Homöostase

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Allgemeines

Homöostase beschreibt die Selbstregulierung jedes lebenden Organismus, vom Bakterium bis zum Menschen.[Anm. 1]

Beim Menschen gehört mit zur Homöostase:

Bedeutung der Homöostase

Sinnvoll kooperieren können die spezialisierten Organe des Körpers nur, wenn ihre Funktionen aufeinander abgestimmt sind. Als Infrastruktur stehen dazu vor allem das Nervensystem und das Kreislaufsystem zur Verfügung.[1]
Der Organismus, die Gesamtheit aller dieser lebenden Zellen, Gewebe, Organe und Organsysteme, überlebt nur dann, wenn die Grenzen der Homöostase genau beachtet werden.[2]

"Schon für eine Einzeller, also etwa eine Amöbe (...) gilt es, zwei für sein Überleben notwendige, aber prinzipiell gegensätzliche Anforderungen zu erfüllen: Einerseits muss er die 'Ordnung' dessen, was Leben ausmacht, gegen die 'Unordnung' der unbelebten Umgebung abschotten, andererseits ist er als - sowohl im thermodynamischen als auch im kommunikativen Sinn - 'offenes System' auf den Austausch von Wärme, Sauerstoff, Nahrungs- und Abfallstoffen sowie von Informationen mit seiner Umgebung angewiesen. Für das Abschotten sorgt die Zellmembran, deren hydrophobe Eigenschaften die wässrigen Lösungen außerhalb und innerhalb der Zelle vor der tödlichen Vermischung bewahren."[3]

"Auch jede der etwa 70 Billionen Zellen unseres Körpers ist auf ein Milieu mit weitgehend konstanten Eigenschaften angewiesen. Ganz im Gegensatz zur Situation des Einzellers im Wasser ist aber das Volumen der extrazellulären Flüssigkeit, in der unsere Zellen 'schwimmen', nicht nur undendlich größer, sondern sogar deutlich kleiner als das Gesamtvolumen dieser Zellen (...). Angesichts der ununterbrochenen Inanspruchnahme dieser Flüssigkeit für die Ver- und Entsorgung der Zellen bedarf es daher großer Anstrengung, das innere Milieu zu erhalten."[4]

"Den großen Vorteilen eines solchen Staates von spezialisierten Zellgruppen, also u.a. der großen Unabhängigkeit nach außen, steht ein wesentlicher Nachteil die gegenseitige Abhängigkeit der Organe und Organsysteme gegenüber. Fällt ein wichtiges davon aus, ist der ganze Organismus vom Tode bedroht."[5]

"Für lebende Organismen ist das Aufrechterhalten einer physiologischen Homöostase (Gleichgewicht) essentiell. Dies erfordert eine funktionierende Kontrolle verschiedener Stoffwechselvorgänge, die gleichzeitig in verschiedenen Kompartimenten ablaufen. Die Gesamtheit aller dieser enzymatischen Reaktionen bezeichnet man als Intermediärstoffwechsel."[6]

Gehirn als Integrator

Die integrativen Leistungen des Gehirns können in 5 Prinzipien vereinfachend zusammengefasst werden:[7]

  • Das Gehirn ist ein signalverarbeitendes System in dem die Informationen in spzialisierten Funktionseinheiten (Modulen) verarbeitet, gespeichert und abgerufen werden.
  • Die Module existieren in Form umschriebener Hirnareale und der Aktivitätsmuster der darin enthaltenen neuralen Elemente und synaptischen Verbindungen.
  • Die Organisation der Module wird durch interne und externe Faktoren bestimmt (genetische, entwicklungsabhängige, sozio-kulturelle Faktoren).
  • Adaptive Prozesse der Module, z.B. im Sinne von Lern- und Gedächtnisvorgängen, resultieren aus plastischen Veränderungen im Bereich der synaptischen Signalübertragung.
  • Die Assoziationsareale des Cortex cerebri stellen wichtige Module für sog. höhere Hirnfunktionen dar.

Beispiele gestörter Homöostase der Hirntoten

Hier werden einige für den medizinischen Laien gut verständliche Beispiele der gestörten Homöostase der Hirntoten genannt.

Eigenatmung

Das Atemzentrum liegt in der Medulla oblongata im Hirnstamm.[8] Mit dem Hirntod ist der Hirnstamm funktionsunfähig. Damit kommt vom Atemzentrum wie wieder ein Atemimpuls.
Siehe: Atmung

Körpertemperatur

Im Hypothalamus ist das Regulationszentrum für die Temperaturregelung des Körpers. Auf bisher unbekannte Weise ist dort eine Soll-Temperatur kodiert. Bei Kälte reagiert der Hypothalamus mit Glutamat, bei Hitze mit GABA. Diese Hormone sprechen die Raphe-Kerne im Hirnstamm an. Diese Neurone führen die eigentliche Thermoregulation aus, z.B. durch Anpassung der Thermogenese, Hautdurchblutung und Herztätigkeit. Durch Freisetzung von TRH wird Einfluss auf die Schilddrüsen genommen, die wiederum auf den Hypothalamus einwirken.[9]
Siehe: Körpertemperatur

Cushing-Reflex

"Eine Durchblutungsabnahme des Gehirns, die im Rahmen einer zerebralen Ischämie oder durch eine intrakranielle Drucksteigerung infolge eines plötzlichen raumfordernden Prozess im Gehirn (z.B. eine Blutung) auftritt, führt zu einer starken Erregung der sympathoexzitatorischen Neuronen in der ventrolateralen Medulla oblongata (Ischämiereaktion des ZNS). Als Folge können die Sympathikusaktivität und der Blutdruck extrem ansteigen. Dieser Vorgang wird auch als Cushing-Reflex bezeichnet."[10]
Siehe: Cushing-Reflex

Diabetes insipidus

Beim Hirntod stirbt der Hypophysenvorderlappen ab. Dadurch werden dort keine Hormone (z.B. ADH) mehr produziert. Fehlt dem Körper ADH, führt es in der Niere zu einer extrem gesteigerten Urinauscheidung ("Wasseruhr" = Diabetes insipidus) von bis zu über 20 Litern pro Tag. Diabetes insipidus gehört daher zu den charakteristischen Begleitsymptomen nach Eintritt des Hirntodes.[11]
Siehe: Diabetes insipidus

Ausfall der Homöostase bei Hirntoten

Es gibt Anzeichen, dass der Hirntod in Stunden bis Tagen eintreten kann. "Neurologische Hinweise auf eine mögliche Entwicklung eines irreversiblen Hirnfunktionsausfalls sind gemäß Anlage 2 der Richtlinie der BÄK nach § 16 Abs. 1 Satz 1 Nr. 3 TPG insbesondere:"[12]

  • a) die (nicht medikamentös verursachte) Erweiterung und Lichtstarre der Pupillen,
  • b) das (nicht medikamentös verursachte) Erlöschen anderer "Hirnnerven-Reflexe" bis zur fehlenden Reaktion beim Absaugen,
  • c) das (nicht durch Relaxierung verursachte) Erlöschen einer Spastik und Auftreten einer Muskelhypotonie,
  • d) eine sekundäre, insbesondere eine progrediente Hypothermie sowie eine transiente Poikilothermie,
  • e) ein zusammen mit anderen Hirnstamm-Symptomen eintretender Diabetes insipidus,
  • f) ein kontinuierlicher Blutdruckanstieg ("Cushing-Reflex") mit dann plötzlichem Blutdruckabfall und von da an nötiger medikamentöser Kreislaufunterstützung,
  • g) ein (bei intrakranieller Druckregistrierung) therapieresistenter Hirndruck-Anstieg.

Zielgrößen bei Hirntoten

Nach "Leitfaden für die Organspende" (2016) sollen die nachstehenden Zielgrößen während der organprotektiven Intensivmaßnahmen angestrebt und überwacht werden:[13]

  • Herzfrequenz (HF) 60–100/min
  • mittlerer arterieller Druck (MAD) 70–100 mmHg
  • zentralvenöser Druck (ZVD) 7-10 mmHg (unter Beachtung von Beatmungsparametern)
  • periphere arterielle Sauerstoffsättigung (SaO2) > 92%
  • zentralvenöse bzw. gemischt venöse Sauerstoffsättigung (SvO2) > 70%
  • zentrale Körpertemperatur > 35°C
  • Urinvolumen 1–2 ml/kg KG/h (abhängig von einer eventuell vorbestehenden eingeschränkten Nierenfunktion)
  • Na 135–145 mmol/l (insbesondere sollte eine Hypernatriämie mit einem Na > 150 mmol/l sofort aktiv korrigiert werden, s.u.)
  • K 3,5–5 mmol/l
  • Blutzucker < 180 mg/dl (< 10 mmol/l)
  • arterielle Blutgase im Normbereich (Ausnahme permissive Hyperkapnie)
  • Laktat < 3 mmol/l

Als erweiterte Parameter werden angegeben:

  • Herzindex (CI) 3,0–5,0 l/min/m2
  • Schlagvolumenindex (SVI) 40–60 ml/m2
  • pulmonalarterieller Verschlussdruck (PAOD) < 12 mmHg
  • systemisch vaskulärer Widerstandsindex (SVRI) 2000 ± 500 dyn x s x cm-5
  • intrathorakaler Blutvolumen-Index (ITBVI) > 850–1000 ml/m2
  • extravasaler Lungenwasser-Index (ELWI) 3–7 ml/kg

Übersicht

Die Homöostase ist bei Hirntoten meist gestört bis völlig ausgefallen. Aufgabe des Personals auf der Intensivstation ist es, dies im Rahmen ihrer Möglichkeiten auszugleichen. Hierfür gibt es Zielvorgaben. Siehe: Organprotektive_Intensivtherapie Hirntote im Vergleich mit Patienten, bei denen nach Patientenverfügung das Therapieende gewünscht wird.

Fähigkeit Patientenverfügung Hirntod
Kommunikation sich mitteilen können unmöglich unmöglich
Können gehen, sprechen, singen, musizieren, balancieren unmöglich unmöglich
Wahrnehmung sehen, hören, riechen, schmecken, tasten möglich unmöglich
Bewusstsein denken, planen, erfinden, kreativ etwas erschaffen möglich unmöglich
Erinnerung was man erlebt hat (DuL) möglich unmöglich
Wissen was wir gelernt haben (DuL) möglich unmöglich
Gefühle Liebe, Hass, Vertrauen, Angst, Hoffnung, Sorge möglich unmöglich
Eigenatmung atmet selbstständig, wenn auch schwer möglich unmöglich
Hirnstammreflexe Licht-, Lidschluss-, ... Atem-Reflex vorhanden nicht vorhanden
Homöostase Körpertemperatur, Wasserhaushalt gestört sehr gestört
Herzschlag vorhanden vorhanden
Verbesserung des Zustandes? sehr unwahrscheinlich völlig unmöglich
gewünscht Mord?
Das "unmöglich" ist beim Hirntod deswegen dauerhaft, weil die Gehirnzellen im Großhirn, Kleinhirn und Hirnstamm seit Eintritt des Hirntodes so schwer geschädigt sind, dass sie nicht nur nie wieder funktionieren werden (irreversibel). Sie befinden sich in einem so weit fortgeschritten Sterbeprozess, dass dieser unaufhaltsamen geworden ist und der nach Tagen des Hirntodes mit der Auflösung des Gehirns (Autolyse) endet.

Aussagen

"Die Natur hatte Jahrmillionen Zeit, um die automatischen Werkzeuge der Homöostase zu perfektionieren, während die nicht-automatischen Werkzeuge lediglich auf eine Geschichte von wenigen Tausend Jahren zurückblicken kann."[14]

Anhang

Anmerkungen

  1. ↑ Außerhalb der Biologie gibt es es auch den Begriff der Homöostase für die Selbstregulierung von Systemen.
  2. ↑ Hirntote haben weder Hunger noch Durst. Damit der Körper nicht Schaden nimmt, werden Hirntote künstlich ernährt.
  3. ↑ Der Mensch ist ein Warmblütler, seine Körper hat eine gleichbleibende Temperatur zwischen 36 und 37°C, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Wenn es kalt ist, frieren wir. Die Blutgefäße in Amen und Beinen werden enger und damit weniger von Blut durchflossen. Damit verliert der Oberkörper weniger Wärme und kann noch die angestrebten 36°C längere Zeit halten. - Beim Frieren schlottern wir. Durch diese rhythmischen Muskelbewegungen erzeugt unser Körper Wärme und kämpft damit gegen die Unterkühlung an.
    Bei einigen Hirntoten ist diese Selbstregulierung der Körpertemperatur gestört oder ausgefallen. Sie werden damit zu wechselwarmen Wesen (Wechselblütler), d.h. sie nehmen für ihren Körper die Temperatur der Umgebung an. Da eine Unterkühlung unserem Körper nicht gut tut, werden diese Hirntote mit Wärmedecken auf 36°C Körpertemperatur gehalten.

Einzelnachweise

  1. ↑ Stefan Silbernagl: Wer liest schon Einleitungen? In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 33.
  2. ↑ Antonio Damasio: Im Anfang war das Gefühl. Der biologische Ursprung menschlicher Kultur. München 2017, 63.
  3. ↑ Sefan Silbernagl: Wer liest schon Einleitungen? In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 32.
  4. ↑ Sefan Silbernagl: Wer liest schon Einleitungen? In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 32.
  5. ↑ Sefan Silbernagl: Wer liest schon Einleitungen? In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 33.
  6. ↑ Tilo Andus, Volker Groß: Intermediärstoffwechsel,Enzyme, Vitamine, Spurenelemente. In: Michael Pfreundschuh, Jürgen Schölmerich (Hg.): Pathophysiologie. Pathobiochemie. 2. Auflage. München 2004, 33.
  7. ↑ Hans-Christian Pape: Integrative Funktionen des Gehirns. In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 885.
  8. ↑ Armin Kurztz: Atmung. In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 351.
  9. ↑ Michael Gekle, Dominique Singer: Wärmehaushalt und Temperaturregulation. In: Stefan Silbernagel: Wer liest schon Einleitungen? In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 575.
  10. ↑ Heimo Ehmke: Das Kreislaufsystem. In: Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie. 7. Auflage. Stuttgart 2014, 242.
  11. ↑ Hans-Peter Schlake, Klaus Roosen: Der Hirntod als der Tod des Menschen. 2. Auflage. Neu-Isenburg 2001, 22.
  12. ↑ Siehe: DSO: Verfahrensanweisungen nach § 11 des Transplantationsgesetzes. 3. Aktualisierung. Frankfurt 2017, 6. Nach: https://www.dso.de/uploads/tx_dsodl/verfahrensanweisungen_01.pdf Zugriff am 9.3.2018.
  13. ↑ Siehe: DSO: Leitfaden für die Organspende. Ausführliche Fachinformationen für ärztliches und pflegerisches Personal auf Intensivstationen. 4. Auflage. Frankfurt 2016, Kapitel 6.2.2. Nach: https://www.dso.de/uploads/tx_dsodl/Leitfaden.pdf Zugriff am 9.3.2018.
  14. ↑ Antonio R. Damasio: Der Spinoza-Effekt. Wie Gefühle unser Leben bestimmen. München 2003, 197.
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