Allgemeine Prinzipien des Aufbaus des Gesamtorganismus
Damit ein vielzelliger Organismus als Einheit funktioniert, hat die Evolution grundlegende Steuerungsprinzipien hervorgebracht. Dazu gehören Reflexreaktionen, Selbstorganisation, Selbstregulation sowie Korrelations- und Regulationsmechanismen. All diese Instrumente sind nicht auf einmal entstanden – sie wurden im Laufe eines langen Evolutionsprozesses sorgfältig herausgearbeitet und gefestigt.
Korrelation bezeichnet eine solche Interaktion von Elementen eines lebendigen Systems, bei der sie sich zusammenschließen, um eine absolut neue Qualität zu schaffen. Dabei behalten alle beteiligten Elemente ihre ursprünglichen, nur ihnen eigenen Funktionen vollständig bei. Dies ist die Basisebene der Koordination, ohne die eine komplexere Regulation – ein Prozess, bei dem bereits eine klare Unterordnung einer Struktur unter eine andere zur Erreichung des globalen Ziels des gesamten Organismus stattfindet – unmöglich ist.
Arten korrelativer Verbindungen
Korrelative Verbindungen werden je nach Art ihres Ursprungs üblicherweise in zwei große Gruppen unterteilt:
- Mechanische Korrelationen. Sie entstehen im Prozess der direkten physischen Interaktion aktiv arbeitender Organe. Ein klassisches Beispiel für ein solches Zusammenspiel ist die gemeinsame Arbeit von Herz und Lunge. Ähnlich interagieren die Organe der Bauchhöhle: Der Darm ist mechanisch eng mit der Leber und dem Magen verbunden, die an ihn angrenzen.
- Chemische Korrelationen. In diesem Fall wird die Verbindung durch spezifische „Vermittlersubstanzen“ sichergestellt, zu denen Mediatoren und biologisch aktive Verbindungen gehören. Die wichtigste Rolle der chemischen Korrelation zeigt sich bereits im Stadium der Embryogenese: Sie lenkt das Wachstum von Nervenfasern streng zum zu innervierenden Organ. Derselbe Mechanismus ist kritisch wichtig für die Wiederherstellung (Regeneration) von Nerven nach Verletzungen oder chirurgischen Eingriffen.
Die chemische Korrelation kann auf zwei Wegen realisiert werden:
- Kontaktweg. Angrenzende Membranbereiche benachbarter Zellen bilden sogenannte Gap Junctions (Fusionszonen). Über diese findet ein direkter Austausch von zellulärem Protoplasma und biologisch aktiven Substanzen statt.
- Distanter Weg. Er erfolgt über Distanz durch die Körperflüssigkeiten. Als Überträger fungieren biogene Amine und Substanzen proteinartiger Natur (Hormone, Oligopeptide).
Drei Arten der Funktionsregulation
Wenn es um die gezielte Unterordnung von Strukturen geht, wirken im Organismus drei Hauptsteuerungsarten:
- Nervöse Regulation. Wird ausschließlich durch die Kräfte des Nervensystems realisiert. Ihr wichtigstes Unterscheidungsmerkmal ist die enorme Geschwindigkeit. Nervliche Einflüsse erfolgen sehr schnell.
- Humorale Regulation. Erfolgt durch chemische Substanzen, die in den inneren Flüssigkeiten zirkulieren: Blut, Lymphe, Gewebs- und Zerebrospinalflüssigkeit. Als Regulationsfaktoren fungieren hier Hormone, Zytokine, Oligopeptide, Immunfaktoren, Mediatoren und andere biologisch aktive Substanzen. Im Gegensatz zu nervlichen Signalen erfolgen humorale Einflüsse relativ langsam.
- Neurohumorale Regulation. Dies ist eine Kombination der beiden vorherigen Wege. Sie ist die Hauptform der Regulation im gesunden Gesamtorganismus.
Mechanismen der neurohumorale Interaktion
Die neurohumorale Regulation zeigt, wie nervliche und humorale Mechanismen sich gegenseitig ergänzen. Die Interaktion zwischen ihnen baut sich nach zwei Hauptszenarien auf.
Der erste Mechanismus ist die primäre Wirkung humoraler Faktoren auf die Nervenzentren. In den Flüssigkeiten zirkulierende humorale Agenten wirken auf das zentrale Nervensystem (ZNS) ein. Anschließend sendet das ZNS sekundär, bereits über Nervenbahnen, Signale an die peripheren Organe.
Der zweite Mechanismus ist die gleichzeitige Einwirkung auf das Organ. In einer solchen Situation erhält das Zielorgan Befehle über beide Kanäle gleichzeitig. Nervliche Einflüsse werden schnell realisiert, wirken aber nur kurzzeitig und gewährleisten eine sofortige Reaktion. Humorale Einflüsse treffen später ein, wirken jedoch langanhaltender und halten die Funktion auf dem erforderlichen Niveau.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche biogenen Amine sind am distanten Weg der chemischen Korrelation beteiligt?
Beim distanten Weg der chemischen Korrelation, der über die Körperflüssigkeiten erfolgt, sind biogene Amine als Agenten beteiligt.
In den angeführten Quellen werden zu den biogenen Aminen gezählt:
- Histamin;
- Serotonin;
- Katecholamine: Adrenalin und Noradrenalin;
- Melatonin.
Die Quellen geben zudem an, dass die Epiphyse biogene Amine synthetisiert: Melatonin, Serotonin, Noradrenalin, Histamin u. a.
Wie ist die Struktur von Gap Junctions zwischen den Membranen benachbarter Zellen aufgebaut?
Gap Junctions stellen Annäherungszonen der Plasmalemmen benachbarter Zellen auf einen Abstand von 2–4 nm dar, die von spezialisierten Kanälen durchsetzt sind. Der Aufbau dieser Strukturen umfasst:
- Connexine – transmembranöse integrale Proteine, die die Zellmembran durchziehen.
- Connexone – Proteinkomplexe, die aus sechs Connexinglobulen gebildet werden.
Transmembranproteine der einen Zelle liegen streng gegenüber den Proteinen der anderen Zelle. Connexine umgeben eine zentrale hydrophile Pore mit einem Durchmesser von 1,5 nm und bilden einen Kanal, der den beidseitigen Austausch zwischen den Zellen gewährleistet.
Das Nervensystem ist ein Eilboten (schnell, wirkt aber nicht lange). Das humorale System ist ein gewöhnlicher Brief (braucht lange, enthält aber einen langen Text für die Zukunft). Das neurohumorale System ist ein ideales Tandem aus beiden Verbindungsarten.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Was sind Gap Junctions?
Dies sind Fusionszonen der aneinandergrenzenden Membranbereiche benachbarter Zellen. Sie gewährleisten den kontaktartigen Typ der chemischen Korrelation, indem sie den Zellen ermöglichen, direkt Protoplasma und biologisch aktive Substanzen auszutauschen.
Welche Flüssigkeiten sind an der humoralen Regulation beteiligt?
Faktoren der humoralen Regulation zirkulieren in allen wesentlichen Körperflüssigkeiten: Blut, Lymphe, Gewebsflüssigkeit und Zerebrospinalflüssigkeit.
Wie wirken nervliche und humorale Signale gemeinsam auf ein Organ ein?
Sie arbeiten als sich ergänzendes Tandem. Nervensignale werden als Erste realisiert und sorgen für eine schnelle, aber kurze Reaktion. Humorale Faktoren wirken später, aber ihre Wirkung hält wesentlich länger an.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Die Rolle der chemischen Korrelation beim gerichteten Wachstum von Nervenfasern in der Embryogenese
- Arten und Funktionen von Vermittlersubstanzen bei der distanten chemischen Korrelation (biogene Amine, Oligopeptide)
- Physiologische Beispiele für mechanische Korrelation der inneren Organe
- Mechanismen der primären Einwirkung humoraler Agenten auf die Nervenzentren des ZNS
- Unterschiede zwischen humoraler Regulation und kontaktartiger chemischer Korrelation
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