen oder -geweben, wo sie an spezifische Rezeptoren binden und zelluläre Reaktionen zur Regulierung der Körperfunktionen auslösen.

Endokrine Drüsen und Organe

Das endokrine System besteht aus mehreren endokrinen Drüsen und Organen, die jeweils Hormone produzieren, die verschiedene lebenswichtige Körperfunktionen regulieren. Die erbsengroße Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) arbeitet eng mit dem Hypothalamus zusammen und steuert mehrere endokrine Drüsen. Die Schilddrüse und die Nebenschilddrüsen regulieren den Stoffwechsel sowie den Calcium- und Phosphathaushalt des Körpers. Die Nebennieren produzieren Hormone wie Cortisol und Adrenalin, die Stressreaktionen und Stoffwechselprozesse beeinflussen. Der endokrine Teil der Bauchspeicheldrüse spielt eine wichtige Rolle im Glukosestoffwechsel und bei der Glukoseregulierung, indem er die Hormone Insulin und Glukagon ausschüttet. Außerdem produzieren die Keimdrüsen (Ovarien und Hoden) Sexualhormone für die Fortpflanzung.

Überblick über das respiratorische System

Das respiratorische System ist für die Atmung und den Gasaustausch zuständig. Funktionell gliedert es sich in einen luftleitenden Abschnitt, der die Luft nur transportiert, und einen respiratorischen Abschnitt, der für den Gasaustausch zuständig ist. Das respiratorische System beginnt mit der Nasenhöhle und der Mundhöhle, und führt über den Rachen und den Kehlkopf bis zur Trachea (Luftröhre). Diese leitet die Luft in die Lungen und verzweigt sich dort in zwei Hauptbronchien, mehrere Lappen- und Segmentbronchien, und zahlreiche Bronchiolen. Zuletzt finden sich die Bronchioli respiratorii, die Alveolargänge (Ductus alveolares) und Alveolarsäckchen (Saccus alveolaris) enthalten. Dies ist der eigentliche Ort des Gasaustauschs, denn hier wird Sauerstoff aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgegeben. 

Das respiratorische System hat neben der Aufnahme von Sauerstoff und Ausstoß von Kohlenstoffdioxid noch weitere Funktionen. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des pH-Wertes des Blutes und der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts.

Atmung und Gasaustausch

Die Atmung und der Gasaustausch stellen sicher, dass Körperzellen den Sauerstoff erhalten, den sie für ihre Stoffwechselprozesse benötigen, und gleichzeitig Kohlenstoffdioxid abtransportieren können. Der Vorgang der Atmung umfasst zwei zyklische Phasen: die Einatmung (Inspiration), bei der sauerstoffreiche Luft in die Lunge strömt, und die Ausatmung (Exspiration), bei der kohlenstoffdioxidreiche Luft ausgestoßen wird. Der gesamte Prozess der Atmung und des Gasaustauschs wird von den Atemzentren des Hirnstamms reguliert, die die Geschwindigkeit und Tiefe der Atmung an die Bedürfnisse des Körpers anpassen. Dafür überwachen zentrale und periphere Chemorezeptoren die Sauerstoff-, Kohlenstoffdioxid- und pH-Werte im Blut und senden entsprechende Informationen an das Atemzentrum.

Überblick über das Verdauungssystem

Das Verdauungssystem ist für die Zerlegung der Nahrung in Nährstoffe zuständig, welche dann der Körper aufnehmen und verwerten kann. Es umfasst zwei Hauptgruppen von Organen: Verdauungsorgane und akzessorische Verdauungsorgane.

Zu den Verdauungsorganen gehören die verschiedenen Teile des Magen-Darm-Trakts. Dieser beginnt im Mund, wo die mechanische Verdauung durch Kauen und die chemische Verdauung durch Speichel stattfindet, gefolgt vom Transport der Nahrung durch den Rachen und die Speiseröhre (Ösophagus) zum Magen. Im Magen wird die Nahrung mit Hilfe von Magensäure und Enzymen in einen breiartigen Speisebrei (Chymus) aufgespalten, bevor er in den Dünndarm gelangt. Dies ist der Hauptort der chemischen Verdauung und der Nährstoffaufnahme. Daraufhin folgt der Dickdarm, der Wasser und Elektrolyte absorbiert und anschließend den Stuhl bildet.

Zu den akzessorischen Verdauungsorganen gehören die Speicheldrüsen, die Leber, das Pankreas (Bauchspeicheldrüse) und die Gallenblase. Die Speicheldrüsen produzieren den enzymhaltigen Speichel, der die chemische Verdauung von Zuckern einleitet. Die Leber produziert die Galle für die Fettverdauung, die Bauchspeicheldrüse liefert Verdauungsenzyme und die Gallenblase kann die Galle speichern. Gemeinsam sorgen diese Komponenten des Verdauungssystems für eine effiziente Aufspaltung der Nahrung in alle lebenswichtigen Nährstoffe.

Stoffwechsel und Ernährung

Beim Stoffwechsel und der Ernährung geht es darum, die in der Nahrung enthaltene Energie durch verschiedene biochemische Reaktionen in Treibstoff für alle Körperprozesse umzuwandeln. Es gibt zwei Hauptkategorien von Stoffwechselwegen: den katabolen und den anabolen. Der katabole Weg baut Moleküle ab, um Energie freizusetzen, während der anabole Weg Energie zum Aufbau komplexer Moleküle verwendet.

Der Kohlenhydratstoffwechsel konzentriert sich in erster Linie auf die Aufspaltung von verschiedenen Zuckern in Glukose, eine primäre Energiequelle, die durch Glykolyse, den Citratzyklus und die oxidative Phosphorylierung weiterverarbeitet wird, um ATP zu erzeugen.

Der Lipidstoffwechsel umfasst den Abbau und die Synthese von Fettsäuren, die eine Schlüsselrolle bei der Energiespeicherung und der Aufrechterhaltung der Zellstruktur spielen. In Zeiten geringer Verfügbarkeit von Kohlenhydraten produziert die Leber durch den Prozess der Ketogenese Ketonkörper aus Fettsäuren, die dem Körper eine alternative Energiequelle bieten. Darüber hinaus findet in der Leber und im Fettgewebe die Lipogenese statt, bei der Vorstufen wie Kohlenhydrate in Triacylglyceride umgewandelt werden, um eine effiziente Speicherung ungenutzter Nahrungsenergie zu ermöglichen.

Der Proteinstoffwechsel umfasst den Abbau von Proteinen in Aminosäuren zur Energiegewinnung oder zur Synthese neuer Proteine. Überschüssige Aminosäuren werden über den Harnstoffzyklus desaminiert, wobei das entstehende Ammoniak in Harnstoff umgewandelt und über die Nieren sicher ausgeschieden wird. In Zeiten von Nahrungskarenz, wenn nicht genügend Kohlenhydrate und Fette vorhanden sind, können auch Proteine in Energie umgewandelt werden.

Überblick über das Harnsystem

Das Harnsystem ist für die Aufrechterhaltung des Wasser- und Elektrolytgleichgewichts und die Ausscheidung von Abfallstoffen aus dem Körper über den Urin unerlässlich. Es besteht aus 4 Hauptorganen: Nieren, Harnleiter, Harnblase und Harnröhre. Die bohnenförmigen Nieren, die sich in der Bauchhöhle befinden, enthalten zahlreiche Nephrone, die als Funktionseinheiten für die Blutfilterung und Urinproduktion zuständig sind. Die Harnleiter transportieren den Urin von den Nieren zur Harnblase. Dort wird der Urin gespeichert, bevor er durch die Harnröhre aus dem Körper ausgeschieden wird. Urin weist bestimmte physikalische Eigenschaften auf, darunter Farbe, Geruch und pH-Wert, die wichtige Aufschlüsse über verschiedene Stoffwechselprozesse im Körper geben können.

Physiologie der Nieren

Die Physiologie der Nieren befasst sich mit der Funktion der Nieren und den Prozessen der Urinbildung und -ausscheidung. Im Mittelpunkt steht dabei die glomeruläre Filtration, bei der Blutplasma durch Nierenkörperchen gefiltert und Primärharn produziert wird. Im Anschluss an die Filtration erfolgt die tubuläre Reabsorption, ein Prozess, bei dem benötigte Substanzen wie Glukose, Ionen und Wasser aus dem Filtrat zurück in den Blutkreislauf aufgenommen werden, wodurch die Erhaltung lebenswichtiger Nährstoffe und die Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts gewährleistet werden. So entsteht der Sekundärharn, der zuletzt ausgeschieden wird. Die Nieren spielen auch eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Urinkonzentration und -menge. Dieser Prozess wird durch die Hormone Antidiuretisches Hormon (ADH) und Aldosteron gesteuert, die die Menge des rückresorbierten Wassers und die endgültige Konzentration des Urins bestimmen.

Wasserhaushalt

Flüssigkeiten im menschlichen Körper sind auf zwei Hauptkompartimente verteilt: die Intrazellularflüssigkeit, die circa ⅔ der Gesamtflüssigkeit des Körpers ausmacht und sich innerhalb der Zellen befindet. Die Extrazellularflüssigkeit, zu der die interstitielle Flüssigkeit, das Blutplasma und andere spezielle Flüssigkeiten gehören macht wiederum die restlichen ⅓ der Gesamtflüssigkeit aus. Der Wasserhaushalt umfasst die präzise Steuerung der Wasseraufnahme und des -verlusts, um das Flüssigkeitsgleichgewicht des Körpers aufrechtzuerhalten. Dieses Gleichgewicht ist von entscheidender Bedeutung, da es dafür sorgt, dass Zellen und Organe ein ideales Umfeld für die Durchführung von Stoffwechselprozessen vorfinden.

Elektrolyt- und Säure-Basen-Haushalt

Der Elektrolythaushalt bezieht sich auf die Regulierung der Menge von Mineralien wie Natrium, Kalium, Calcium und Chlorid in den Körperflüssigkeiten, die für verschiedene physiologische Prozesse wie Nervenleitung, Muskelkontraktion und Energiebildung wichtig sind. Die Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichts erfordert komplexe Interaktionen zwischen verschiedenen Organsystemen, insbesondere den Nieren und dem endokrinen System.

Der Säure-Basen-Haushalt hingegen umfasst die Regulierung des pH-Werts und stellt sicher, dass dieser innerhalb eines engen Intervalls bleibt. Dieses pH-Gleichgewicht ist für enzymatische Reaktionen und zelluläre Funktionen unerlässlich und wird durch Puffersysteme, Atmungs- und Nierenmechanismen stabil gehalten.

Fortpflanzungssystem

Das menschliche Fortpflanzungssystem ist für den Fortbestand unserer Spezies unerlässlich und umfasst sehr unterschiedliche, aber komplementäre Systeme bei Männern und Frauen. Das weibliche Fortpflanzungssystem umfasst die Eierstöcke, welche Eizellen und Hormone wie Östrogen und Progesteron produzieren, die Eileiter, in denen die Befruchtung stattfindet, die Gebärmutter, in der sich der Fötus entwickelt, und die Vagina, die ein Teil des Geburtskanals darstellt. Das weibliche Hormonsystem wird primär von der Hypothalamus-Hypophysen-Ovarial-Achse gesteuert und spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der weiblichen sekundären Geschlechtsmerkmale, dem Menstruationszyklus, der Schwangerschaft und der Menopause.

Das männliche Fortpflanzungssystem auf der anderen Seite umfasst die Hoden, die Spermien und männliche Hormone wie Androgene produzieren, die Nebenhoden mit dem Samenleiter (Ductus deferens), die die Spermien transportieren, die Bläschendrüse und Prostata, die einen Teil zum Ejakulat beitragen, sowie den Penis, durch den das Ejakulat austritt. Testosteron, das primäre männliche Sexualhormon, spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der männlichen Fortpflanzungsorgane sowie bei der Spermatogenese und der Entwicklung der sekundären Geschlechtsmerkmale.

Embryologie

Das Fachgebiet der Embryologie befasst sich mit den komplizierten Prozessen der menschlichen Entwicklung, die von einer einzelnen befruchteten Zelle bis zum voll ausgereiften Säugling reicht. Diese Reise beginnt mit der Meiose, einer speziellen Art der Zellteilung, bei der Keimzellen (Spermien und Eizellen) mit der Hälfte der üblichen Chromosomenzahl entstehen, was nach der Fusion der elterlichen Gene und der Wiederherstellung der vollen Chromosomenzahl eine genetische Vielfalt ermöglicht.

Die Präimplantationsphase oder präembryonale Phase, also die ersten zwei Wochen nach der Befruchtung, umfasst die Bildung einer Zygote, ihre Teilung und ihre Einnistung in die Gebärmutterwand. In dieser Zeit beginnt sich die Plazenta zu bilden, die eine lebenswichtige Verbindung zwischen der Mutter und dem sich entwickelnden Embryo herstellt und für den Nährstoff- und Sauerstofftransport sowie die Abfallbeseitigung verantwortlich ist. In der dritten bis achten Woche, Embryonalphase genannt, beginnen sich die wichtigsten Organe und Strukturen zu bilden. Dies ist der kritischste Abschnitt der Embryonalentwicklung. Die folgende Fetogenese, die von der neunten Woche bis zur Geburt dauert, ist durch das Wachstum und die Reifung der gebildeten Strukturen gekennzeichnet und bereitet den Embryo auf den Übergang zum extrauterinen Leben nach der Geburt vor.