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Gibt es einen homöostatischen Sollwert für die Anzahl der Schlafstunden, die ein Mensch benötigt?

Gibt es einen homöostatischen Sollwert für die Anzahl der Schlafstunden, die ein Mensch benötigt?


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Ich habe auf TED.com gehört, wie man über Diäten spricht, und es wird erwähnt, dass es im menschlichen Gehirn einen sehr definitiven Sollwert gibt, wie viel ein Mensch wiegen sollte. Der Redner erwähnt, dass der Körper nach bis zu 7 Jahren zu dieser homöostatischen Gewichtseinstellung zurückkehrt.

Mich interessiert, ob es etwas Ähnliches für den Schlaf gibt - Gibt es einen homöostatischen Sollwert, der besagt, dass ein Mensch X von 24 Stunden schlafen sollte?

In diesem Beispiel meine ich mit homöostatisch: Wenn der Schlafsollwert bei 9 Stunden liegt, kann der Mensch für einige Zeit 8 Stunden schlafen, aber wenn die künstliche Schlafbeschränkung aufgehoben wird, würde der Mensch auf natürliche Weise zu 9 Stunden Schlaf zurückkehren.


Gibt es einen homöostatischen Sollwert für die Anzahl der Schlafstunden, die ein Mensch benötigt? - Biologie

Am Ende dieses Abschnitts haben Sie die folgenden Ziele erreicht:

  • Homöostase definieren
  • Beschreiben Sie die Faktoren, die die Homöostase beeinflussen
  • Besprechen Sie positive und negative Rückkopplungsmechanismen, die bei der Homöostase verwendet werden
  • Beschreiben Sie die Thermoregulation von endothermen und ektothermen Tieren

Tierische Organe und Organsysteme passen sich durch einen Prozess namens Homöostase („Steady State“) ständig an innere und äußere Veränderungen an. Diese Veränderungen können im Blutzucker- oder Kalziumspiegel oder in der Außentemperatur auftreten. Homöostase bedeutet, das dynamische Gleichgewicht im Körper aufrechtzuerhalten. Es ist dynamisch, weil es sich ständig an die Veränderungen anpasst, denen die Körpersysteme ausgesetzt sind. Es ist ein Gleichgewicht, weil die Körperfunktionen in bestimmten Bereichen gehalten werden. Selbst ein scheinbar inaktives Tier hält dieses homöostatische Gleichgewicht aufrecht.


24.3 Homöostase

In diesem Abschnitt gehen Sie den folgenden Fragen nach:

  • Was ist Homöostase?
  • Welche Faktoren beeinflussen die Homöostase?
  • Was sind die Unterschiede zwischen negativen und positiven Rückkopplungsmechanismen, die bei der Homöostase verwendet werden?
  • Was sind Unterschiede zwischen Thermoregulationsmechanismen bei endothermen und ektothermen Tieren?

Anschluss für AP ® Kurse

Tiere müssen in der Lage sein, die Homöostase aufrechtzuerhalten – die Fähigkeit, ein dynamisches Gleichgewicht um einen Sollwert herum aufrechtzuerhalten – und gleichzeitig auf sich ändernde Bedingungen reagieren zu können. Als Endotherme bleibt Ihre Körpertemperatur beispielsweise ziemlich konstant um 37 ° C oder 98,6 ° F. Wenn Ihre Temperatur über den Sollwert steigt, schwitzen Sie, um sich abzukühlen, wenn Ihre Temperatur unter den Sollwert fällt, zittern Sie, um sich aufzuwärmen. Ihr Blutzuckerspiegel bleibt auch ziemlich konstant, da die Leber Glukose aus dem Blut entfernt und in Glykogen umwandelt, wenn die Körperzellen Glukose benötigen, wird Glykogen abgebaut. (Sie können wahrscheinlich vermuten, wie Ihre Leber reagiert, wenn Sie ein Dutzend Gelee-Donuts essen!) Das Versagen, die Homöostase aufrechtzuerhalten, kann schädlich sein und sogar zum Tod führen. Folglich, Negativ und/oder positive Rückkopplungsschleifen regulieren die Homöostase.

Negative Rückkopplungsmechanismen führen zu leichten Schwankungen über und unter dem Sollwert. Wenn Sie beispielsweise ein Dutzend Gelee-Donuts zu sich nehmen würden, würde Ihr Blutzuckerspiegel ansteigen und Ihre Bauchspeicheldrüse würde Insulin freisetzen, ein Hormon, das an der Umwandlung von Glukose in Glykogen beteiligt ist, wodurch Ihr Blutzuckerspiegel auf den entsprechenden Sollwert zurückgeführt wird. Im Vergleich, positives Feedback verstärkt Reaktionen in die gleiche Richtung, wobei die Variable, die die Reaktion auslöst, das System noch weiter vom Sollwert entfernt. Es gibt weniger Beispiele für positive Rückmeldungen, aber eines ist das Einsetzen der Wehen bei der Geburt, wenn die Kontraktionen der Gebärmutter durch die Ausschüttung von Oxytocin, einem anderen Hormon, stärker werden. Der Verlust des inneren Gleichgewichts durch positive Rückkopplung kann jedoch schädlich sein, zum Beispiel kann ein kleiner Bereich von geschädigtem Herzgewebe einen Herzinfarkt auslösen, der wiederum den Herzmuskel schädigt.

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen Konzepte, die in Big Idea 2 des AP Biology® Curriculum Framework skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten AP ® -Lernziele bieten eine transparente Grundlage für den AP ® -Biologiekurs, eine forschungsbasierte Laborerfahrung, Unterrichtsaktivitäten und AP ® -Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben Wissenschaftspraktiken.

Große Idee 2 Biologische Systeme nutzen freie Energie und molekulare Bausteine, um zu wachsen, sich zu reproduzieren und eine dynamische Homöostase aufrechtzuerhalten.
Beständiges Verständnis 2.C Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um Wachstum und Reproduktion zu regulieren und eine dynamische Homöostase aufrechtzuerhalten.
Grundlegendes Wissen 2.C.1 Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um ihre innere Umgebung zu erhalten und auf äußere Veränderungen der Umgebung zu reagieren.
Wissenschaftliche Praxis 7.2 Der Schüler kann Konzepte in und über Domänen hinweg verbinden, um in und/oder über dauerhafte Verständnisse und/oder große Ideen zu verallgemeinern oder zu extrapolieren.
Lernziel 2.16 Der Student ist in der Lage zu verbinden, wie Organismen negatives Feedback nutzen, um ihre innere Umgebung aufrechtzuerhalten.
Grundlegendes Wissen 2.C.1 Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um ihre innere Umgebung zu erhalten und auf äußere Veränderungen der Umgebung zu reagieren.
Wissenschaftliche Praxis 5.3 Der Studierende kann die Evidenz von Datensätzen in Bezug auf eine bestimmte wissenschaftliche Fragestellung bewerten.
Lernziel 2.17 Der Student ist in der Lage, Daten auszuwerten, die die Auswirkungen von Konzentrationsänderungen von Schlüsselmolekülen auf negative Rückkopplungsmechanismen zeigen.
Grundlegendes Wissen 2.C.1 Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um ihre innere Umgebung zu erhalten und auf äußere Veränderungen der Umgebung zu reagieren.
Wissenschaftliche Praxis 6.4 Der Student kann auf der Grundlage wissenschaftlicher Theorien und Modelle Behauptungen und Vorhersagen über Naturphänomene aufstellen.
Lernziel 2.18 Der Student ist in der Lage, Vorhersagen darüber zu treffen, wie Organismen negative Rückkopplungsmechanismen nutzen, um ihre internationale Umgebung aufrechtzuerhalten.
Grundlegendes Wissen 2.C.1 Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um ihre innere Umgebung zu erhalten und auf äußere Veränderungen der Umgebung zu reagieren.
Wissenschaftliche Praxis 6.4 Der Student kann auf der Grundlage wissenschaftlicher Theorien und Modelle Behauptungen und Vorhersagen über Naturphänomene aufstellen.
Lernziel 2.19 Der Studierende ist in der Lage, anhand wissenschaftlicher Theorien und Modelle Vorhersagen darüber zu treffen, wie positive Feedback-Mechanismen Aktivitäten und Prozesse in Organismen verstärken.
Grundlegendes Wissen 2.C.1 Organismen nutzen Feedback-Mechanismen, um ihre innere Umgebung zu erhalten und auf äußere Veränderungen der Umgebung zu reagieren.
Wissenschaftliche Praxis 6.1 Der Student kann Ansprüche mit Beweisen begründen.
Lernziel 2.20 Der Student kann begründen, dass positive Feedback-Mechanismen Reaktionen in Organismen verstärken.

Tierische Organe und Organsysteme passen sich durch einen Prozess namens Homöostase („Steady State“) ständig an innere und äußere Veränderungen an. Diese Veränderungen können im Blutzucker- oder Kalziumspiegel oder in der Außentemperatur auftreten. Homöostase bedeutet, das dynamische Gleichgewicht im Körper aufrechtzuerhalten. Es ist dynamisch, weil es sich ständig an die Veränderungen anpasst, denen die Körpersysteme ausgesetzt sind. Es ist ein Gleichgewicht, weil die Körperfunktionen in bestimmten Bereichen gehalten werden. Selbst ein scheinbar inaktives Tier hält dieses homöostatische Gleichgewicht aufrecht.

Homöostatischer Prozess

Das Ziel der Homöostase ist die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts um einen Punkt oder Wert, der als Sollwert bezeichnet wird. Während es normale Schwankungen vom Sollwert gibt, versuchen die Körpersysteme normalerweise, zu diesem Punkt zurückzukehren. Eine Änderung der inneren oder äußeren Umgebung wird als Stimulus bezeichnet und von einem Rezeptor erkannt. Die Reaktion des Systems besteht darin, den Abweichungsparameter in Richtung des Sollwerts anzupassen. Wenn der Körper beispielsweise zu warm wird, werden Anpassungen vorgenommen, um das Tier zu kühlen. Wenn der Blutzuckerspiegel nach einer Mahlzeit ansteigt, werden Anpassungen vorgenommen, um den Blutzuckerspiegel zu senken, indem der Nährstoff in das Gewebe gelangt, der ihn benötigt, oder um ihn für eine spätere Verwendung aufzubewahren.

Kontrolle der Homöostase

Wenn sich die Umgebung eines Tieres ändert, muss eine Anpassung vorgenommen werden. Der Rezeptor nimmt die Veränderung in der Umgebung wahr und sendet dann ein Signal an das Kontrollzentrum (in den meisten Fällen das Gehirn), das wiederum eine Reaktion erzeugt, die an einen Effektor gesendet wird. Der Effektor ist ein Muskel (der sich zusammenzieht oder entspannt) oder eine Drüse, die sezerniert. Die Homöostase wird durch negative Rückkopplungsschleifen aufrechterhalten. Positive Rückkopplungsschleifen bringen den Organismus tatsächlich weiter aus der Homöostase heraus, können aber für das Leben notwendig sein. Die Homöostase wird durch das Nerven- und Hormonsystem von Säugetieren gesteuert.

Negative Feedback-Mechanismen

Jeder homöostatische Prozess, der die Richtung des Reizes ändert, ist eine negative Rückkopplungsschleife. Er kann den Stimulus entweder erhöhen oder verringern, aber der Stimulus darf nicht so weitermachen, wie er es tat, bevor der Rezeptor ihn wahrgenommen hat. Mit anderen Worten, wenn ein Niveau zu hoch ist, tut der Körper etwas, um es zu senken, und umgekehrt, wenn ein Niveau zu niedrig ist, tut der Körper etwas, um es zu erhöhen. Daher der Begriff negatives Feedback. Ein Beispiel ist die Tierhaltung des Blutzuckerspiegels. Wenn ein Tier gefressen hat, steigt der Blutzuckerspiegel an. Dies wird vom Nervensystem wahrgenommen. Spezialisierte Zellen in der Bauchspeicheldrüse spüren dies, und das Hormon Insulin wird vom endokrinen System ausgeschüttet. Insulin bewirkt, dass der Blutzuckerspiegel sinkt, wie es in einem negativen Feedback-System zu erwarten wäre, wie in Abbildung 24.20 dargestellt. Wenn ein Tier jedoch nichts gefressen hat und der Blutzuckerspiegel sinkt, wird dies in einer anderen Zellgruppe der Bauchspeicheldrüse wahrgenommen und das Hormon Glucagon wird ausgeschüttet, wodurch der Glukosespiegel ansteigt. Dies ist immer noch eine negative Rückkopplungsschleife, aber nicht in die Richtung, die von der Verwendung des Begriffs „negativ“ erwartet wird. Ein weiteres Beispiel für einen Anstieg infolge der Rückkopplungsschleife ist die Kontrolle des Blutkalziums. Sinkt der Calciumspiegel, spüren spezialisierte Zellen in der Nebenschilddrüse dies und setzen Parathormon (PTH) frei, was zu einer erhöhten Calciumaufnahme über Darm und Nieren und ggf. zum Knochenabbau zur Freisetzung von Calcium führt. Die Wirkung von PTH besteht darin, den Blutspiegel des Elements zu erhöhen. Negative Rückkopplungsschleifen sind der vorherrschende Mechanismus, der in der Homöostase verwendet wird.

Positive Rückkopplungsschleife

Eine positive Rückkopplungsschleife hält die Richtung des Reizes aufrecht und beschleunigt ihn möglicherweise. Es gibt nur wenige Beispiele für positive Rückkopplungsschleifen in Tierkörpern, aber eines findet sich in der Kaskade chemischer Reaktionen, die zu Blutgerinnung oder Gerinnung führen. Wenn ein Gerinnungsfaktor aktiviert wird, aktiviert er den nächsten Faktor in Folge, bis ein Fibringerinnsel erreicht wird. Die Richtung wird beibehalten, nicht geändert, es handelt sich also um eine positive Rückmeldung. Ein weiteres Beispiel für positives Feedback sind Uteruskontraktionen während der Geburt, wie in Abbildung 24.21 dargestellt. Das Hormon Oxytocin, das vom endokrinen System gebildet wird, stimuliert die Kontraktion der Gebärmutter. Dies erzeugt Schmerzen, die vom Nervensystem wahrgenommen werden. Anstatt das Oxytocin zu senken und die Schmerzen nachlassen zu lassen, wird mehr Oxytocin produziert, bis die Wehen stark genug sind, um eine Geburt zu bewirken.

Visuelle Verbindung

Geben Sie an, ob jeder der folgenden Prozesse durch eine positive oder negative Rückkopplungsschleife geregelt wird.

A. Eine Person fühlt sich nach einer großen Mahlzeit satt.

B. Das Blut hat viele rote Blutkörperchen. Dadurch wird Erythropoietin, ein Hormon, das die Bildung neuer roter Blutkörperchen anregt, nicht mehr aus der Niere ausgeschüttet.

A. Dies wird durch eine positive Rückkopplungsschleife reguliert, da der Reiz (Hunger) als Reaktion auf ein Signal (Fülle) seine Richtung geändert hat.

B. Dies wird durch eine positive Rückkopplungsschleife reguliert, da der Stimulus (Freisetzung roter Blutkörperchen) als Reaktion auf ein Signal (Anwesenheit von genügend roten Blutkörperchen) die Richtung geändert hat.

A. Dies wird durch eine negative Rückkopplungsschleife reguliert, da der Reiz (Hunger) als Reaktion auf ein Signal (Fülle) seine Richtung geändert hat.

B. Dies wird durch eine positive Rückkopplungsschleife reguliert, da die Richtung des Reizes beibehalten wurde.

A. Dies wird durch eine positive Rückkopplungsschleife reguliert, da der Reiz (Hunger) als Reaktion auf ein Signal (Fülle) seine Richtung geändert hat.

B. Dies wird durch eine negative Rückkopplungsschleife reguliert, da der Stimulus (Freisetzung roter Blutkörperchen) als Reaktion auf ein Signal (Anwesenheit von genügend roten Blutkörperchen) die Richtung geändert hat.

A. Dies wird durch eine negative Rückkopplungsschleife reguliert, da der Reiz (Hunger) als Reaktion auf ein Signal (Fülle) seine Richtung ändert.

B. Dies wird durch eine negative Rückkopplungsschleife reguliert, da der Stimulus (Freisetzung roter Blutkörperchen) als Reaktion auf ein Signal (Anwesenheit von genügend roten Blutkörperchen) die Richtung ändert.

Sollwert

Es ist möglich, den Sollwert eines Systems anzupassen. In diesem Fall arbeitet die Feedback-Schleife, um die neue Einstellung beizubehalten. Ein Beispiel hierfür ist der Blutdruck: Im Laufe der Zeit kann der Normal- oder Sollwert des Blutdrucks durch anhaltenden Blutdruckanstieg ansteigen. Der Körper erkennt die Höhe nicht mehr als abnormal und es wird kein Versuch unternommen, zum unteren Sollwert zurückzukehren. Das Ergebnis ist die Aufrechterhaltung eines erhöhten Blutdrucks, der schädliche Auswirkungen auf den Körper haben kann. Medikamente können den Blutdruck senken und den Sollwert im System auf ein gesünderes Niveau senken. Dies nennt man einen Prozess von Änderung des Sollwerts in einer Rückkopplungsschleife.

In einer Gruppe von Körperorgansystemen können Änderungen vorgenommen werden, um einen Sollwert in einem anderen System beizubehalten. Das nennt man Akklimatisierung. Dies geschieht zum Beispiel, wenn ein Tier in eine höhere Höhe wandert, als es gewohnt ist. Um sich an den niedrigeren Sauerstoffgehalt in der neuen Höhe anzupassen, erhöht der Körper die Anzahl der im Blut zirkulierenden roten Blutkörperchen, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung des Gewebes zu gewährleisten. Ein weiteres Beispiel für die Akklimatisierung sind Tiere mit saisonalem Fellwechsel: Ein dickeres Fell im Winter sorgt für eine ausreichende Wärmespeicherung und ein helles Fell im Sommer hilft, die Körpertemperatur nicht auf schädliche Werte ansteigen zu lassen.

Link zum Lernen

Feedback-Mechanismen können in Bezug auf das Fahren eines Rennwagens auf einer Strecke verstanden werden: Sehen Sie sich eine kurze Videolektion zu positiven und negativen Feedback-Schleifen an.

In den Zellmembranen von Nervenzellen kommen spannungsgesteuerte Natriumkanäle vor. Sie öffnen sich als Reaktion auf das Eindringen von Natrium in die Zelle. Dadurch kann mehr Natrium in die Zelle gelangen.

Ein Wissenschaftler behauptet, dies sei eine positive Rückkopplungsschleife. Mit welchen Argumenten kann man diese Behauptung rechtfertigen?

  1. Die spannungsgesteuerten Natriumkanäle öffnen sich als Reaktion auf den Natriumeinstrom. Wenn eine Änderung als Reaktion auf eine Änderung der Bedingungen erfolgt, entsteht eine positive Rückkopplungsschleife.
  2. Die spannungsgesteuerten Natriumkanäle schließen sich, wenn genügend Natrium in der Zelle vorhanden ist. Diese Selbstregulierung bedeutet, dass dies ein Beispiel für eine positive Rückkopplungsschleife ist.
  3. Die spannungsgesteuerten Natriumkanäle öffnen sich aufgrund von Natrium und dies führt dazu, dass mehr Natrium durchgelassen wird. Die Antwort verstärkt das Feedback und macht dies zu einer positiven Feedback-Schleife.
  4. Die spannungsgesteuerten Natriumkanäle befinden sich auf der Zellmembran. Alle Kanäle durch Zellmembranen sind Beispiele für positive Rückkopplungsschleifen. Dies ist ein Beispiel für eine positive Rückkopplungsschleife.

Wissenschaftliche Praxisverbindung für AP®-Kurse

Denk darüber nach

Wie werden negative Rückkopplungsschleifen verwendet, um die Körperhomöostase zu regulieren? Inwiefern ist eine Erkrankung wie Diabetes ein gutes Beispiel für das Versagen eines Sollwerts beim Menschen? Stellen Sie eine Hypothese auf und zeichnen Sie ein Diagramm, das zeigt, was Ihrer Meinung nach das Feedback-Versagen für eine Person mit Diabetes ist.

Lehrerunterstützung

Negative Rückkopplungsschleifen halten die Pegel einer Variablen in der Nähe eines Sollwerts. Bei Diabetes signalisiert ein Anstieg des Blutzuckers nicht die Produktion von Insulin, das normalerweise den Blutzucker wieder auf den Sollwert senken würde. Die Think About It Frage ist eine Anwendung von AP ® Lernziel 2.16 und Wissenschaftspraxis 7.2 und Lernziel 2.17 und Wissenschaftspraxis 5.3, weil Schüler negatives Feedback mit der Regulation der Homöostase verbinden und dann am Beispiel des Blutzuckerspiegels beim Menschen, Erklären, wie eine Änderung eines negativen Rückkopplungsmechanismus eine nachteilige Wirkung haben kann.

Homöostase: Thermoregulation

Die Körpertemperatur beeinflusst die Körperaktivitäten. Im Allgemeinen steigt mit steigender Körpertemperatur auch die Enzymaktivität. Bei jedem Temperaturanstieg von zehn Grad Celsius verdoppelt sich die Enzymaktivität bis zu einem gewissen Punkt. Körperproteine, einschließlich Enzyme, beginnen zu denaturieren und verlieren ihre Funktion bei hoher Hitze (ca. 50 °C für Säugetiere). Mit wenigen Ausnahmen nimmt die Enzymaktivität pro Temperaturabfall um zehn Grad Celsius bis zum Gefrierpunkt um die Hälfte ab. Einige Fische können dem Einfrieren standhalten und kehren beim Auftauen zur Normalität zurück.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich dieses Discovery Channel-Video zur Thermoregulation an, um Illustrationen dieses Prozesses bei einer Vielzahl von Tieren zu sehen.

  1. Lose Haut ist dicker, wodurch die überschüssige Wärme schnell durch die Haut abgeleitet werden kann.
  2. Lose Haut bringt mehr Wärme und Blut an die Körperoberfläche und erleichtert so den Wärmeverlust.
  3. Lose Haut enthält eine größere Hautfläche, wodurch überschüssige Wärme abgeführt werden kann, wenn ein Wärmeverlust durch die Haut auftritt.
  4. Lose Haut hat einen kleineren Hautbereich, wodurch überschüssige Wärme abgeführt werden kann, wenn ein Wärmeverlust durch die Haut auftritt.

Endothermen und Ektothermen

Tiere lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Einige halten ihre Körpertemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen konstant, während andere eine Körpertemperatur haben, die ihrer Umgebung entspricht und somit mit der Umgebung variiert. Tiere, die sich auf die Außentemperatur verlassen, um ihre Körpertemperatur einzustellen, sind Ektothermen. Diese Gruppe wurde als Kaltblüter bezeichnet, aber der Begriff trifft möglicherweise nicht auf ein Tier in der Wüste mit einer sehr warmen Körpertemperatur zu. Im Gegensatz zu Ektothermen sind Poikilothermen Tiere mit ständig schwankenden Innentemperaturen. Ein Tier, das trotz Umweltveränderungen eine konstante Körpertemperatur beibehält, wird als Homöothermie bezeichnet. Endotherme sind Tiere, die zur Aufrechterhaltung einer relativ konstanten Körpertemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen auf interne Quellen angewiesen sind. Diese Tiere sind in der Lage, bei kühleren Temperaturen eine metabolische Aktivität aufrechtzuerhalten, die eine Ektotherme aufgrund unterschiedlicher Enzymaktivität nicht erreichen kann. Es ist erwähnenswert, dass einige Ektothermen und Poikilothermen aufgrund der konstanten Umgebungstemperaturen in ihren Lebensräumen relativ konstante Körpertemperaturen aufweisen. Diese Tiere sind sogenannte ektotherme Homöothermen, wie einige Tiefseefischarten.

Alltagsverbindung für AP®-Kurse

  1. Vasodilatation erhöhen
  2. Schweiß
  3. in den Schatten gehen
  4. Stoffwechselrate erhöhen

Wärmeerhaltung und -ableitung

Tiere speichern oder leiten Wärme auf verschiedene Weise ab. In bestimmten Klimazonen haben endotherme Tiere irgendeine Form von Isolierung, wie Fell, Fett, Federn oder eine Kombination davon. Tiere mit dickem Fell oder Federn bilden eine isolierende Luftschicht zwischen ihrer Haut und den inneren Organen. Eisbären und Robben leben und schwimmen in einer Umgebung unter dem Gefrierpunkt und behalten dennoch eine konstante, warme Körpertemperatur bei. Der Polarfuchs zum Beispiel nutzt seinen flauschigen Schwanz als zusätzliche Isolierung, wenn er sich bei kaltem Wetter zum Schlafen zusammenrollt. Säugetiere haben einen Resteffekt von Zittern und erhöhter Muskelaktivität: Die Musculus arrector pili verursachen eine „Gänsehaut“, bei der sich kleine Haare aufrichten, wenn dem Individuum kalt ist, was die Körpertemperatur erhöhen soll. Säugetiere verwenden Fettschichten, um das gleiche Ziel zu erreichen. Der Verlust erheblicher Mengen an Körperfett beeinträchtigt die Fähigkeit einer Person, Wärme zu speichern.

Endotherme verwenden ihr Kreislaufsystem, um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Die Vasodilatation bringt mehr Blut und Wärme an die Körperoberfläche, was die Strahlung und den Verdunstungswärmeverlust erleichtert, was zur Kühlung des Körpers beiträgt. Vasokonstriktion reduziert den Blutfluss in peripheren Blutgefäßen, zwingt das Blut zum Kern und zu den dort befindlichen lebenswichtigen Organen und spart Wärme. Einige Tiere haben Anpassungen ihres Kreislaufsystems, die es ihnen ermöglichen, Wärme von den Arterien auf die Venen zu übertragen und das zum Herzen zurückkehrende Blut zu erwärmen. Dies wird als Gegenstromwärmeaustausch bezeichnet und verhindert, dass das kalte venöse Blut das Herz und andere innere Organe kühlt. Diese Anpassung kann bei einigen Tieren abgeschaltet werden, um eine Überhitzung der inneren Organe zu verhindern. Die Gegenstromanpassung findet sich bei vielen Tieren, darunter Delfine, Haie, Knochenfische, Bienen und Kolibris. Im Gegensatz dazu können ähnliche Anpassungen bei Bedarf helfen, Endothermen wie Delfinegel und Elefantenohren zu kühlen.

Einige ektotherme Tiere nutzen Verhaltensänderungen, um die Körpertemperatur zu regulieren. Zum Beispiel kann ein ektothermisches Wüstentier während der heißesten Tageszeit in der Wüste einfach kühlere Gebiete aufsuchen, um nicht zu warm zu werden. Dieselben Tiere können während einer kalten Wüstennacht auf Felsen klettern, um Wärme einzufangen. Einige Tiere suchen Wasser, um die Verdunstung bei der Kühlung zu unterstützen, wie bei Reptilien. Andere Ektothermen nutzen Gruppenaktivitäten wie die Aktivität von Bienen, um einen Bienenstock zu erwärmen, um den Winter zu überleben.

Viele Tiere, insbesondere Säugetiere, nutzen die Abwärme des Stoffwechsels als Wärmequelle. Wenn Muskeln kontrahiert werden, ist die meiste Energie des ATP, das bei Muskelaktionen verwendet wird, verschwendete Energie, die in Wärme umgewandelt wird. Starke Kälte löst einen Zitterreflex aus, der Wärme für den Körper erzeugt. Viele Arten haben auch eine Art Fettgewebe namens braunes Fett, das auf die Erzeugung von Wärme spezialisiert ist.

Neuronale Kontrolle der Thermoregulation

Das Nervensystem ist wichtig für Thermoregulierung, wie in Abbildung 24.22 dargestellt. Die Prozesse der Homöostase und Temperaturkontrolle sind im Hypothalamus des fortgeschrittenen Tiergehirns zentriert.

Visuelle Verbindung

  1. Pyrogene zirkulieren zum Hypothalamus, um den „Thermostat“ des Körpers zurückzusetzen, was zu einem Temperaturanstieg führt.
  2. Pyrogene zirkulieren zum Thalamus, um den „Thermostat“ des Körpers zurückzusetzen, was zu einem Temperaturanstieg führt.
  3. Pyrogene bewirken eine Erhöhung der Aktivität der Enzyme des Tieres, was zu einem Temperaturanstieg führt.
  4. Pyrogene, die ins Blut gelangen, setzen einige Lipidsubstanzen frei, die letztendlich den Temperaturanstieg verursachen.

Der Hypothalamus hält den Sollwert für die Körpertemperatur durch Reflexe, die bei zu warmem Körper Gefäßerweiterung und Schwitzen oder bei zu kaltem Körper Gefäßverengung und Zittern verursachen. Es reagiert auf Chemikalien aus dem Körper. Wenn ein Bakterium durch phagozytische Leukozyten zerstört wird, werden Chemikalien, die als endogene Pyrogene bezeichnet werden, in das Blut freigesetzt. Diese Pyrogene zirkulieren zum Hypothalamus und setzen den Thermostat zurück. Dadurch kann die Körpertemperatur ansteigen, was allgemein als Fieber bezeichnet wird. Eine Erhöhung der Körpertemperatur führt dazu, dass Eisen eingespart wird, wodurch ein von Bakterien benötigter Nährstoff reduziert wird. Eine Erhöhung der Körperwärme erhöht auch die Aktivität der Enzyme und Schutzzellen des Tieres, während die Enzyme und die Aktivität der eindringenden Mikroorganismen gehemmt werden. Schließlich kann auch Hitze selbst den Erreger abtöten. Fieber, das früher als Komplikation einer Infektion galt, gilt heute als normaler Abwehrmechanismus.

Bei einem plötzlichen Abfall der Umgebungstemperatur wird ein endothermes Tier:

Welches ist ein Beispiel für negatives Feedback?

Welche Art des Wärmeaustauschs findet beim direkten Kontakt zwischen Quelle und Tier statt?

Der Thermostat des Gehäuses befindet sich im ________.

Warum werden negative Rückkopplungsschleifen verwendet, um die Körperhomöostase zu kontrollieren?

Eine Anpassung an eine Veränderung der inneren oder äußeren Umgebung erfordert eine Änderung der Reizrichtung. Eine negative Rückkopplungsschleife erreicht dies, während eine positive Rückkopplungsschleife den Reiz fortsetzen und dem Tier Schaden zufügen würde.

Warum ist Fieber während einer bakteriellen Infektion eine “gute Sache”?

Säugetierenzyme erhöhen die Aktivität bis zur Denaturierung, wodurch die chemische Aktivität der beteiligten Zellen erhöht wird. Bakterielle Enzyme haben eine spezifische Temperatur für ihre effizienteste Aktivität und werden entweder bei höheren oder niedrigeren Temperaturen gehemmt. Fieber führt zu einer verstärkten Zerstörung der eingedrungenen Bakterien, indem es die Wirksamkeit der Körperabwehr erhöht und den Bakterienstoffwechsel hemmt.

Inwiefern ist eine Erkrankung wie Diabetes ein gutes Beispiel für das Versagen eines Sollwerts beim Menschen?

Diabetes wird oft mit einer mangelnden Insulinproduktion in Verbindung gebracht. Ohne Insulin steigt der Blutzuckerspiegel nach einer Mahlzeit an, aber nie wieder auf normale Werte.

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    • Autoren: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Herausgeber/Website: OpenStax
    • Buchtitel: Biologie für AP®-Kurse
    • Erscheinungsdatum: 8. März 2018
    • Ort: Houston, Texas
    • Buch-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Abschnitts-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/24-3-homeostasis

    © 12.01.2021 OpenStax. Von OpenStax produzierte Lehrbuchinhalte sind unter einer Creative Commons Attribution License 4.0-Lizenz lizenziert. Der OpenStax-Name, das OpenStax-Logo, die OpenStax-Buchcover, der OpenStax CNX-Name und das OpenStax CNX-Logo unterliegen nicht der Creative Commons-Lizenz und dürfen ohne die vorherige und ausdrückliche schriftliche Zustimmung der Rice University nicht reproduziert werden.


    Von C. A. Wolski | Fotografie von Peggy Peterson

    Fruchtfliegen sind ein ideales Objekt, um zirkadiane Rhythmen zu studieren.

    Zirkadiane Rhythmen sind heute eines der heißesten Themen in der Schlafmedizin. Mit einem besseren Verständnis davon, was zirkadiane Rhythmen sind und wie sie für besseren Schlaf und Gesundheit entscheidend sind, finden Schlafmediziner mehr Möglichkeiten, Patienten mit Schlafstörungen zu helfen.

    Während Ärzte Fortschritte bei der Behandlung von Patienten machen, Forscher wie Amita Sehgal, PhD, John Herr Musser Professor of Neuroscience, Ermittler am Howard Hughes Medical Institute (HHMI) und Direktor des Chronobiology Program, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania , in die Geheimnisse der circadianen Rhythmen eintauchen und aufschlussreiche Gründe dafür finden, wie und warum circadiane Rhythmen funktionieren.

    Und in gewisser Hinsicht ist die Antwort einfach: Uhren.

    „Ich würde sagen, die Aha-Momente, die das aktuelle Interesse geweckt haben, waren die Entdeckung des Uhrmechanismus und die Entdeckung, dass Uhren überall im Körper sind und viele Prozesse mit einem zirkadianen Rhythmus antreiben“, sagt Sehgal. „Im Grunde wissen wir jetzt, dass die meisten physiologischen Prozesse zyklisch ablaufen.“

    Aber es sind die Ergebnisse dieser „Aha“-Momente, die Sehgals Arbeit bahnbrechend gemacht haben. Und ein Großteil ihrer Fähigkeit, neue Entdeckungen zu machen, verdankt sie einem überraschenden Forschungsthema.

    Die Zeit (und) fliegt

    Sehgal hält eine Flasche mit sich entwickelnder Drosophila-Kultur, während er mit einem Doktoranden spricht.

    Während Sehgals Leistungen erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, waren viele ihrer Entdeckungen dem Verständnis eines unwahrscheinlichen Forschungsthemas zu verdanken:Drosophila melanogaster. Mit anderen Worten, die gewöhnliche Fruchtfliege.

    Während die Verwendung eines insektoiden Forschungsobjekts anstelle eines häufigeren (und vielleicht erwarteten) Säugetierforschungsobjekts kontraintuitiv erscheinen mag, erklärt Sehgal, dass die Fruchtfliege eigentlich das perfekte Forschungsobjekt ist.

    „Mechanismen der zirkadianen Uhr wurden erstmals bei Fruchtfliegen identifiziert und bei Säugetieren, einschließlich des Menschen, konserviert“, sagt sie. „Tatsächlich werden spezifische Uhrengene, die in Fliegen identifiziert wurden, jetzt mit menschlichen zirkadianen Störungen in Verbindung gebracht.“

    Zum Beispiel sind Mutationen in einigen dieser Taktgene in einigen Familien für das fortgeschrittene Schlafphasensyndrom verantwortlich. Das Syndrom führt dazu, dass sich die Patienten am frühen Abend sehr schläfrig fühlen und morgens früh aufwachen. Die Behandlung umfasst Lichttherapie.

    Es gibt einen grundlegenden, praktischen Grund dafür, dass Fruchtfliegen das perfekte Modell für Forscher sind, um zirkadiane Rhythmen zu studieren. „Der Hauptgrund, warum wir mit Fliegen arbeiten, ist, dass sie ein großartiges Modell für die Genetik sind“, sagt Sehgal. „Unvoreingenommene genetische Screens sind viel schneller und haben einen höheren Durchsatz in der Fliege, aufgrund der kürzeren Generationszeit sowie der einfachen – und geringen Kosten – der Zucht und Pflege von Fliegen.“

    Die Gene der Fruchtfliegen sind viel einfacher zu manipulieren als bei Säugetieren, und auch die Folgen sind leichter zu beobachten.

    Laut ihrer Biografie auf der HHMI-Website konnten Sehgal und ihre Teammitglieder beispielsweise das sogenannte „zeitlose Gen“ optimieren – das den physiologischen 24-Stunden-Zyklus der Fliege mit Umwelthinweisen (in diesem Fall Tageslicht) synchronisiert. 1 Das Fehlen des Gens stört die Fähigkeit der inneren Uhr, die Zeit zu halten. Durch die Manipulation der Uhrgene der Fruchtfliege (zeitlos oder ihr Partner, Periode), um einen Zyklus von nicht 24 Stunden einzustellen, deutete dies darauf hin, dass die Zeitspanne der Uhr genetisch bedingt ist.

    Die Fruchtfliegen des Labors werden mit Hefe gefüttert.

    Der Erfolg der Fliege bei der Identifizierung von Mechanismen, die eine zirkadiane Uhr erzeugen, veranlasste Sehgal und ihre Kollegen zu untersuchen, ob Fliegen verwendet werden könnten, um zu untersuchen, wie und warum das Schlafbedürfnis reguliert wird. Die einfachere Genetik der Fruchtfliege hilft den Forschern, Erkenntnisse zu gewinnen, die schwierig sein könnten, wenn stattdessen Säugetiermodelle untersucht würden. „Es kann schwierig sein, starke Auswirkungen von Mutationen in Schlafgenen [bei Säugetieren] zu erzielen, da das Tier die Schlafmenge ausgleicht, wahrscheinlich weil Schlaf wichtig ist“, sagt Sehgal. „Allerdings haben Fliegen viel weniger genetische Redundanz und können daher nicht so effektiv kompensieren, als Folge kann man stärkere mutierte Phänotypen erhalten. Wir sind auch daran interessiert, neuronale Schaltkreise aufzuspüren, die den Schlaf antreiben. Obwohl sich die Anatomie der Fliegen von der der Säugetiere unterscheidet, glauben wir, dass die Prinzipien erhalten bleiben.“

    Einer von Sehgals Durchbrüchen bei der Verwendung von Fruchtfliegen kam, als sie einen Signalweg identifizierte, der den Schlaf bei den Insekten steuert und in einer Region namens Pilzkörper wirkt, die laut ihrer HHMI-Biografie auch das Lernen und das Gedächtnis reguliert. Diese Entdeckung bedeutete, dass die Fruchtfliege ein perfektes Modell wäre, um den Zusammenhang zwischen Schlaf und Lernen zu untersuchen.

    Obwohl es sich um eine andere Spezies handelt, stellt Sehgal fest, dass die Schlafentdeckungen, die bei der Untersuchung von Fruchtfliegen gemacht wurden, translationale Vorteile für den Menschen haben können, da es überraschende Ähnlichkeiten zwischen Fruchtfliegen und Menschen gibt. „Es gibt einige Unterschiede [zwischen Fliegen und Säugetieren], aber wir glauben, dass viele Mechanismen erhalten bleiben, wie sie es für zirkadiane Rhythmen sind. Fliegenschlaf kann durch die gleichen Neurochemikalien und Medikamente moduliert werden wie der Schlaf von Säugetieren/Menschen“, sagt sie. „Außerdem sind einige Schlafgene, die in Fliegen gefunden werden, bereits am menschlichen Schlaf beteiligt.“

    Ein besseres Verständnis des Gehirns erlangen Sehgal und ihr Team auch durch die Untersuchung der Fruchtfliege. Ein neuronaler Schaltkreis, den Sehgal und ihr Team bereits identifiziert haben, ist beispielsweise die Fliegenversion des menschlichen Gehirnproteins Corticotropin Releasing Factor (CRF). 2 Laut einer Zusammenfassung der Studie der University of Pennsylvania wird für Ruhe-/Aktivitätszyklen die Fly-Version mit dem Namen DH44 benötigt. Es stammt aus Zellen, die Eingaben von den Taktzellen empfangen. Bei Säugetieren wird CRF rhythmisch sezerniert und treibt die Expression von Glukokortikoiden, einschließlich Cortisol, an.

    Sehgals Forschungen zu zirkadianen Rhythmen und Schlaf haben zu einer langen Liste von Entdeckungen und Errungenschaften geführt, darunter die Identifizierung und das Klonen des zeitlosen Gens (auch als zweites Uhrengen bekannt), die Entdeckung der Mechanismen, die die Fruchtfliegenuhr ans Licht bringen – a zuerst für eine tierische Uhr, die Schaltkreise, die die Gehirnuhr mit der Verhaltensausgabe verbinden, Entdeckung von Genen im Ausgabepfad, Entwicklung von a Drosophila Modell für die Schlafhomöostase und Entdeckung von Genen und Schaltkreisen, die die Schlafmenge kontrollieren.

    Faszinierender Rhythmus

    Sehgals Interesse an circadianen Rhythmen begann, als sie Molekularbiologie an der Cornell University in New York City studierte. „In der Graduiertenschule war ich von der Idee fasziniert, die molekularen Grundlagen des Verhaltens zu untersuchen“, sagt sie.

    Ihre Ausbildung stand jedoch im Widerspruch zu diesem Ehrgeiz. Zumal sich die Molekularbiologie zum Zeitpunkt ihres Studiums vor allem mit qualitativen Veränderungen beschäftigte. Das Verhalten passte nicht zu diesem Modell, da es „sehr variabel und inkonsistent“ ist, erklärt sie.

    Das erste Mal Daten zum zirkadianen Rhythmus zu sehen, war der Aha-Moment des Molekularbiologie-Studenten. „Mir wurde klar, dass ich mich darauf einlassen konnte“, sagt sie. „Das Verhalten ist sehr robust und stereotyp und eignet sich hervorragend für zelluläre und molekulare Analysen.“

    Abneigung gegen die Wissenschaft

    Sehgal untersucht ein Fläschchen mit erwachsenen Fruchtfliegen.

    Überraschenderweise tat Sehgal, die mit Größen wie dem Wissenschaftsbefürworter Neil Degrasse Tyson im Rampenlicht stand, ihr Möglichstes, um eine Karriere zu vermeiden, die im Nachhinein mit ihren Entdeckungen fast wie eine beschlossene Sache.

    Geboren in Delhi, Indien, verbrachte Sehgal ihre Kindheit damit, von so unterschiedlichen Orten auf der Landkarte wie Deutschland, Kalkutta und Kaschmir um die Welt zu ziehen, da ihr Vater bei der indischen Regierung arbeitete, die die Familie alle drei Jahre umziehen ließ.

    Als er nach Delhi zurückkehrte, um das College zu besuchen, interessierte sich Sehgal sehr für englische Literatur. Aber eine Reihe von Einflüssen, die eine Kombination aus Gruppenzwang, Erwartungen der Familie und dem Rat von Freunden waren, führten dazu, dass sie während ihrer prägenden Jahre an der High School und am College immer wieder zur Wissenschaft zurückkehrte.

    Bevor sie Molekularbiologie an der Graduate School studierte, arbeitete sie einige Monate als Freiwilliger in einem Labor in Perth, Australien (wo der derzeitige Regierungsposten ihres Vaters die Familie aufgenommen hatte), an einem Projekt zur Bestimmung, ob die DNA-Reparatur bei Menschen mit Muskeldystrophie beeinträchtigt war , scheinbar ihre Abneigung gegen die Wissenschaft besiegelt.

    Aber in der Graduate School in Cornell kam es zu einer unerwarteten Wandlung. „Während meines Studiums habe ich angefangen, die Naturwissenschaften zu lieben“, sagt sie.
    Sehgal war von 1988 bis 1993 als Postdoc an der Rockefeller University tätig. Dort begann sie laut ihrer HHMI-Biografie in Zusammenarbeit mit Michael Young ihre Arbeit mit zirkadianen Rhythmen.

    Heute leitet die junge Frau, die anfangs nichts mit Wissenschaft zu tun hatte, ein Labor, das ihren Namen trägt und ein Team versierter Forscher leitet, das die molekularen Grundlagen des Verhaltens mit Schwerpunkt auf circadianen Rhythmen untersucht.

    Das Studium zirkadianer Rhythmen ist nur eines von Sehgals Interessen. Das Labor untersucht auch die Schlafhomöostase. „Dies bezieht sich auf das Schlafbedürfnis – warum wir Schlafbedürfnis haben, wie es gedeckt wird und was die Schlafmenge steuert“, sagt sie. „Es ist wichtig, zwischen zirkadianen Rhythmen und zirkadianer Schlafkontrolle, die im Wesentlichen für das Schlaftiming verantwortlich ist, und der homöostatischen Regulierung des Schlafes zu unterscheiden. Letzteres bezieht sich auf die Schlafmenge und -qualität und den Crash, den man erlebt, wenn man nicht geschlafen hat.“

    Timing ist alles

    Sehgal interagiert mit der Doktorandin Christine Dubowy.

    Zeit und Synchronizität sind ein wichtiges Element in Sehgals Forschung und haben Auswirkungen auf das tägliche Leben, die über die Schlafqualität hinausgehen. Aus ihrer Sicht – in Bezug auf ihre Ausbildung in Biologie – muss jeder Aspekt des menschlichen Lebens synchron sein.

    „Es ist wichtig, dass physiologische Prozesse mit dem Umweltkreislauf und untereinander synchronisiert werden“, sagt sie. „Für eine optimale Gesundheit muss alles – wie Schlaf, Nahrungsaufnahme, Medikamentenverabreichung – angemessen zeitlich abgestimmt sein. Wir wissen auch, dass zirkadiane Rhythmen von Person zu Person variieren können. Wenn man dies bei der Zuweisung von Jobs und Arbeitsplänen berücksichtigt, könnte dies die Produktivität stark beeinträchtigen.“

    Was die Zukunft der Schlafforschung angeht, so sieht Sehgal voraus, dass die Forscher ein tieferes Verständnis des Schlafs und anderer biologischer Prozesse haben werden. „Ich denke, der Schlaf wird mit immer mehr physiologischen Prozessen verbunden sein“, sagt sie. „Bis vor kurzem war die Schlafforschung sehr gehirnzentriert. Nun erkennen wir Schlaf als sehr relevant für den Stoffwechsel an. In Zukunft werden wir mechanistische Verbindungen zu anderen Prozessen sehen.“

    Die Arbeit am Profil von Amita Sehgal machte C.A. Wolski nostalgisch für seine eigenen Tage, in denen er sich mit Verhaltenswissenschaften beschäftigte – sein Studium wurde durch kognitives Verhalten untermauert – und er freut sich auf Dr. Sehgals nächste Entdeckung.

    1. Hunter-Ensor M, Ousley A, Sehgal A. Regulation des Drosophila-Proteins Timeless schlägt einen Mechanismus zum Zurücksetzen der zirkadianen Uhr durch Licht vor. Zelle. 8. März 199684(5):677–85.
    2. Cavanaugh DJ, Geratowski JD, Wooltorton JRA, Spaethling JM, Hector CE, Zheng X, Johnson EC, Eberwine JH, Sehgal A. Identifizierung einer zirkadianen Ausgangsschaltung für Ruhe: Aktivitätsrhythmen in Drosophila. Zelle. 24. April 2014157(3):689–701.


    Externe Faktoren, die die Hormonsekretion der Bauchspeicheldrüse beeinflussen

    Stoffwechsel�MP-Kopplung

    Die Glukose-getriggerte Stimulus-Sekretion-Kopplung ist ein etabliertes Paradigma der Insulinsekretion aus β-Zellen und umfasst eine Vielzahl von Modulatoren, die die Glukose-stimulierte Insulinsekretion auslösen, potenzieren oder hemmen, hauptsächlich über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). ). Der traditionellste externe Faktor, der die Insulinsekretion initiiert, ist Glukose.Zusätzlich zu seiner Triggerfunktion induziert Glukose auch Wege, die die Insulinsekretion durch Stoffwechsel-cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat)-Kopplung oder die Inkretinhormone Glucagon-like Peptid (GLP)-1 und Glukose-abhängiges insulinotropes Peptid (GIP) verstärken. 31 Metabolismus�MP-Kopplung bezieht sich auf die Signalkaskade, die nach der Umwandlung von ATP, das während des intrazellulären Glukosestoffwechsels gebildet wird, in cAMP durch die Adenylatcyclase (AC) 53 auftritt, die wiederum die Proteinkinase A (PKA) 54 und cAMP aktiviert. regulierte Guaninnukleotid-Austauschfaktoren, auch als Austauschprotein bezeichnet, das direkt durch cAMP aktiviert wird (Epac) 2. 55, 56 Obwohl die Epac2-Aktivierung die Insulinsekretion verstärkt, indem sie Kalzium aus den internen Speichern mobilisiert, um den Ca 2+-Spiegel zu erhöhen 57, 58 und durch die Kontrolle der Granulatdichte in der Nähe der Plasmamembran, 59 aktivierte PKA entfaltet ihre Wirkung durch Modulation von KATP-Kanal 60, 61 und Calciumkanal 62, 63 Aktivität durch Phosphorylierung, wodurch die Anzahl der hoch Ca 2+ -empfindlichen insulinhaltigen Granula 64 bzw. die Wahrscheinlichkeit der Freisetzung sekretorischer Vesikel aus dem leicht freisetzbaren Pool 65 erhöht wird.

    Die Inkretine GLP-1 und GIP

    Die aus dem Darm stammenden Hormone GLP-1 und GIP, die von enteroendokrinen L-Zellen 66 bzw. K-Zellen 67 nach Glucose, 66, 68 Fructose, 69 Aminosäure 70 und freie Fettsäure (FFA) 71, 72 . sezerniert werden Einnahme, durch die sogenannte Inkretinwirkung auch die Insulinausschüttung potenzieren. Dieser Effekt beschreibt die Beobachtung, dass oral, aber nicht intravenös verabreichte Glukose die Insulinsekretion durch Auslösen der GLP-1- und GIP-Sekretion steigert 73, 74, 75 die resultierende Potenzierung der Insulinsekretion kann bis zu 50% der Gesamtfreisetzung ausmachen. Der zugrunde liegende Mechanismus beinhaltet die Bindung von GLP-1 und GIP an ihre GPCRs (GLP-1R und GIPR), die beide in Pankreaszellen exprimiert werden. 76 Die Bindung induziert eine Konformationsänderung der Rezeptorstruktur, gefolgt vom Austausch von Guanosindiphosphat gegen Guanosintriphosphat und der anschließenden Dissoziation des GSα-Untereinheit von den Rezeptoren. Diese Untereinheit wiederum aktiviert die Adenylatcyclase, um ATP in cAMP umzuwandeln, wodurch der oben beschriebene cAMP-Signalweg stimuliert wird. 77, 78, 79, 80, 81, 82 Darüber hinaus erhöht GLP-1 die intrazellulären Calciumkonzentrationen durch Mobilisierung von Ca 2+ aus ryanodinempfindlichen Speichern 83, 84 oder ähnlich wie GIP durch Einwirkung auf spannungsabhängiges Ca 2+ -Kanäle, 85, wodurch die Insulinfreisetzung potenziert wird. 85, 86, 87 Neuere Studien haben auch gezeigt, dass GLP-1R-Agonisten, wie Exendin-4 88 , die PKA-vermittelte Phosphorylierung von Snapin oder Synaptotagmin-7 induzieren, die wiederum GSIS durch Interaktion von Snapin mit SNAP-25 89 oder durch direkte Verstärkung der durch Glucose und Ca 2+ ausgelösten Insulinfreisetzung. 90

    Freie Fettsäuren

    FFAs stimulieren nicht nur die Inkretinsekretion, sondern modulieren auch die Insulinfreisetzung durch den Fettsäurestoffwechsel. Obwohl langkettige FFAs die Insulinsekretion erhöhen, hemmen kurzkettige FFAs sie. Die Bindung und anschließende Interaktion von langkettigen FFAs mit dem G-Protein-gekoppelten freien Fettsäurerezeptor (FFAR) 1 in den Pankreaszellen führt zur Aktivierung der Phospholipase C. PLC hydrolysiert dann Phosphatidylinositol-4,5- Bisphosphat (PIP2) zu Diacylglycerin und Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3), wobei letztere an einen Calciumkanal im endoplasmatischen Retikulum andocken. Die anschließende Freisetzung von Ca 2+ in das Zytosol erhöht die intrazelluläre Ca 2+-Konzentration, was schließlich die Insulinsekretion auslöst. 91, 92, 93, 94 Im Gegensatz dazu hemmen kurzkettige FFAs die Glucose-stimulierte Insulinsekretion aufgrund einer verringerten Glucoseoxidation und des anschließend verringerten ATP/ADP-Verhältnisses. 95 Ein weiterer Inhibitor der Insulinfreisetzung ist Stress, insbesondere Norepinephrin (Noradrenalin), das als Reaktion auf Stress produziert wird. 96 Noradrenalin bindet an seine α2-adrenerge Rezeptoren, die mit GPCRs verbunden sind, was zur Hemmung von AC sowie zur Hyperpolarisation führt. Dadurch wird ein Anstieg der zytosolischen Ca 2+-Konzentration und in weiterer Folge die Insulinsekretion verhindert. 97, 98


    Krankheit als homöostatisches Ungleichgewicht

    Wenn positive und negative Rückkopplungsschleifen beeinflusst oder verändert werden, können homöostatische Ungleichgewichte und daraus resultierende Komplikationen auftreten.

    Lernziele

    Analysieren Sie Krankheiten als Folge eines homöostatischen Ungleichgewichts

    Die zentralen Thesen

    Wichtige Punkte

    • Viele Krankheiten sind das Ergebnis eines homöostatischen Ungleichgewichts, einer Unfähigkeit des Körpers, ein funktionsfähiges, stabiles inneres Umfeld wiederherzustellen.
    • Altern ist eine Quelle von homöostatischem Ungleichgewicht, da die Kontrollmechanismen der Rückkopplungsschleifen ihre Effizienz verlieren, was zu Herzversagen führen kann.
    • Krankheiten, die aus einem homöostatischen Ungleichgewicht resultieren, umfassen Herzinsuffizienz und Diabetes, aber es gibt noch viele weitere Beispiele.
    • Diabetes tritt auf, wenn der Kontrollmechanismus für Insulin aus dem Gleichgewicht gerät, entweder weil ein Insulinmangel vorliegt oder Zellen resistent gegen Insulin geworden sind.
    • Homöostase ist die Fähigkeit eines Systems, seine innere Umgebung durch Aufrechterhaltung eines stabilen, relativ konstanten Satzes von Eigenschaften wie Temperatur und pH-Wert zu regulieren.

    Schlüsselbegriffe

    • Homöostase: Die Fähigkeit eines Systems oder lebenden Organismus, seine innere Umgebung anzupassen, um ein stabiles Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, wie z. B. die Fähigkeit von Warmblütern, eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.
    • Diabetes: Eine Gruppe von Stoffwechselerkrankungen, bei denen eine Person oder ein Tier aufgrund der Unfähigkeit, Insulin zu produzieren, zu metabolisieren oder darauf zu reagieren, einen hohen Blutzuckerspiegel hat.
    • Blutzuckerregulierung: Der Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel wird durch Insulin reguliert, ein Hormon, das von der Bauchspeicheldrüse produziert wird.

    Was ist Krankheit?

    Krankheit ist jede Störung der normalen physiologischen Funktion, die zu negativen Symptomen führt. Während Krankheiten oft das Ergebnis einer Infektion oder Verletzung sind, beinhalten die meisten Krankheiten die Störung der normalen Homöostase. Alles, was verhindert, dass positives oder negatives Feedback richtig funktioniert, kann zu Krankheiten führen, wenn die Störungsmechanismen stark genug werden.

    Altern ist ein allgemeines Beispiel für Krankheiten als Folge eines homöostatischen Ungleichgewichts. Wenn ein Organismus altert, führt die Schwächung der Rückkopplungsschleifen allmählich zu einer instabilen inneren Umgebung. Dieser Mangel an Homöostase erhöht das Krankheitsrisiko und ist verantwortlich für die mit dem Altern einhergehenden körperlichen Veränderungen. Herzinsuffizienz ist das Ergebnis negativer Feedback-Mechanismen, die überfordert werden, wodurch destruktive positive Feedback-Mechanismen die fehlgeschlagenen Feedback-Mechanismen kompensieren können. Dies führt zu hohem Blutdruck und einer Vergrößerung des Herzens, das schließlich zu steif wird, um das Blut effektiv zu pumpen, was zu Herzversagen führt. Eine schwere Herzinsuffizienz kann tödlich sein.

    Diabetes: Eine Krankheit der fehlgeschlagenen Homöostase

    Diabetes, eine Stoffwechselstörung, die durch einen erhöhten Blutzuckerspiegel verursacht wird, ist ein wichtiges Beispiel für eine Krankheit, die durch eine fehlgeschlagene Homöostase verursacht wird. Im Idealfall sollten homöostatische Kontrollmechanismen dieses Ungleichgewicht verhindern. Bei manchen Menschen funktionieren die Mechanismen jedoch nicht effizient genug oder die Blutzuckermenge ist zu groß, um effektiv behandelt zu werden. In diesen Fällen ist ein medizinischer Eingriff erforderlich, um die Homöostase wiederherzustellen und dauerhafte Organschäden zu verhindern.

    Blutzuckerregulierung

    Der menschliche Körper hält den Glukosespiegel den ganzen Tag über konstant, auch nach dem Fasten. Bei längerem Fasten sinkt der Glukosespiegel nur sehr geringfügig. Insulin transportiert Glukose zu den Körperzellen zur Verwendung in der zellulären Stoffwechselfunktion. Die Zellen wandeln überschüssige Glukose in eine unlösliche Substanz namens Glykogen um, um zu verhindern, dass sie den Zellstoffwechsel stört. Da dies letztendlich den Blutzuckerspiegel senkt, wird Insulin ausgeschüttet, um einer Hyperglykämie (hoher Blutzuckerspiegel) vorzubeugen. Ein anderes Hormon namens Glucagon erfüllt die entgegengesetzte Funktion von Insulin, indem es die Zellen veranlasst, Glykogen in Glukose umzuwandeln und die neue Glukoseproduktion (Gluconeogenese) stimuliert, um den Blutzuckerspiegel zu erhöhen. Eine negative Rückkopplung zwischen Insulin- und Glucagonspiegeln steuert die Blutzuckerhomöostase.

    Ursachen für homöostatische Störungen

    Menschen mit Typ-1-Diabetes produzieren aufgrund der Autoimmunzerstörung der insulinproduzierenden Zellen kein Insulin, während Menschen mit Typ-2-Diabetes chronisch hohe Blutzuckerspiegel haben, die eine Insulinresistenz verursachen. Bei Diabetes wird der Blutzuckerspiegel durch eine normale Glukagonaktivität erhöht, aber das Fehlen oder die Resistenz gegen Insulin bedeutet, dass der Blutzuckerspiegel nicht wieder normal werden kann. Dies führt zu Stoffwechselveränderungen, die zu Diabetes-Symptomen wie geschwächten Blutgefäßen und häufigem Wasserlassen führen. Diabetes wird normalerweise mit Insulinspritzen behandelt, die die fehlende negative Rückkopplung der normalen Insulinsekretion ersetzen.

    Homöostase des Glukosestoffwechsels: Dieses Bild zeigt den Glukosestoffwechsel im Tagesverlauf. Die Homöostase kann aus dem Gleichgewicht geraten, wenn die Bauchspeicheldrüse übermäßig belastet wird, wodurch sie den Glukosestoffwechsel nicht ausgleichen kann. Dies kann zu Diabetes führen.


    Kapitel 57 - Die Neurochemie von Schlaf und Wachheit

    Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Neurotransmitter- und Neuromodulatorsysteme, die, wenn sie verändert werden, Schlafstörungen verursachen. Schlaf tritt in zwei Zuständen auf, schnelle Augenbewegung (REM) und nicht schnelle Augenbewegung (NREM), und diese Zustände unterscheiden sich genauso voneinander wie jeder vom Wachzustand. NREM-Schlaf und REM-Schlaf schwingen mit einer ultradianen Frequenz. Der Wechsel zwischen Schlaf und Wachheit wird durch das zirkadiane System und durch homöostatische Prozesse moduliert, die die Erholung von Schlafbeschränkungen und -entzug regulieren. Die neurochemischen Grundlagen der homöostatischen Mechanismen, die den Schlaf regulieren, müssen noch entdeckt werden. Alle plazentaren, terrestrischen Säugetiere haben Schlafzustände und -merkmale, die denen des Menschen ähneln. Daher sind Tiermodelle nützlich, um Einblicke in die neurochemischen und neurophysiologischen Mechanismen zu geben, die Schlaf und Wachheit erzeugen. Neurale Systeme, die in der Lage sind, Schlaf zu erzeugen, spielen mittlerweile eine Rolle beim Verlust der Wachheit durch Anästhetika, und jüngste Fortschritte bei der gemeinsamen neurochemischen Regulierung von Schlaf und Anästhesie werden selektiv überprüft.


    Diskussion

    Diese Ergebnisse zeigen grundlegende Zusammenhänge zwischen Schlafdauer, Schlafzeit, objektiver Wachsamkeit und subjektiver Wachheit und Schläfrigkeit. Insbesondere zeigen diese Daten, dass eine chronische kurze Schlafdauer ohne längere Wachheit die neurologische Leistungsfähigkeit beeinträchtigt und dass diese Beeinträchtigungen während der zirkadianen Nacht schlimmer sind. Diese Beeinträchtigungen werden auch während des zirkadianen Tages nicht wiederhergestellt [was wir in einem anderen chronischen Schlafbeschränkungsprotokoll mit einer längeren Wach- und Schlafepisode beobachtet haben (5)], was darauf hindeutet, dass die schädliche Wirkung des homöostatischen Aufbaus von CSR durch die starke zirkadiane nicht überwunden werden kann Fahrt zur Erregung tagsüber (5). Die aktuellen Ergebnisse unterscheiden sich von unserer Studie mit dem gleichen Verhältnis von 1:3,3, aber 10 Stunden Schlafgelegenheit (5), bei der die Leistung während des zirkadianen Tages zwischen CSR- und Kontrollbedingungen nicht unterschiedlich war, daher betonen diese Ergebnisse die Bedeutung der Schlafdauer sogar bei CSR-Bedingungen: 4,67 Stunden Schlafgelegenheit reichen nicht einmal für eine kurzfristige Erholung (dh für die ersten 6 Stunden nach dem Aufwachen) der neurobehavioralen Funktion, wie es bei CSR mit einer 10-Stunden-Schlafgelegenheit festgestellt wurde (5).

    Die Interaktionen zwischen Wachzeit, Kontroll- oder CSR-Zustand, zirkadianem Timing und Schlagzyklus (d. h. Zeit in das Protokoll) zeigen, dass kurze Schlafdauern über eine entstandene Schlafschuld sowohl akut als auch chronisch wirken können. Wir haben zuvor gezeigt, dass die Schlafbeschränkung beim Menschen mindestens zwei dissoziierbare Prozesse beeinflusst, die auf unterschiedlichen Zeitskalen wirken (5): einer mit jeder Wachepisode und einer über mehrere Wachepisoden hinweg. In einer früheren Veröffentlichung einer Studie mit dem gleichen FD-Design und dem gleichen Schlaf-Wach-Verhältnis, aber viel längeren Schlaf- und Wachzeiten (dh 42,85-h-Tag mit 10 h Schlaf, 32,85-h-Wachzustand) für 3 Kalenderwochen, akuter Schlafverlust von die verlängerten Wachphasen führten dazu, dass sich die neurologische Leistungsfähigkeit mit jeder verstrichenen Stunde verschlechterte. Von besonderem Interesse war, dass dieser akute homöostatische Prozess bei jeder Gelegenheit zum Schlafen von 10 Stunden schnell zurückgesetzt wurde, wodurch die Leistung für die ersten 𢏆 Stunden nach dem Aufwachen (bevor die Verschlechterung begann) wieder auf ein normales Niveau gebracht wurde. Trotz dieser schnellen Erholung des akuten Schlafverlusts von ausgedehnten Schlafgelegenheiten (vorübergehende Rückkehr der Leistungsfähigkeit auf ein Ruheniveau), verstärkten sich die Auswirkungen von CSR während des gesamten Experiments nach den “normalen” Werten, die in den ersten Stunden nach dem Aufwachen beobachtet wurden. Die Wachsamkeitsleistung verschlechterte sich mit jeder zusätzlichen Stunde, die wach verbracht wurde, wobei die Abnahmerate mit fortschreitender CSR zunahm (5). Bei anderen FD-Designs mit unterschiedlichen Tageslängen, einschließlich verlängerter Wachheit (18) oder kürzeren Wachheits- und Schlafepisoden als das aktuelle Protokoll (19), gibt es ähnliche Berichte über beeinträchtigte Leistungsfähigkeit, insbesondere während der zirkadianen Nacht. Diese Berichte unterschieden sich jedoch in drei entscheidenden Merkmalen von unserer Studie: Viel kürzere Exposition gegenüber unzureichendem Schlaf als das aktuelle Protokoll (dh dauerte nur einen Schlagzyklus), untersuchte nur Männer und lieferten begrenzte Daten darüber, wie viel Schlaf die Personen tatsächlich vor Beginn erhielten der Studie, daher ist nicht dokumentiert, ob Personen mit einer selbst auferlegten CSR in den FD-Anteil (sowohl Kontroll- als auch Schlafbeschränkte) eingetreten sind (18, 19). Die aktuellen Ergebnisse ergänzen und erweitern diese früheren Ergebnisse und weisen darauf hin, dass eine längere Wachheit für wachsame Leistungsminderungen während der Schlafbeschränkung nicht erforderlich ist. Neuere Arbeiten legen nahe, dass diese Leistungseinbußen bei akuter Schlafeinschränkung auf regionale Veränderungen der Gehirnreaktion über die Wachzeit und unterschiedliche zirkadiane Phasen zurückzuführen sein können (20). Die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber den Verhaltenseffekten jeder zusätzlichen Stunde, die nach chronischer Schlafeinschränkung wach verbracht wird, kann auf eine erhöhte Dichte der Adenosinrezeptoren zurückzuführen sein, wie in Tiermodellen (21, 22) und mathematischen Modellen (22) vorgeschlagen noch beim Menschen erforscht werden. Ob die Auswirkungen der Schlafbeschränkung jedoch auf dieses homöostatische Ungleichgewicht zwischen Schlaf- und Wachzustand, das zu einer Verschiebung des homöostatischen Sollwerts führt, oder auf andere hypothetische Mechanismen zurückzuführen sind, wird in der Fachwelt offen diskutiert (22, 23). obwohl die Ergebnisse des vorliegenden Manuskripts einen wichtigen Datensatz zu dieser Debatte beitragen. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse zu keinen signifikanten Unterschieden in SWS, einem Marker für den akuten homöostatischen Prozess des Schlafes (24), darauf hin, dass eine unvollständige Dissipation des Schlaf-𠇍rucks” nicht die beeinträchtigte Leistung bei der CSR-Bedingung verursacht. Es ist wichtig hervorzuheben, dass dieses Protokoll keinen Schlafentzug beinhaltete (dh die maximale Wachdauer betrug 㰗 h) und eine chronische zirkadiane Desynchronie einschloss, obwohl bei dieser Kontrolle keine kumulative Beeinträchtigung durch chronische zirkadiane Desynchronie festgestellt wurde Gruppe oder in anderen erweiterten erzwungenen Desynchronitätssteuerungsbedingungen (5).

    Unsere Ergebnisse zu Leistungseinbußen sowohl während des zirkadianen Tages als auch der Nacht sind bemerkenswert, da frühere Berichte über eine Dosisreaktion auf chronischen unzureichenden Schlaf in einem standardmäßigen 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus durchgeführt wurden und/oder verlängerte Wachheit beinhalteten. Bei einem standardmäßigen 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus sind geplante Verkürzungen der Schlafdauer (z. B. 3, 4, 5, 6 oder 7 Stunden Schlaf pro Nacht) notwendigerweise mit einer Verlängerung der Wachzeit verbunden (z. B. 21, 20, 19, 18 bzw. 17 h Wachzustand pro Tag). Tatsächlich haben Van Dongen et al. (6) kam zu dem Schluss, dass die Verlängerung der Wachheit in erster Linie für die beobachtete Leistungsverschlechterung verantwortlich ist. Eines der innovativen Merkmale unserer Studie war die Entscheidung für einen 20-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus. Dies ermöglichte es uns, anhaltende Schlafbeschränkungen (mit kurzen 4,67-stündigen Schlafepisoden) zu untersuchen, ohne die Teilnehmer längeren Wachphasen auszusetzen (da alle Wachepisoden 15,33 Stunden lang waren), während gleichzeitig die zirkadiane Phase berücksichtigt wurde, die ein verwirrender Effekt von CSR . ist . In unserer Studie, die einen 20-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus verwendet, wurde der Schlaf-Wach-Zyklus von den zugrunde liegenden zirkadianen Rhythmen desynchronisiert, was es uns ermöglicht, die Auswirkungen zirkadianer Rhythmen auf die Leistung von denen zu unterscheiden, die durch die Länge der Wachzeit hervorgerufen werden. Daher konnten wir die Auswirkungen der Leistung sowohl während des zirkadianen Tages (d. h. der gewohnheitsmäßigen Wachzeiten) als auch der zirkadianen “Nacht” (d. h. der gewohnheitsmäßigen Schlafzeiten) beurteilen. Frühere Dosis-Wirkungs-Studien (6, 7) untersuchten nur die Leistung von Personen während des zirkadianen Tages. Wir zeigen, dass die Leistungsverluste während der circadianen Nacht im Vergleich zum circadianen Tag viel größer sind. Wenn die Auswirkungen von CSR in dieser am stärksten anfälligen zirkadianen Phase nicht bewertet werden, kann dies die Generalisierbarkeit früherer Arbeiten untergraben.

    Unsere Beobachtungen können auch die Bedeutung längerer Schlafepisoden im Gegensatz zu einem “geteilten Schlaf”-Plan (bei dem eine Person innerhalb eines 24-Stunden-Tags zwei Schlafepisoden hat) hervorheben, unabhängig von der Länge der Wachzeit. Geteilte Schlafpläne wurden als Strategie zur Bekämpfung von Leistungseinbußen im Zusammenhang mit Nachtschichtarbeit oder der Unfähigkeit, eine angemessene Dauer des konsolidierten Schlafs zu erreichen, vorgeschlagen, mit Berichten über begrenzte Beeinträchtigungen der Leistung während solcher geteilter Schlafpläne (25, 26). Die chronische Exposition gegenüber geteilten Schlafdauern mit begrenzten Schlafmengen, die dem im aktuellen Protokoll getesteten ähnlich sind, wurde jedoch zuvor nicht bewertet. In einer Studie zu geteilten Schlafplänen unter Schlafbeschränkung haben Mollicone et al. (27) fanden heraus, dass Leistungsabnahmen als Funktion der Gesamtschlafmenge pro 24 h auftraten, wobei weniger Schlaf pro 24 h die Leistung verschlechterte. Die maximale Wachheitsdauer in diesem Bericht betrug jedoch 9,7 Stunden, die Leistung wurde nicht während der circadianen Nacht gemessen und der Zeitplan wurde nur für 10 Tage beibehalten (27). In der vorliegenden Studie war die maximale Wachheitsdauer einige Stunden länger und umfasste Messungen in allen zirkadianen Phasen. Darüber hinaus traten Unterschiede in der medianen RT-Leistung zwischen den Kontroll- und CSR-Bedingungen erst während des zweiten Schlagzyklus (nach etwa 2 Kalenderwochen Exposition) auf die Leistung aufrechterhalten, wenn eine einzelne längere Schlafdauer nicht möglich ist (28, 29).

    Es ist auch wichtig zu beachten, dass es in diesem Experiment keine Unterschiede in der subjektiven Wachsamkeit oder Schläfrigkeit zwischen Kontroll- und CSR-Bedingungen gab eine Person kann sich wach/nicht schläfrig fühlen—und sich daher entscheiden, ihre Arbeit oder Aktivitäten ohne mehr Schlaf oder Gegenmaßnahmen fortzusetzen—und dennoch Leistungseinschränkungen aufweisen. Dies kann für bestimmte Personen von besonderer Bedeutung sein, da diese Dissoziation innerhalb von Personen konsistent sein kann (30) und sich verschlimmern kann, wenn eine Aufgabe körperliche Arbeit erfordert (31). Daher ist das Versäumnis einer Person, die Beeinträchtigung zu erkennen, ein Problem der öffentlichen Sicherheit.

    Diese Daten decken grundlegende Wechselwirkungen zwischen Schlaf, dem zirkadianen System, neurologischer Leistungsfähigkeit sowie subjektiver Wachheit und Schläfrigkeit auf und erzwingen eine erneute Betrachtung der Ursachen von Leistungsstörungen im Zusammenhang mit Schlafmangel. Die aktuelle Studie soll nicht die genauen Umstände nachahmen, unter denen chronische Schlafeinschränkung im Alltag auftritt, sondern physiologische Phänomene aufklären, die Grundlage für zukünftige Studien und Interventionen sein können. Nichtsdestotrotz haben unsere Ergebnisse Auswirkungen auf die Millionen von Menschen, die chronisch unzureichend geschlafen haben, die beträchtliche Bevölkerung, die während der biologischen Nacht arbeitet, und uns alle, die auf Personen angewiesen sind, die in sicherheitskritischen Berufen oder Aktivitäten arbeiten, die nicht ausreichend geschlafen haben .


    Kapitel 13 - Ermüdung des Flugzeugpersonals, Schlafbedürfnis und circadiane Rhythmik

    Ermüdung kann aufgrund der inhärenten Flugplananforderungen für Transmeridianreisen, unregelmäßiger und unvorhersehbarer Flugpläne, langer Diensttage, früher Meldezeiten, Nachtflüge und eingeschränkter Schlafmöglichkeiten nicht aus dem Flugbetrieb beseitigt werden. Viele Praktiken der kommerziellen Luftfahrtindustrie führen durch Schlafverlust und zirkadiane Fehlausrichtung bei Flugbesatzungen zu Müdigkeit. Daher besteht die Notwendigkeit, wissenschaftlich valide Ansätze zum Ermüdungsmanagement zu entwickeln, um Schlafverlust zu mildern, die Wachsamkeit während längerer Dienstzeiten zu verbessern und zirkadiane Faktoren zu bewältigen, die hauptsächlich zu ermüdungsbedingten Flugunfällen und -unfällen beitragen. Dieses Kapitel beginnt mit einem Überblick über die homöostatischen und biologischen Prozesse, die Schlaf, Müdigkeit und Wachsamkeit regulieren. Aufbauend auf diesem grundlegenden Material werden Beweise präsentiert, die zeigen, wie Schlafverlust und zirkadiane Fehlausrichtungen erheblich zu Ermüdungs- und Leistungsrisiken bei Kurzstrecken-, Langstrecken- und Ultralangstreckenflugbetrieben beitragen. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion von Planungsansätzen, Anwendung von Gegenmaßnahmen und Ermüdungsmanagementsystemen und -technologien, die in Kombination als Teil eines umfassenden Ansatzes verwendet werden können, um sicherzustellen, dass Ermüdung in menschzentrierten Flugbetrieben effektiv minimiert wird.


    Akademischer Katalog 2021-2022

    Dieser Kurs führt die Studenten in die grundlegende Humanbiologie von Molekülen und Zellen bis hin zu Organsystemen und sogar Populationen ein. Die Studierenden konzentrieren sich auf die Struktur und Funktion der wichtigsten menschlichen Organsysteme, einschließlich des Bewegungs-, Nerven-, Immun-, Verdauungs-, Herz-Kreislauf-, Atmungs-, Harn- und endokrinen Systems. Die Schüler lernen auch über Ernährung, menschliche Krankheiten wie Diabetes und Krebs sowie Genetik. Dieser interdisziplinäre Kurs wird die gesellschaftlichen Implikationen aktueller humanbiologischer Fragestellungen berücksichtigen.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: BIOL Hauptfach kein Kredit

    BIOL 112 - UMWELTBIOLOGIE

    Ökologie, Evolution und Vielfalt des Lebens mit Schwerpunkt auf praktischen Umweltfolgen menschlicher Aktivitäten. Das Labor konzentriert sich auf offene experimentelle studentische Projekte. Exkursionen zu interessanten Orten. Vortrag, Diskussion und Labor. Nicht für große Anerkennung in Biologie.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: BIOL Hauptfach kein Kredit

    BIOL 113 - DIE NATUR DER WISSENSCHAFT

    Eine Untersuchung der wissenschaftlichen Forschung und wie sie verwendet wird, um die natürliche Welt zu studieren und Probleme zu lösen. Zeitgenössische Themen wie Klimawandel, Biodiversität und öffentliche Gesundheit sind die Grundlage der Unterrichtsaktivitäten und Diskussionen. Die Studierenden sammeln Erfahrungen mit wissenschaftlicher Methodik und Praxis, finden und bewerten Informationen über Wissenschaft und Medizin, analysieren wissenschaftliche Daten und untersuchen die Rolle der Wissenschaft im gesellschaftlichen Kontext. Erfüllt die naturwissenschaftlichen Allgemeinbildungsvoraussetzungen. Nicht-Laborkurs.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: oder höher., Keine Anrechnung für naturwissenschaftliche Hauptfächer.

    BIOL 123 - ANATOMIE &PHYSIOLOGIE I

    Anatomie & Physiologie I umfasst das Integumental-, Skelett-, Muskel- und Nervensystem, einschließlich der Verbindung zwischen Struktur und Funktion verschiedener Organsysteme. Das primär diskutierte zugrundeliegende Prinzip ist die Homöostase, und für jedes System werden auch verschiedene pathologische Zustände und deren Ursachen diskutiert. Das in der Vorlesung gelehrte Material wird im Labor durch von Studenten entworfene Experimente, Demonstrationen und ein detailliertes Studium von Modellen und konservierten Exemplaren vertieft.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Muss gleichzeitig BIOL 123 Vorlesung und Labor belegen

    BIOL 124 - ANATOMIE &PHYSIOLOGIE II

    Anatomie & Physiologie II umfasst das endokrine, Kreislauf-, Lymph-, Atmungs-, Verdauungs-, Harn- und Fortpflanzungssystem, einschließlich der Verbindung zwischen Struktur und Funktion der verschiedenen Organsysteme. Das primär diskutierte zugrundeliegende Prinzip ist die Homöostase, und für jedes System werden auch verschiedene pathologische Zustände und deren Ursachen diskutiert. Das in der Vorlesung gelehrte Material wird im Labor durch von Studenten entworfene Experimente, Demonstrationen und ein detailliertes Studium von Modellen und konservierten Exemplaren vertieft.

    Kursnotizen: Muss BIOL 124 Vorlesung und Labor gleichzeitig belegen.

    BIOL 151 - EINFÜHRUNG IN DIE GRUNDLEGENDE WISSENSCHAFTLICHE UNTERSUCHUNG

    Dieser Kurs führt die Studierenden in aktuelle Konzepte und grundlegende Techniken der modernen Biologie ein. Die Studenten werden auch in die wissenschaftliche Literatur eingeführt, schreiben kurze wissenschaftliche Berichte, kritisches Denken und die Möglichkeit, mit mindestens fünf Biologiefakultäten in Labor- oder Feldumgebungen zusammenzuarbeiten.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Science Summer Bridge Program -, muss die Zustimmung des Beraters haben, um sich anzumelden.

    BIOL 201 - ORGANISMISCHE BIOLOGIE

    Biologische Prinzipien in Bezug auf den Komplexitätsgrad des Organismus. Gewebe, Organe und Organsysteme in der Physiologie der Struktur- und Funktionsentwicklung und der Einführungsgenetik. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 202 - ÖKOLOGIE, EVOLUTION UND GENETIK

    Biologische Prinzipien in Bezug auf die Organisationsebenen der Bevölkerung. Themen sind die Einführung in Ökologie und Biosphäre, Mechanismen der Evolution und einführende Genetik. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 221 - KINESIOLOGIE

    Kinesiologie ist das Studium der menschlichen Bewegung mit Fokus auf die Bewegungsmechanismen und wie der menschliche Körper auf Bewegung und Bewegung reagiert. Dieser Kurs bietet einen Überblick über die drei Hauptkomponenten der Kinesiologie: Bewegungsphysiologie, Biomechanik sowie motorische Kontrolle und Entwicklung. Zu den Themen gehören eine Einführung in die belastungsinduzierten Auswirkungen von Stress auf Körper und Organsysteme, die muskuloskelettale Biomechanik, die Regulation und Kontrolle der Muskeln durch das Nervensystem und wie sich diese Systeme von der Geburt bis zum Erwachsenenalter entwickeln.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 242 - TIERVERHALTEN

    Evolutionäre, Entwicklungs- und Umweltgrundlagen des tierischen Verhaltens. Schwerpunkt Vögel und Säugetiere. Kommunikation, Entscheidungsfindung, Motivation, Lernen, Gedächtnis, Sozialverhalten und Paarungssysteme. Siehe Psych 242.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Studenten mit BIOL 111 oder PSYC 103 können den Kurs mit Zustimmung des Dozenten belegen.

    BIOL 301 - ZELLULÄRE &MOLEKULARBIOLOGIE

    Biologische Prinzipien in Bezug auf zelluläre und subzelluläre Organisationsebenen. Zu den Themen gehören einführende Biochemie, Zellbiologie und Ultrastruktur sowie Zellphysiologie. Das Labor umfasst Klonmethoden. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 302 - VIELFALT UND ENTWICKLUNG

    Darwin, The Origin of Species, Evolution durch natürliche Selektion, Populationsgenetik, Artbildung, Erdgeschichte, Fortschritt des Lebens durch die Zeitalter, menschliche Ursprünge. Offen für gut vorbereitete Nicht-Majors.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 304 - HISTOLOGIE & ULTRASTRUKTUR

    Histologie ist das Studium der Mikroanatomie von Zellen, Geweben und Organen, wie sie durch ein Mikroskop betrachtet werden. Es untersucht den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion. In diesem Kurs werden die Vorbereitung von Geweben für die mikroskopische Untersuchung, verschiedene Arten der Mikroskopie, die Immunhistochemie und die Interpretation von Gewebeschnitten behandelt.

    Kursnotizen: oder Instr. Zustimmung.

    BIOL 314 - QUANTITATIVE ÖKOLOGIE UND ERHALTUNG

    Gestaltung ökologischer Experimente zur Beantwortung kritischer Fragen zu Klimawandel, Urbanisierung, Ökosystemprozessen und Naturschutz. Dieser Kurs ist kompetenzbasiert mit einem Schwerpunkt auf experimentellen Designs, experimenteller Manipulation, Betonung statistischer Analysen, intensiven Feld- und Laborübungen und dem Verfassen wissenschaftlicher Berichte. In Vorträgen und Diskussionen werden aktuelle Informationen zum Klimawandel und zu Ökosystemprozessen im Kontext aktueller Paradigmen des globalen Naturschutzes beleuchtet. Vorlesung und Labor.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 315 - ÖKOLOGIE

    Wechselwirkungen zwischen Organismen und zwischen Organismen und der Umwelt. Bevölkerungswachstum, Konkurrenz, Räuber-Beute-Beziehungen, Mutualismus, Artenvielfalt, Ausbreitung, Sukzession, Nährstoffkreisläufe und Energiefluss durch Ökosysteme. Vortrag, Diskussion und Feldprojekte.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Voraussetzungen: BIOL 202 und MATH 217 (kann gleichzeitig belegt werden)

    BIOL 318 - BIOSTATISTIK

    Design, Analyse und Interpretation biologischer Daten mithilfe von Statistiken.

    Kursnotizen: oder Instr. Zustimmung

    BIOL 322 - BOTANIK

    Studium der wichtigsten Pflanzengruppen, ihrer Klassifizierung und Taxonomie, der Anatomie zur Identifizierung von Arten. Die ethno-botanische Bedeutung (z. B. medizinische Anwendungen), die Anatomie, Morphologie und Ökologie der Pflanzenarten werden hervorgehoben. Die ökologische und ökonomische Bedeutung von Unkraut und invasiven Arten im Ökosystemkontext wird diskutiert. Auf dem Feld und im Herbarium des The Field Museum werden Prinzipien zur Klassifizierung von Samenpflanzen nach Familien vorgestellt.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 323 - TROPISCHE MEERESBIOLOGIE

    Erforschung tropischer Lebensräume, sowohl marine als auch terrestrisch, in Bezug auf grundlegende Biologie und Ökologie und aktuelle Bedrohungen durch Entwicklung. Der Schwerpunkt liegt auf Korallenriffen, einschließlich des Schnorchelns des zweitgrößten Barriereriffs der Welt vor Ambergris Caye in Belize, mit Möglichkeiten, verschiedene Wildtiere vor Ort zu beobachten. Terrestrische Exkursionen umfassen Strände, Mangrovensümpfe und tropische Laubwälder. Besuche der Maya-Ruinen und des Belize Zoos auf dem Festland unterstreichen die lokale kulturelle Bindung an die Umwelt.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften, Reisestudium

    Voraussetzungen: BIOL 324 (kann gleichzeitig eingenommen werden)

    Kursnotizen: Ein vorheriger naturwissenschaftlicher College-Kurs erforderlich oder die Zustimmung des Dozenten.

    BIOL 324 - MEERESBIOLOGIE

    Physikalische Kräfte, Biodiversität, Organismenfunktion und ökologische Wechselwirkungen, die die Meeresumwelt bilden. Die Prinzipien der Zellbiologie, organismischen Physiologie, Biomechanik und Ökologie werden auf meeresbiologische Probleme angewendet.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: BIOL 323, Tropenbiologie, kann als Labor für diesen Kurs belegt werden. Ein vorheriger College-Naturwissenschaftskurs mit einer Mindestnote von C erforderlich.

    BIOL 325 - VIROLOGIE

    Dieser Kurs gibt einen Überblick über die grundlegenden Prinzipien der modernen Virologie. Das Hauptaugenmerk wird auf Strategien und Strukturen der viralen Replikation liegen, die mit der Pathogenese und Immunantwort des Wirts auf eine Infektion zusammenhängen. Besondere Aufmerksamkeit wird der aktuellen Forschung zu klinisch relevanten humanen Viren gewidmet.

    BIOL 330 - PHYSIOLOGIE: MECH. & STÖRUNGEN

    Lernen, sich der menschlichen Physiologie aus medizinischer Sicht zu nähern. Dieser Kurs behandelt die grundlegenden Systeme des menschlichen Körpers durch einen Fokus auf Fallstudien und medizinische Anwendungen, wobei der Schwerpunkt auf den Funktionen und Störungen des Verdauungs-, Fortpflanzungs-, Kreislauf- und Nervensystems liegt.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Voraussetzungen: (BIOL 111 oder BIOL 112 oder BIOL 201) und (CHEM 100 oder CHEM 101 oder CHEM 201)

    BIOL 332 - ÖKOLOGIE DER TALLGRASSPRAIRIE

    Prärien gelten als die am stärksten gefährdeten Ökosysteme Nordamerikas. Dies ist eine feldorientierte Einführung in die Prärie, einschließlich der Erforschung einzigartiger ökologischer Prozesse auf Bevölkerungs-, Gemeinde- und Ökosystemebene. Besonderes Augenmerk wird auf Präriepflanzen, Insekten, Böden, gefährdete Arten und die Wiederherstellung der Prärie gelegt.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Beinhaltet Exkursionen außerhalb des Standorts.

    BIOL 336 - EINFÜHRUNG IN DIE NEUROWISSENSCHAFT

    Aufgrund des Gehirns sind komplexe Verhaltensweisen möglich. Unser Ziel ist es, dieses komplexe Organ und seine Funktionsweise zu verstehen, um menschliches Verhalten zu ermöglichen. Es werden grundlegende neuronale Systeme (wie Schlaf und Motivation), höhere kortikale Funktionen (wie Sprache und Aufmerksamkeit) und die Plastizität des Gehirns behandelt.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 337 - ERNÄHRUNG IN AMERIKA

    Dieser Kurs befasst sich mit unserem Verständnis der Ernährung und ihrer Auswirkungen auf den Körper durch die Linse der doppelten Epidemien von Fettleibigkeit und Ernährungsunsicherheit in Amerika. Die Studierenden lernen Epigenetc, Mikrobiom und physiologische Wirkungen der Ernährung durch Primär- und Sekundärliteratur und Gruppenprojekte kennen. Die Studierenden lernen auch die Herausforderungen bei der Bekämpfung der Ernährungsunsicherheit und der Verbesserung der amerikanischen Ernährung durch eine Service-Learning-Komponente kennen.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Voraussetzungen: (BIOL 301 (kann gleichzeitig eingenommen werden)) und (BIOL 123 (kann gleichzeitig eingenommen werden) oder BIOL 201 (kann gleichzeitig eingenommen werden))

    BIOL 339 - EVOLUTIONÄRE PHYSIOLOGIE

    Lernen, sich der Tierphysiologie aus einer evolutionären Perspektive zu nähern. Dieser Kurs behandelt Mechanismen, durch die Tiere lebenserhaltende Funktionen erfüllen, die Evolution und adaptive Bedeutung physiologischer Merkmale, die Vielfalt physiologischer Mechanismen und die Interaktion von Physiologie und Umwelt. Das Labor umfasst die Sektion und das Studium physiologischer Merkmale bei einer Vielzahl verschiedener Tiere sowie Experimente zur adaptiven Bedeutung von Merkmalen.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 344 - MAMMALOGIE

    Dieser Kurs wird in der Regel im Field Museum of Natural History (Roosevelt Road und Lake Shore Drive) abgehalten, um eines der weltweit führenden Naturkundemuseen und Säugetiersammlungen zu nutzen. Der Kurs wird die Ursprünge und evolutionären Beziehungen der Säugetiere sowie die Orden der Säugetiere und die Charaktere, die sie definieren, überprüfen. Andere diskutierte Themen sind Fortpflanzungsstrategien, Sozialverhalten, Fortbewegung, Nahrungsaufnahme, Kommunikation, Muster in ihrer geografischen Verteilung. Jede 2 ½-stündige Unterrichtssitzung umfasst sowohl einen Vortrag als auch ein Minilabor mit den Exponaten oder Probensammlungen des Museums. Grundlegende Arbeitskenntnisse in Taxonomie, Phylogenie, vergleichender Anatomie und evolutionären Konzepten werden vorausgesetzt.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Einige Sitzungen finden im Field Museum of Natural History statt

    BIOL 350 - KREBSBIOLOGIE

    Dieser Kurs vermittelt den Studierenden Kenntnisse über die grundlegenden Prinzipien der Molekular- und Zellbiologie von Krebszellen. Biology of Cancer soll grundlegende Aspekte der Krebsentstehung veranschaulichen und diskutieren, wie molekulargenetische Ansätze verwendet werden können, um grundlegende Prozesse der Karzinogenese aufzudecken. Vorträge und Demonstrationen erklären die Rolle von Wachstumsfaktoren, Onkogenen, Tumorsuppressorgenen, Angiogenese und Signaltransduktionsmechanismen bei der Tumorbildung. Die Erörterung von Aspekten der Krebsepidemiologie, Prävention und Prinzipien der Arzneimittelwirkung in der Krebsbehandlung ist Teil des Kurses.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: oder gleichwertig.

    BIOL 351 - ALLGEMEINE GENETIK

    Klassische und molekulare Genetik. Transmissionsgenetik, Chromosomengenetik, Interaktion von Genen mit Geschlecht und Umwelt, Kartierung, DNA-Struktur und -Replikation, Transkription, Translation, Chromosomenstruktur und Genomorganisation, extrachromosomale Vererbung, Mutagenese, Genexpression. Genetik von Pflanzen, Insekten, Wirbeltieren, Pilzen, Bakterien und Viren.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Muss sich für BIOL 351 Vorlesung und Labor im selben Semester anmelden.

    BIOL 353 - MOLEKULARBIOLOGIE

    Die Struktur von Nukleinsäuren und Chromosomen, DNA-Replikation und -Reparatur, allgemeine und ortsspezifische Rekombination, Kontrolle der Genexpression auf Transkriptions- und Translationsebene, Onkogene und Retroviren. Labortechniken umfassen PCR, DNA-Fingerprinting und DNA-Sequenzierung. Eingeschlossen in das Biotechnologie-Zertifikatsprogramm. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: oder Instr. Zustimmung

    BIOL 356 - ENTWICKLUNGSBIOLOGIE

    Grundlagen und Prozesse der Embryologie und Entwicklung ausgewählter Wirbelloser, Wirbeltiere und Pflanzen.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 358 - ZELLBIOLOGIE

    Molekulare Wechselwirkungen, die die Grundlage für den Aufbau und die Funktionen der Zelle bilden. Zu den Themen gehören Proteinstruktur und -funktion, Membrantransport, posttranslationale Modifikationen von Proteinen und Proteinsekretion, Zellzyklusregulation, Zellsignalisierung und Mechanismen der Entwicklung und Differenzierung. Labortechniken umfassen SDS-PAGE, Zellfraktionierung, bakterielle Proteinexpression und -reinigung sowie Immunhistochemie. Eingeschlossen in das Biotechnologie-Zertifikatsprogramm. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: oder Instr.consent.

    BIOL 360 - MIKROBIOLOGIE

    Struktur und Funktion prokaryotischer Zellen, einschließlich metabolischer und genetischer Diversität, Betonung der Unterschiede und Ähnlichkeiten mit Eukaryoten. Rollen Mikroben in menschlichen Körper-, Boden- und Wasserökosystemen. Besonderer Schwerpunkt auf Erkrankungen des Menschen und mikrobielle Prozesse zur Erhaltung der Biosphäre. Anwendungen in Medizin, Biotechnologie, Lebensmittelverarbeitung, Landwirtschaft, Umweltschutz. Das Labor umfasst den kompetenten und sicheren Umgang mit Mikroorganismen, die Identifizierung unbekannter Bakterien sowie biochemische und mikroskopische Methoden. Eingeschlossen in das Biotechnologie-Zertifikatsprogramm.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 361 - INFORMATIONSTECHNOLOGIE FÜR DIE WISSENSCHAFTEN

    Methoden zum Auffinden biologischer und biotechnologischer Informationen.Online- und Hardcopy-Verfahren mit Schwerpunkt auf der Nutzung verschiedener Computerdatenbanken und des Internets.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: oder Instr. Zustimmung

    BIOL 362 - DATA-MINING IN BIOWISSENSCHAFTEN

    Das Aufkommen von Hochdurchsatztechniken in Biologie und Chemie erfordert einen Data-Mining-Ansatz, um neues Wissen aus diesen großen Datensätzen zu entdecken. Data-Mining-Techniken ermöglichen es einem Ermittler, die Sammlung von Daten zu verstehen und dann die Daten zu klassifizieren und/oder Vorhersagen zu treffen. Es ist eine Kombination aus statistischen, informativen und anderen analytischen Techniken. Dieser Kurs ist als Einführung in Data-Mining-Techniken für Biologen konzipiert. Beispiele werden aus genomischen, proteomischen und eidemologischen Datensätzen gezogen.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 363 - VIROLOGIE

    Dieser Kurs gibt einen Überblick über die grundlegenden Prinzipien der modernen Virologie. Das Hauptaugenmerk wird auf Strategien und Strukturen der viralen Replikation liegen, die mit der Pathogenese und Immunantwort des Wirts auf eine Infektion zusammenhängen. Besondere Aufmerksamkeit wird der aktuellen Forschung zu klinisch relevanten humanen Viren gewidmet.

    BIOL 366 - ECOL & EVOL OF MICRO ORG

    Wechselbeziehungen zwischen Mikroorganismen und ihre Anpassung an die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften ihrer Umgebung. Kontexte umfassen die menschliche Gesundheit, das menschliche Mikrobiom und Wirt-Pathogen-Interaktionen, die natürliche Umgebung und mikrobielle Beiträge zum Stoff- und Energiefluss sowie Anwendungen von Mikroorganismen in industriellen Prozessen. Es werden Beispiele von Mikroorganismen aus den 3 Lebensbereichen untersucht, wobei besonderes Augenmerk auf die mikrobielle Diversität gelegt wird. Das Labor konzentriert sich auf qualitative und quantitative Methoden zur Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften, die Charakterisierung der metabolischen und genetischen Vielfalt und neue Forschungsinstrumente. Für fortgeschrittene Studenten und Doktoranden gedacht

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 367 - IMMUNOLOGIE

    Humorale und zelluläre Immunantworten, Erzeugung von Immundiversität, Autoimmun- und Immunschwächekrankheiten. Immunologische Assays, die für klinische Einstellungen relevant sind. Zu den Labortechniken gehören Antikörper-Antigen-Interaktionen, ELISA und die Reinigung von Lymphozytenpopulationen. Eingeschlossen in das Biotechnologie-Zertifikatsprogramm. Vortrag, Labor und Diskussion.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 369 - KONSERVIERUNGSBIOLOGIE: AFRIKA

    Naturschutzbiologie – tropisches Afrika ist ein 10-tägiger Feldkurs, der hauptsächlich im Amani Nature Reserve, Tansania, durchgeführt wird, wo Dr. Norbert Cordeiro (Roosevelt University) und Dr. Henry Ndangalasi (University of Dar es Salaam, Tansania) ) arbeiten seit 1998. Die Feldarbeit umfasst (i) die Durchführung von angewandten ökologischen Studien, die für den Naturschutz in der Region relevant sind, (ii) die Diskussion und Problemlösung von Armuts- und Naturschutzproblemen, die den Zugang der Menschen zu Ressourcen beeinträchtigen, (iii) Treffen mit tansanischen Interessengruppen, um ein Verständnis für die Komplexität der Lösungen zu gewinnen, die erforderlich sind, um einen der wichtigsten Wälder der Welt zu erhalten. Die Schüler werden auch 2 Tage in einem Savannenlebensraum in einem der führenden Nationalparks Tansanias verbringen. Dieser Kurs umfasst die Gestaltung ökologischer Experimente, experimentelle Manipulation, statistische Analysen, intensive Feld- und Laborübungen und das Verfassen wissenschaftlicher Berichte.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    BIOL 371 - DIE BIOLOGIE DES ALTERNS

    Die biologischen Beziehungen zwischen den normalen Aktivitäten des Lebens und dem Altern. Veränderungen in Struktur und Funktion auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation (subzelluläre Population) mit dem Alter. Vorlesungen, fachkundige Gastredner, studentische Seminare, Hausarbeiten.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: und inst. die Genehmigung. Muss mindestens 3 Stunden eines 100-Level-BIOL-Kurses mit einer Mindestnote von C- haben.

    BIOL 381 - BIOLOGIE DER VÖGEL: ORNITHOLOGIE

    Dies ist ein praktischer Kurs in der Erforschung von Vögeln, von der Grundlagenbiologie über Evolution, Taxonomie, Anatomie, Ökologie und Verhalten. Im Field Museum wird es Labore mit echten Exemplaren geben, und die explorative Feldarbeitskomponente umfasst Fähigkeiten zur Vogelidentifizierung sowie Vogelökologie und -verhalten. Durch eine Kombination aus Vorlesungen und eingeladenen Referenten bauen die Studierenden eine solide und solide Grundlage zu Vogelverhalten, Ökologie und Evolution auf, die eine Vielzahl von Feldtechniken und Laborfähigkeiten umfasst.

    Attribute: Praktikum, Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Obligatorische Feldarbeit vor der Sitzung am 1. Juni inbegriffen.

    BIOL 383 - BESONDERE THEMEN DER BIOLOGIE

    Diskussion und kritische Auseinandersetzung mit aktuellen Fragen der Biologie und der biomedizinischen Wissenschaften basierend auf den Interessen von Studierenden und Lehrenden. Die Diskussionen sollen das Nachdenken und die Erforschung von Problemlösungen im Gesundheitswesen, der biologischen Forschung und Ansätze zur Bekämpfung gesundheitlicher Disparitäten fördern.

    Attribute: Naturwissenschaften

    BIOL 391 - MEDIZINISCHES PRAKTIKUM

    Erfahrung außerhalb des Campus in einer medizinischen Einrichtung der Region. Rotation durch mindestens fünf medizinische Fachrichtungen in einem Krankenhaus oder einer zugelassenen medizinischen oder biomedizinischen Forschungs- oder klinischen Einrichtung. Mindestens 12 Kontaktstunden.

    Kursnotizen: Genehmigung des vorberuflichen Beraters.

    BIOL 392 - FORSCHUNG IN BIOLOGIE

    Selbstständige wissenschaftliche Laborforschungserfahrung unter der Leitung eines Fakultätsforschers 1 bis 4 Semesterstunden insgesamt können auf den BS-Abschluss angewendet werden. Studierende können sich in aufeinander folgenden Semestern einschreiben.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Zustimmung des Dozenten. $100 pro Semesterstunde., Studenten müssen vor der Registrierung für ein unabhängiges Labor sorgen, Forschungserfahrung mit einer wissenschaftlichen Fakultät, Mitglied.

    BIOL 393 - VETERINÄRPRAKTIKUM

    Erfahrung außerhalb des Campus mit einem Tierarzt oder einer Tierklinik.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Genehmigung des vorberuflichen Beraters.

    BIOL 395 - UNABHÄNGIGE STUDIE

    Unabhängige Bibliotheksrecherche, die in einem formalen Review-Papier zu einem vom Dozenten genehmigten Thema gipfelt.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Zustimmung des Dozenten., Studierende müssen ein bibliothekarisches Selbststudium organisieren, mit einem Dozenten vor der Anmeldung, können sich nur für 1 SH pro Semester, bis zu zwei Semester, anmelden.

    BIOL 396 - BIOLOGISCHES PRAKTIKUM

    Praktikum außerhalb des Campus mit Bezug zu den biologischen Wissenschaften. Es können maximal 3 SH genommen werden.

    Attribute: Naturwissenschaften

    Kursnotizen: Zustimmung des wissenschaftlichen Beraters.

    Die Roosevelt University ist landesweit führend bei der Ausbildung sozialbewusster Bürger für ein aktives und engagiertes Leben als führende Persönlichkeiten in ihren Berufen und Gemeinden.


    Schau das Video: Homöostase (Dezember 2022).