Die Niere - ethz.ch · 3 Einführung In den kommenden vier Lektionen werden wir uns etwas...

ETH Institut für Verhaltenswissenschaft___________________________________________________________________________

Gruppenunterricht zum Thema

Die Niere

Fach Biologie

Schultyp Gymnasium

Schulstufe 10./11. Schuljahr

Vorkenntnisse keine

Bearbeitungsdauer 2 Doppellektionen

Autor Urs Spirig

Betreuer Prof. Dr. Hano Schaerer

Fassung vom 21. Juli 1993

Schulerprobung keine

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Einführung

In den kommenden vier Lektionen werden wir uns etwas eingehender mit dem Thema Nierebeschäftigen. Die Niere ist ein höchst interessantes Organ, das den Körper befähigt,unbrauchbare Stoffe auszuscheiden. Vielleicht haben Sie auch schon eine Niere aus denInnereien eines Huhns oder eines Kaninchens näher betrachtet und sich gefragt, was es wohlmit diesem Organ genau auf sich hat. In diesen Lektionen werden sie Näheres darübererfahren.

Die Unterrichtseinheit ist in vier Themen aufgeteilt. Sie bilden Gruppen. Jede Gruppebeschäftigt sich heute intensiv mit einem Thema. Sie sollen "Experten" auf diesem Gebietwerden.Das nächste Mal werden sich dann je vier Experten verschiedener Themen in einer neuenGruppe zusammenfinden und einander auf ihrem Gebiet unterrichten. So läuft's ab. Wir nennendies "Puzzle-Unterricht".

Die Themen:

Gruppe 1: Bau der NiereSie lernen, wo die menschliche Niere gelegen ist und wie sie äusserlich sowie innerlichaufgebaut ist. Hierzu werden Sie auch ganz praktisch eine Schweineniere sezieren und genauerbetrachten. Zudem werden Sie lernen, dass die Niere aus Tausenden von funktionellen Ein-heiten aufgebaut ist.

Gruppe 2: Funktion der NiereHier lernen Sie, was in diesen funktionellen Einheiten der Niere im Detail abläuft. Wie bringt esdie Niere zustande, unbrauchbare oder gar schädliche Stoffe aus dem Körper zu entfernen? Esgeht hier unter anderem auch um die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien. Sie werdenauch etwas erfahren über die hormonelle Regulation der Urinproduktion.

Gruppe 3: Nierenkrankheiten, TherapienSie befassen sich mit drei verschiedenen Nierenbeschwerden: Nierensteine, Nierenentzündungund Nierenversagen. Sie lernen deren Ursachen kennen sowie eventuell mögliche vorbeugendeMassnahmen. Bei Nierenversagen gibt es meist nur noch zwei Möglichkeiten: eine künstlicheNiere oder Nierentransplantation. Sie werden Näheres darüber erfahren.

Gruppe 4: Ausscheidungsorgane bei Wirbellosen - ein VergleichIm Tierreich gibt es neben den Nieren der Wirbeltiere noch vier weitere Typen vonAusscheidungsorganen, die je für eine bestimmte Tiergruppe charakteristisch sind. Sie werdenhier einen Einblick gewinnen in die verschiedenen Möglichkeiten, wie Wirbellose das Problemder Beseitigung unbrauchbarer Stoffe lösen.

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Inhaltsverzeichnis

Einführung 3

Inhaltsverzeichnis / Arbeitsanleitung 4

Anleitungen für die Gruppen, Unterlagen, Lernkontrollen

1 Bau der Niere 5

2 Funktion der Niere 14

3 Nierenkrankheiten, Therapien 22

4 Ausscheidungsorgane bei Wirbellosen - Ein Vergleich 30

Zusatzblatt für alle Gruppen: Minididaktik 37

Anhang 1: Lehrer-Lernkontrolle / Test 38

Anhang 2: Verwendete Quellen (von den Schülern benutzt) 42

Anhang 3: Zusatzmaterial für die Schüler 43

Anhang 4: Vom Autor benutzte Quellen 44

Arbeitsanleitung

Der Lehrer teilt die Klasse in vier Gruppen ein. Jede Gruppe bearbeitet ein Thema. DerGruppenunterricht nach der "Puzzle-Methode" verläuft für jede Gruppe in drei Stufen:

1. Wissenserwerb: Sie studieren das für Ihre Gruppe bereitgelegte Material gemässAnleitung. [Zeitbedarf: 45 min]Anschliessend absolvieren Sie einen kleinen Test zur Sicherung IhresWissens. Wenn Sie noch Unsicherheiten haben, versuchen Sie diese zubeheben. [Zeitbedarf: 15 min]

2. Expertenrunde: Hier besprechen Sie innerhalb der Gruppe, wie Sie das eben erworbeneWissen Ihren Mitschülern beibringen wollen.

[Zeitbedarf: 30 min]

3. Unterrichtsrunde: In neuer Gruppenzusammensetzung (von jedem Thema mind. 1Experte pro Gruppe) unterrichten Sie nun Ihre Klassenkameraden überIhr Thema. Gleichzeitig sind Sie hier mit Experten der drei anderenThemen zusammen, die Ihnen über ihr Spezialgebiet zu berichtenwissen. [Zeitbedarf: je 20 min]

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Anleitung für Gruppe 1

BAU DER NIERE

Vorgehen

Wissenserwerba) Studieren sie das Dokument 1.1. [Zeit: 20 min]

Markieren Sie dabei das Wichtigste mit Farbe und / oder machen Sie sich Notizen auf einem separaten Blatt. Sie sollen ja das Gelernte nachher Ihren Klassenkameraden weitergeben können!

b) Machen Sie zum Nierenquerschnitt in Dokument 1.2 eine Legende. [Zeit:10 min]c) Präparation einer Schweineniere [Zeit: 15 min]

Die Anleitung dazu finden Sie in Dokument 1.3.d) Lösen Sie die Aufgaben der Schüler-Lernkontrolle. [Zeit: 15 min]

Expertenrunde [Zeit: 30 min]- Besprechen Sie in der Gruppe, welchen Lehrstoff Sie ihren Kollgen das nächste Mal in

der Unterrichtsrunde vermitteln wollen. Orientieren Sie sich dabei an den untenaufgeführten Lernzielen.

- Diskutiern Sie miteinander, wie Sie den Stoff vermitteln wollen. Die "Mini-Didaktik" auf Seite 37 kann Ihnen dabei eine Hilfe sein.

Material

- Dokument 1.1: Studienmaterial über den Bau der Niere- Dokument 1.2: Arbeitsblatt "Bau der Niere"- Dokument 1.3: Anleitung zur Präparation einer Schweineniere

hierzu: Schweineniere, Präparierbecken, Skalpell

Lernziele

• Sie wissen, wo die menschliche Niere gelegen ist und wie sie äusserlich sowie innerlichaufgebaut ist.

• Sie kennen den mikroskopischen Aufbau der funktionellen Einheiten der Niere.

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Gruppe 1: BAU DER NIERE Dokument 1.1

Nieren und ableitende Harnwege

Das Harnsystem besteht aus den beiden Nieren, den beiden Nierenbecken mit ihren Kelchen,den Harnleitern, der Harnblase und der Harnröhre. Es dient in erster Linie der Bildung undAusscheidung von Urin und dadurch zur Aufrechterhaltung der Zusammensetzung derKörperflüssigkeiten (Homöostase). Der Urin, den die Nieren kontinuierlich bilden, wird vonden Harnleitern in die Harnblase befördert, wo er bis zu seiner Ausscheidung durch dieHarnröhre gesammelt wird (s. Abb. 1).

Die Aufrechterhaltung der Homöostase ist also eine Hauptaufgabe des Harnsystems. Es erfülltdiese Funktion durcha) Abfiltern von Stoffwechselschlacken aus dem zirkulierenden Blut und die Ausscheidung ausdem Körper;b) Mithilfe bei der Regulation des Wasserhaushaltes des Körpers;c) Hilfe bei der Regulation des Säure-Basen-Gleichgewichtes des Blutes.

Man sagt, dass das innere "Milieu" des Körpers nicht so sehr durch das bestimmt wird, was derMund aufnimmt, sondern mehr durch das, was die Nieren bei ihrer Ausscheidungsfunktionzurückbehalten.

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Die Nieren

Die Nieren sind zwei bohnenförmige Organe, die zwischen dem Bauchfell und der hinterenBauchwand liegen. Die Organe befinden sich eben oberhalb der Taillenlinie. Die Leber drücktdie rechte Niere herunter, so dass sie etwas tiefer als die linke steht. Sie werden durch einFettpolster und eine Fascie an ihrem Platz gehalten. Je eine Nebenniere befindet sich auf demoberen Pol jeder Niere (s. Abb. 3). Die Nebennieren sind wichtige Bildungsorte für Hormone.

Äusseres Erscheinungsbild der Niere

Wie in Abb. 3 gezeigt, hat jede Niere eine vordere und hintere Oberfläche und einen nachaussen gewölbten (konvexen) seitlichen Rand. Der innere Rand der Niere ist nach innengewölbt (konkav), mit einer Einkerbung in der Mitte: diese Stelle wird Nierenpforte (Hilus)genannt. Die Nierenarterie, die Nierenvene, Lymphgefässe und Nerven erreichen und verlassendie Niere durch die Nierenpforte. Ein sackähnlicher Hohlraum, das Nierenbecken, liegt in derTiefe der Niere seitlich von der Nierenpforte. Dies ist der Sammelteil der Niere, der eineAusweitung des Harnleiters darstellt. Jede Niere ist von einer derben Kapsel umgeben.

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Innere Struktur der Niere

Auf einem Schnitt durch die Niere werden zwei verschiedene Bereiche beobachtet: Ein innererdunklerer Bereich (das Mark, Medulla) und ein äusserer heller Bereich (die Rinde, Cortex).Das Mark ist in eine Anzahl von sogenannten Nierenpyramiden unterteilt. Die Grundflächender Pyramiden reichen an die Rinde; ihre Spitzen laufen auf das Zentrum der Niere zu. DieseSpitzen werden Nierenpapillen genannt; die reichen in Hohlräume des Nierenbeckens, dieKelche genannt werden, hinein. Die Rinde senkt sich zwischen benachbarte Pyramiden undbildet so die Nierensäulen (s. Abb. 4).

Mikroskopische Anatomie der Niere

Die mikroskopische Untersuchung eines Schnitts von Nierengewebe zeigt zahlreichetrichterförmige Strukturen, die lange geknäuelte Stiele haben (s. Abb. 6). Dies sind dieNephrone - die funktionellen Einheiten der Niere.

Jede Niere enthält ungefähr 1 Million Nephrone. Wie Sie in Abb. 6 sehen, besteht jedesNephron aus einem Nierenkörperchen, das sich aus einem Glomerulus und einerBowmanschen Kapsel zusammensetzt, sowie dem Tubulus-System.

Das Nephron ist also die funktionelle Einheit der Niere. Das Blut gelangt in das Kapillarknäuel,das Glomerulus genannt wird und in einer becherartigen Vertiefung des Tubulus-Systems(Bowmansche Kapsel) liegt. Der Tubulus (Nierenkanälchen), der die Kapsel drainiert, bestehtaus zwei gewundenen Anteilen (proximaler (nahe liegender) und distaler (entfernt liegender)

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Tubulus), die durch eine haarnadelförmige Schleife, die Henlesche Schleife, verbunden sind.Die Bowmansche Kapsel und die gewundenen Anteile des Tubulus liegen in der Rinde derNiere und geben ihr ein feinkörniges Aussehen. Die geraden, zur Henleschen Schleifegehörenden Tubuli liegen zum grössten Teil im Mark, dem sie ein gestreiftes Aussehen geben.Die Tubuli führen in die etwas grösseren Sammelrohre, die den Urin in die Kelche desNierenbecken entleeren. Vom Nierenbecken fliesst der Urin durch den Harnleiter herunter indie Harnblase (s. Abb. 6).

Blutversorgung der Niere

Die Nierenarterie erreicht die Niere zusammen mit den Nerven und Lymphgefässen an derNierenpforte. Gleich nach dem Eintritt in die Niere teilt sie sich in zahlreich Äste auf, die sichin der Rinde radiär ausbreiten. Davon gehen Äste zu den Glomeruli, die zuführende Arteriolengenannt werden. Aus ihnen entstehen die Kapillarknäuel, welche man als Glomeruli bezeichnet.Kapillarknäuel (Glomerulus) und eingestülpte Kapsel (Bowmansche Kapsel) bilden zusammenein Nierenkörperchen. Die abführende Arteriole sammelt das Blut aus dem Glomerulus. Nachkurzem Verlauf mündet die abführende Arteriole in ein kapilläres Netzwerk, das die Tubuliumgibt. Dieses vereinigt sich zu zunächst kleinen, dann grösseren Venen, schliesslich zurNierenvene, welche die Niere an der Nierenpforte verlässt.

verändert nach: Culclasure David F.: Anatomie und Physiologie des Menschen: 15 Lehrprogramme. Band 8. Weinheim 1983, 2. Auflage, 1-21 (Verlag Chemie).

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Arbeitsblatt: Bau der Niere

Erstellen Sie eine Legende zum unten abgebildeten Schnitt durch die Niere! Für die Teile 1 bis4 sowie 9 und 10 sollte Ihnen nach dem Studium des Dokuments 1.1 auch die betreffendeAufgabe bekannt sein. Über die Aufgaben der übrigen Teile werden Sie die Experten derGruppe 2 in der Unterrichtsrunde informieren.

aus: Hoff Peter, Jaenicke J. und Miram W.: Biologie heute G, Lehrerhandbuch für den Sekundarschulbereich I. Band 2. Hannover 1988, 41 (Schroedel).

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Anleitung zur Präparation einer Schweineniere

Es geht hier darum, dass Sie das Ganze einmal 1:1 "in natura" sehen. Eine Schweineniere ist imGrossen und Ganzen gleich aufgebaut wie eine menschliche, ausser dass diese natürlich etwasgrösser ist.

Sie arbeiten in Gruppen zu zweit. Pro zwei Leute steht eine Niere zur Verfügung.

MaterialSchweineniere, Präparierbecken, Skalpell

VorgehenSchneiden Sie die Niere vorsichtig mit dem Skalpell der Länge nach auf. Achten Sie darauf,dass Sie einen geraden, horizontalen Schnitt zustande bringen.Das Objekt wird nachher gezeichnet und beschriftet. Es steht Ihnen unten auf dieser Seitegenügend Platz zur Verfügung.Man erkennt die Nierenrinde, das Nierenmark, die Nierenpyramiden, das Nierenbecken, dasNierenfett, den Harnleiter und die zu- und abführenden Blutgefässe.

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Gruppe 1: BAU DER NIERE

Lernkontrolle für die Schüler

Es geht hier darum, dass Sie erkennen können, ob Sie den Stoff verstanden haben und ob Siesomit reif sind für die Expertenrunde. Lösen Sie die unten stehenden Aufgaben - schriftlich aufeinem separaten Blatt. Arbeiten Sie selbständig und alleine, ohne die Unterlagen zu Hilfe zunehmen.

Wenn Sie alle Aufgaben gelöst haben, können Sie eine Seite weiterblättern. Sie finden dort diezugehörigen Lösungen. Gehen Sie aber nicht zu den Lösungen über, bevor Sie die Aufgabenselber durchgegangen sind. Sie sollen ja zu einem Experten auf diesem Gebiet ausgebildetwerden und nachher Ihre Klassenkameraden unterrichten können!

Aufgaben

1) Beschreiben Sie mit eigenen Worten, wo die Nieren im menschlichen Körper gelegen sind.Welche Besonderheit hat die rechte Niere gegenüber der linken?(K2)

2) Zeichnen Sie aus dem Gedächtnis einen Schnitt durch die Niere, so wie Sie es bei derpräparierten Schweineniere gesehen haben. Beschriften Sie Ihre Zeichnung.(K1)

3) Das Nephron ist die funktionelle Einheit der Niere. Zählen Sie alle Teile des Nephrons auf,die sich in der Nierenrinde befinden sowie diejenigen im Nierenmark.(K2)

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Gruppe 1: BAU DER NIERE

Lösungen zu den Schülerlernkontrollen

Vergleichen Sie Ihre eigenen Lösungen mit den untenstehenden. Falls Sie einiges unvollständigoder falsch beantwortet haben, so gehen sie die entsprechenden Stellen im Text nochmalsdurch bzw. sehen Sie sich nochmals die präparierte Niere an. Wenn Ihnen alle Antworten klarsind, sind Sie reif für die Expertenrunde.

Sollten auch nach wiederholtem Durchgehen des Studienmaterials noch Unklarheiten da sein,so können Sie sich innerhalb der Gruppe fachlich beraten. Vielleicht ist dem einen oder anderenetwas besser klar geworden. Können die Schwierigkeiten auch so nicht gelöst werden, so kannder Lehrer zu Rate gezogen werden.

Lösungen

1) Die Nieren liegen zwischen Bauchfell und hinterer Bauchwand, direkt oberhalb derTaillenlinie.Oder (andere mögliche Beschreibung): Die Nieren liegen am unteren Ende desBrustkorbes links und rechts der Wirbelsäule.Die rechte Niere wird von der Leber etwas heruntergedrückt, so dass sie etwas tiefer liegtals die linke.

2) Die Zeichnung sollte enthalten: Nierenrinde, Nierenmark, Nierenpyramiden, Harnleiter,zu- und abführende Gefässe. Vergleichen Sie Ihre Zeichnung mit den Darstellungen in denUnterlagen.

3) Die Nierenrinde enthält das Nierenkörperchen mit der Bowmannschen Kapsel und demGlomerulus sowie die gewundenen Anteile der Nierenkanälchen.Das Mark enthält den grössten Teil der geraden Anteile des Nierenkanälchens und dieHenlesche Schleife.

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FUNKTION DER NIERE

Vorgehen

Wissenserwerba) Studieren Sie die bereitgestellten Dokumente 2.1 und 2.2. [Zeit: 30 min]

Markieren Sie dabei das Wichtigste mit Farbe und / oder machen Sie sich Notizen aufeinem separaten Blatt. Sie sollen ja das Gelernte nachher Ihren Klassenkameradenweitergeben können!

b) Bearbeiten Sie das Arbeitsblatt in Dokument 2.3. Die Lösungen hierzu finden Sie inDokument 2.4. Schauen Sie sich diese Lösungen aber erst dann an, wenn Sie dasArbeitsblatt selbständig gelöst haben. So lernen Sie am meisten. [Zeit: 15 min]

c) Lösen Sie die Aufgaben der Schüler-Lernkontrolle. [Zeit: 15 min]

Expertenrunde [Zeit: 30 min]- Besprechen Sie in der Gruppe, welchen Lehrstoff Sie ihren Kollegen das nächste Mal in


- Diskutieren Sie miteinander, wie Sie den Stoff vermitteln wollen. Die "Mini-Didaktik"auf Seite 37 kann Ihnen dabei eine Hilfe sein.

Material

- Dokument 2.1: Einführung in das Thema "Nierenfunktion"- Dokument 2.2: Studientext zur Funktion der Niere- Dokument 2.3: Arbeitsblatt "Aufbau des Nephrons"- Dokument 2.4: Lösungen zum Arbeitsblatt "Aufbau des Nephrons"

Lernziele

• Sie sind in der Lage zu erklären, wie in den Nierenkörperchen der Primärharn entsteht.• Sie wissen, dass die Zusammensetzung des Primärharns während seinem Gang durch die

Nierenkanälchen noch verändert wird und kennen die entsprechenden Vorgänge.• Sie wissen Bescheid über die hormonelle Regulation der Urinproduktion.

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Gruppe 2: FUNKTION DER NIERE Dokument 2.1

aus: Benner Klaus-Ulrich: Der Körper des Menschen. Augsburg 1991, 171-173 (Weltbild Verlag GmbH).

Wenn man vom körperlichen Wohlergehen spricht, denkt man hauptsächlich an die Dinge, die der Körper brauchtund die ihm zugeführt werden müssen wie Essen, Trinken oder die Luft zum Atmen. Die weniger angenehmenProbleme einer Abfuhr der Schlacken, die im Stoffwechsel anfallen, werden oft vernachlässigt, sind aber genausolebensnotwendig. Der Körper trennt sich von diesem Abfall auf vier verschiedene Arten: über die Haut von Salzen,Mineralien und Wasser, über die Lunge von Kohlendioxid und Wasser, über den Darm von nicht verdaubarenNahrungsresten (diese gelangen ja eigentlich nie in den Körper) und Wasser und über die Nieren von einer Vielzahlim Wasser gelöster Substanzen.

Das StickstoffproblemWarum muss der Körper Stoffe ausscheiden, weshalb können wir nicht genau das aufnehmen, was wir brauchen, undnicht mehr? Der menschliche Körper ist dynamisch, es gibt einen ständigen Umsatz: Zellen altern, sterben ab undmüssen ersetzt werden. Ihre Bausteine bestehen im wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff undStickstoff. Das gilt auch für die Restbestandteile, wenn im Körper Eiweiss abgebaut wird.Kohlenstoff und Sauerstoff können als Kohlendioxid (CO2) mit der Atmung, Wasserstoff’ und Sauerstoff als Wasser(H2O) mit dem Harn ausgeschieden werden; bleibt nur noch der Stickstoff. Als freier, molekularer Distickstoff (N2)ist er zwar ein reaktionsträges Gas – unsere Atemluft besteht zu 78 Prozent aus N2. Er kommt aber auch alsorganische Verbindung im Eiweiss (dreiwertig) vor und ist dann in höherer Konzentration für den Organismusschädlich. Den grössten Teil des aus dem Eiweissabbau anfallenden Stickstoffs wandelt die Leber in Harnstoff umund macht ihn dadurch für die Niere ausscheidungsfähig. Urin ist praktisch eine wässerige Lösung von Harnstoff.

Aufrechterhaltung des inneren MilieusUnsere Lebensführung ist selten sehr gleichmässig. Es gibt Tage, an denen wir relativ viel essen und trinken, dannkommen wieder Tage des Fastens. An manchen Tagen ist unsere Körperbelastung recht hoch, wir schwitzen undkönnen den Flüssigkeitsverlust nicht ersetzen, an anderen leben wir geruhsamer und nehmen trotzdem grössereFlüssigkeitsmengen auf. Die Nieren gleichen mit Hilfe des Bluts und der übrigen Körperflüssigkeiten solcheSchwankungen aus.Körperzellen können von sich aus keine grösseren Wechsel verkraften. Sie sind sehr empfindliche Einrichtungen, diezwar ihre spezifische Funktion als Teil eines Gewebes erfüllen, die sich aber nicht um Grundprobleme wie dieKontrolle ihrer Betriebstemperatur oder chemischer Veränderungen in ihrer unmittelbaren Umgebung kümmernkönnen. Sie müssen gehegt und gepflegt werden. Der französische Physiologe Claude Bernard (1813-1878) erkannteals erster die Bedeutung des Gleichgewichts aller innerhalb des Körpers aktiven Kräfte und prägte den Begriff desMilieu interne, dessen Aufrechterhaltung für den Organismus lebensnotwendig ist.Die Zellräume sind nicht in sich abgeschlossene flüssige Kammern, sondern stehen in ständigem Austausch mit demextrazellulären Flüssigkeitsraum. Ihre Empfindlichkeit verlangt, dass die Konzentrationen von Salzen, Säuren undBasen im umgebenden Medium stets in sehr engen Grenzen konstant gehalten werden. Wächter über die Konstanzdes inneren Milieus sind die Nieren.

Mikroskopische SiebeDer römische Arzt Galen im 2. Jh. n. Chr. stellte sich das Niereninnere wie eine grosse Siebfläche mit zahllosen,vom blossen Auge nicht wahrnehmbaren Poren vor, die der Abfilterung von Unreinheiten in den Urin diene. Sounrealistisch waren seine Ansichten gar nicht, wenn man bedenkt, dass die Bedeutung von Herz und Blutkreislauferst 1500 Jahre später von Harvey erkannt wurde.Erst mit der Erfindung des Mikroskops waren Erkenntnisse zur eigentlichen Nierenfunktion möglich. 1659 beschriebMarcello Malpighi als erster die Nierenkörperchen, hatte aber noch keine rechte Vorstellung von ihrer Bedeutung.Die Ansicht Galens beherrschte noch zu sehr die Medizin der damaligen Zeit, auch hielten viele seiner Kollegen dieMalpighi-Körperchen für Hirngespinste. Einen Fortschritt bedeuteten im Jahre 1842 die Beobachtungen desEngländers William Bowman, der in den Malpighi-Körperchen Abschnitte des Nierenkreislaufs, winzige Blutgefässe,erkannte, die der Filterung von Wasser und Schlacken dienten. Bowman hatte damit den ersten Teil desharnbereitenden Systems entdeckt. Bereits zwei Jahre später zeigte Carl Ludwig in Wien, dass das Filtrat derNierenkapillarknäuel, gesammelt in der Bowman-Kapsel, in einem anschliessenden Netz von Röhren konzentriertwird und der Körper den grössten Teil des gefilterten Wassers wieder zurückerhält.

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Funktion der Niere

Der eigentlich Ausscheidungsapparat wird von denNephronen (über 1 Million gebildet (siehe Abb. 199.2).Jedes Nephron besteht aus einem Nierenkörperchen unddem daraus abgehenden Nierenkanälchen.In jedes Nierenkörperchen führt eine kleine Arterie(Arteriole). Sie verzweigt sich innerhalb derdoppelwandigen Bowmanschen Kapsel zu einem Knäuelvon Kapillaren (Glomerulus). Diese vereinigen sichwieder zu einer Arteriole, die aus demNierenkörperchen herausführt und sich erneut inKapillaren aufteilt. Diese bis zu 4 cm langen Kapillarenbegleiten das Nierenkanälchen und münden in einekleine Vene (Venole).Das Nierenkanälchen ist in der Rindenschichtaufgeknäuelt, geht in einer Schleife (Henlesche Schleife)gerade durch die Markschicht und wieder zurück in dieRinde. Dort knäuelt es sich erneut und endet in einemSammelkanälchen, das auf der Spitze derNierenpyramide in das Nierenbecken mündet. Die Wandder Nierenkanälchen ist nur eine Zellage dick.Durch die Wand der kapillaren und die angrenzendeWand der Bowmanschen Kapsel wird Flüssigkeit(Primärharn) aus dem Blutplasma ins Innere desNierenkanälchens gepresst. Blutzellen und die meistenProteinmoleküle sind zu gross, als dass sie durch diefeinen Poren dieser Wände gedrückt werden könnten.Der Primärharn enthält aber alle anderen im Blutplasmavorkommenden Stoffe in der dort vorliegendenKonzentration. Er scheint also auf die gleiche Weise zuentstehen wie die Gewebeflüssigkeit im Kapillargebiet.Allerdings ist der Blutdruck in den Kapillaren desNierenkörperchens höher als in anderenKapillargebieten, weil die zuführende Arterie und dieArteriolen besonders weit und kurz sind (s. 2.3).Da Proteine zurückgehalten werden, steigt der durch siehervorgerufene osmotische Druck des Blutplasmas beimDurchströmen des Nierenkörperchens immer mehr an.Dies hat eine Sogwirkung zur Folge, die dem Blutdruckbeim Auspressen der Flüssigkeit entgegenwirkt. Deshalbgelangen nur etwa 20% des durch die Nieren fliessendenPlasmawassers in die Nierenkanälchen. Dennoch bildenErwachsene pro Tag ca. 180 l Primärharn (s. Abb.201.1). Während des Abflusses durch die ersteAufknäuelung des Nierenkanälchens werden demPrimärharn vor allem durch aktive Transportvorgängedie verwertbaren Stoffe wieder entzogen, sie gelangendadurch in die Gewebeflüssigkeit der Niere. Infolge desStoffentzugs sinkt der osmotische Druck des Harns unterden des umgebenden Gewebes, so dass auf osmotischemWege (also passiv) ein grosser Teil des Wassersebenfalls in die Gewebeflüssigkeit ausströmt. Es werdenauch Stoffe über die Wandzellen der Nierenkanälchen inden Primärharn abgesondert (u.a. Drogen,Medikamente). Bis zum Erreichen der HenleschenSchleife verliert der Primärharn bereits 75% desWassers. En weiterer Wasserentzug findet in derHenleschen Schleife, in dem geknäuelten Endabschnitt

des Nierenkanälchens und in den Sammelrohren statt.Eine wichtige Rolle spielt dabei einKonzentrationsgefälle im Nierengewebe, das von denHenleschen Schleifen erzeugt wird. Sie wenden dasGegenstromprinzip an.Der absteigende Schenkel der Haarnadelschleife istwasserdurchlässig, der aufsteigende aber wasserdicht. Aus demaufsteigenden Schenkel wird dauernd aktiv NaCl in denAussenraum (Zwischenzellflüssigkeit. Daher diffundiert Wasseraus dem benachbarten absteigenden Schenkel der HenleschenSchleife. Wegen der dauernden Wasserabgabe nimmt dieKonzentration der Flüssigkeit im absteigenden Schenkel bis zurHaarnadelbiegung kontinuierlich zu. Je konzentrierter sie aberwird, desto weniger Wasser kann in die Zwischenzellflüssigkeitausströmen. Deshalb nimmt auch die Konzentration derZwischenzellflüssigkeit an Ionen zum Nierenbecken hin ständigzu. Auf ihrem Weg durch den aufsteigenden Schenkel nimmtandererseits die Ionenkonzentration der Schleifenflüssigkeit ab,weil laufend Cl-- und Na+-Ionen abgegeben werden. DieGegenstromanordnung führt also zu einem Konzentrationsgefällevom Nierenbecken zur Nierenrinde (Abb. 201.1).Wie werden aber Wasser und Kochsalz aus derZwischenzellflüssigkeit des Nierengewebes entfernt? Wie entstehtaus der verdünnten Schleifenflüssigkeit des aufsteigendenSchenkels konzentrierter harn? Die Wände der Kapillaren, die anden Henleschen Schleifen entlangziehen, sind durchlässig fürWasser und Ionen. Der hohe, durch Proteine verursachteosmotische Druck des Blutplasmas (s.o.) bewirkt einen Einstromvon Wasser in die Kapillaren und damit eine Rückführung vonWasser ins Blutgefässsystem. Auch Ionen diffundieren daraufhinins Blutplasma, weil sie dort schliesslich in geringererKonzentration vorliegen. Die Erzeugung des konzentrierten Harnserfolgt endgültig in den Sammelrohren. Diese sind durchlässig fürWasser. Wegen des Konzentrationsgefälles im Nierengewebeverlässt Wasser auf seinem Weg zum Nierenbecken dieSammelrohre auf ihrer ganzen Länge. Es wird von den Kapillarenim Bereich der Henleschen Schleifen, aber auch im Bereich derzweiten Aufknäuelung aufgenommen und wegtransportiert. Auchein Teil des Harnstoffs folgt dem Wasser in RichtungGewebeflüssigkeit, wo er zur Erhaltung des Konzentrationsgefällesbeiträgt.Der Endharn, der aus den Sammelrohren ausfliesst,verändert seine Zusammensetzung auf dem Weg durchHarnleiter, Blase und Harnröhre nicht mehr. WievielWasser aus den Nierenkanälchen zurückgewonnen wir,welche Konzentration der Harn also annimmt, wirddurch ein Hormon der Hypophyse (Adiuretin) bestimmt.Je mehr Adiuretin im Blut ist, desto mehr Wasserdiffundiert aus den Sammelrohren in dieZwischenzellflüssigkeit des Nierengewebes zurück undvon da ins Blutplasma, desto konzentrierter wird derEndharn (geringer Wasserverlust des Körpers). Beiabnehmendem Adiuretingehalt des Blutplasmasdiffundiert dagegen immer weniger Wasser aus denSammelrohren, es wird ein schwach konzentrierterEndharn erzeugt (hoher Wasserverlust des Körpers).Die Adiuretinabgabe aus der Hypophyse wird geregelt.Besondere Sinneszellen (Fühler) im Zwischenhirn(Regler) bestimmen den osmotischen Wert derZwischenzellflüssigkeit (Lymphe). Je höher derosmotische Wert ist, desto mehr Adiuretin wirdabgegeben, je niedriger, desto weniger. Die

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aus: J. B. Metzler, Linder Biologie.Stuttgart 1992, 20. Auflage, 199-200 (J.B. Metzlersche Verlagsbuchhandlung und Carl Ernst Poeschel Verlag GmbH).

Sammelrohre sind die Stellglieder des Regelkreises, derbewirkt, dass der Salzgehalt (Regelgrösse) derKörperflüssigkeit weitgehend konstant bleibt. (ZumRegelkreis s. Abb. 66.1 und Abb. 182.1).Die Regelung des Salzgehaltes der Körperflüssigkeitenerfordert eine ausreichende Wasserzufuhr. BeiWassermangel kommt es zu einer Erregung des"Durstzentrums", das ebenfalls im Zwischenhirn liegt.Schon bei einem Wasserverlust von 0.5% desKörpergewichtes (z.B. von 250 ml bei 50 kg) entstehtbeim Menschen Durst. Die empfindliche Reaktion desDurstzentrums ist zweckmässig, weil der Mensch bereitsbei einer Wasserabgabe von 15-20% desKörpergewichts verdurstet. Bei mässigerAussentemperatur ist dies ohne Trinken nach 10-20Tagen der Fall, in der Tropensonne aber wegen derhohen Schweissabgabe schon nach einigen Stunden.

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Arbeitsblatt 9: Aufbau des Nephrons

aus: Jaenicke Joachim, Miram W.: Biologie heute S II, Lehrerhandbuch für den Sekundar- schulbereich II. Band 1. Hannover 1990, 101 (Schroedel).

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aus: Jaenicke Joachim, Miram W.: Biologie heute S II, Lehrerhandbuch für den Sekundar- schulbereich II. Band 1. Hannover 1990, 107 (Schroedel).

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Gruppe 2: FUNKTION DER NIERE




Aufgaben

1) In den Nierenkörperchen entstehen bei einem Erwachsenen pro Tag ca. 180 l Primärharn.Erklären Sie in wenigen Sätzen das Prinzip, das hinter der Entstehung des Primärharnssteht. Beschreiben Sie auch die Zusammensetzung des Primärharns und geben Sie einekurze Begründung dazu, weshalb er so zusammengesetzt ist. (K2)

2) "Der aktive Kochsalztransport ist die treibende Kraft für die Wasserrückresorption."Dieser Satz wird oft zur Beschreibung des Mechanismus der Wasserrückresorptionverwendet. Geben Sie eine kurze Erläuterung zu diesem Satz. Gehen Sie hierbei auf diefolgenden Punkte ein:

* Wo geschehen Kochsalztransport und Wasserrückresorption?* Auf welchen Mechanismen beruhen sie?* Wie hängen diese beiden Stofftransporte zusammen?

(K2)

3) An der Regelung der Urinproduktion ist vor allem das Hormon Adiuretin beteiligt.Beschreiben Sie, wie diese Regulation im Einzelnen vor sich geht. Notieren Siestichwortartig die einzelnen Schritte dieser Regulation. Geben Sie ihrer Lösung die Formeines Pfeildiagramms.(K2)

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Gruppe 2: FUNKTION DER NIERE


Vergleichen Sie Ihre eigenen Lösungen mit den untenstehenden. Falls Sie einiges unvollständigoder falsch beantwortet haben, so gehen sie die entsprechenden Stellen im Text nochmalsdurch. Wenn Ihnen alle Antworten klar sind, sind Sie reif für die Expertenrunde.


Lösungen

1) Primärharn wird aus dem Blutplasma der Kapillaren im Nierenkörperchen ins Innere desNierenkanälchens gepresst (= Filtration). Dieser Vorgang wird durch die grosse AnzahlPoren in den Wänden der Nierenkörperchen und der Arteriolen begünstigt.Der Primärharn enthält alle im Blutplasma enthaltenen Substanzen mit Ausnahme derPlasmaeiweisse. Diese sind zu gross, um durch die Poren der Wände passieren zu können.

2) Der aufsteigende Schenkel der Henleschen Schleife ist wasserundurchlässig. Hier wirdaktiv NaCl aus dem Nierenkanälchen in die Zwischenzellflüssigkeit gepumpt. Somit steigtder osmotische Wert der Zwischenzellflüssigkeit an. Durch Osmose wird dann demwasserduchlässigen absteigenden Schenkel Wasser entzogen (passiv). Auch imkapselfernen Abschnitt des Nephrons geschieht auf dieselbe Weise ein Wasser-Ausstrom.

3) Sinneszellen im Zwischen- Je höher dieser Wert, Adiuretin wird überhirn bestimmen osmotischen è desto mehr Adiuretin è das Blut zu den Nieren-Wert der Zwischenzell- wird durch die Hypo- körperchen trans-flüssigkeit. physe ausgeschüttet. portiert.

↓↓

Der Harn wird Hohe Adiuretin-konzentrierter. ç konzentration bewirkt

eine höhere Wasserrück-Der osmotische Wert resorption aus dender Zwischenzellflüssigkeit ç Sammelrohren.wird so konstant gehalten.

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Nierenkrankheiten und Therapien

VorgehenWissenserwerba) Studieren Sie die Dokumente 3.1 und 3.2

Markieren Sie dabei das Wichtigste mit Farbe und / oder machen Sie sich Notizen auf einem separaten Blatt. Sie sollen ja das Gelernte nachher Ihren Klassenkameraden weitergeben können! [Zeit: 30 min]

b) Erstellen Sie kurze zusammenfassende Beschreibungen zu den folgenden Begriffen auf einem separaten Blatt:Nierensteine, Nierenentzündung, Nierenversagen, künstliche Niere, Nierentransplan- tation. [Zeit: 15 min]

c) Lösen Sie die Aufgaben der Schüler-Lernkontrolle. [Zeit: 15 min]




Material

- Dokument 3.1: Studientext mit Abbildungen zum Thema Nierenkrankheiten und Therapien

- Dokument 3.2: Krankheitszeichen bei mangelhaft arbeitenden Nieren

Lernziele

• Sie wissen Bescheid über Nierensteine, Nierenentzündung und Nierenversagen.• Sie wissen, wie eine künstliche Niere funktioniert.• Sie wissen, in welchen Fällen eine Nierentransplantation angezeigt ist und kennen die

möglicherweise dabei auftretenden Komplikationen.

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Gruppe 3: NIERENKRANKHEITEN; THERAPIEN Dokument 3.1W

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wer

den

lass

en s

ich

auf

drei

Urs

ache

n zu

rück

führ

en:

Nie

rens

tein

e, v

ersc

hied

ene

Aus

mas

se e

iner

Ent

zünd

ung

(häu

fig

mit

eine

rIn

fekt

ion

geko

ppel

t) u

nd F

ehlf

unkt

ione

n.N

iere

nstö

rung

en m

ögen

zun

ächs

t an

eine

r V

erri

nger

ung

des

Uri

ns

erka

nnt

wer

den:

an

Ger

uch,

Far

be, M

enge

ode

r K

larh

eit.

Nie

renb

esch

wer

den

habe

neb

enso

wen

iger

typi

sche

, den

gan

zen

Kör

per

betr

effe

nde

Au

swir

kung

en.

Ung

leic

hgew

icht

e in

den

Kör

perf

1üss

igke

iten,

den

Sal

zen

und

der

Blu

tzus

amm

ense

tzun

g ha

ben

wei

tläuf

ige

Aus

wir

kung

en. S

ie r

eich

en v

onei

nem

unb

estim

mte

n M

üdig

keits

gefü

hl u

nd M

uske

lkrä

mpf

en z

uSe

hstö

rung

en, S

chw

inde

l, Fi

eber

und

Flü

ssig

keits

ansa

mm

lung

en (

Öde

me)

,di

e zu

ein

er A

nsch

wel

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um

die

Knö

chel

, Aug

enlid

er o

der

ande

reK

örpe

rpar

tien

führ

en. D

as G

esam

ters

chei

nung

sbild

sol

cher

Zei

chen

lief

ert

dem

Arz

t jed

och

Hin

wei

se a

uf d

ie z

ugru

nde

liege

nde

Nie

rene

rkra

nkun

g. D

ieL

abor

unte

rsuc

hung

von

Uri

npro

ben

gibt

ebe

nfal

ls w

ertv

olle

Auf

schl

üsse

.

Stei

nlei

den

Nie

rens

tein

e si

nd e

in a

ltes

Lei

den

der

Men

schh

eit –

sog

ar b

ei ä

gypt

isch

enM

umie

n w

urde

n si

e ge

fund

en. I

n m

anch

en F

amili

en tr

eten

sie

übe

rG

ener

atio

nen

imm

er w

iede

r au

f, o

ft is

t ihr

e E

ntst

ehun

g au

f ei

nen

vere

rbte

nSt

offw

echs

elde

fekt

zur

ückz

ufüh

ren.

Übe

r 80

Pro

zent

der

Nie

rens

tein

e en

thal

ten

Kal

zium

, gew

öhnl

ich

als

Kal

zium

-Oxa

lat;

ande

re b

este

hen

aus

Phos

phat

en o

der

Ura

ten

(vor

alle

mbe

i der

Gic

ht).

Die

Ste

inbi

ldun

g st

eht m

it de

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alzi

umsp

iege

l im

Blu

t in

Ver

bind

ung.

Übe

rfun

ktio

n de

r N

eben

schi

lddr

üsen

, Kno

chen

fras

s be

i Kre

bsun

d E

rnäh

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sfeh

ler

wie

übe

rrei

che

Milc

hzuf

uhr

oder

ein

Übe

rsch

uss

anV

itam

in D

kom

men

in B

etra

cht.

Die

Ent

steh

ung

von

Stei

nen

wir

d ab

er a

uch

gefö

rder

t, w

enn

der

Har

nflu

ss v

erri

nger

t ist

wie

bei

läng

erer

Ent

wäs

seru

ng,

oder

wen

n si

ch s

ein

Säur

egeh

alt ä

nder

t wie

bei

Har

nweg

sent

zünd

unge

n. D

iew

ertv

olls

te u

nd e

infa

chst

e M

assn

ahm

e, u

m w

iede

rhol

te S

tein

bild

ung

zuve

rhüt

en, i

st e

ine

stän

dige

und

hoh

e Fl

üssi

gkei

tszu

fuhr

.D

ie A

usw

irku

ngen

ein

es S

tein

es h

änge

n vo

n se

iner

Grö

sse

ab; s

ehr

klei

nepa

ssie

ren

die

Har

nweg

e oh

ne K

rank

heits

zeic

hen.

Sin

d si

e gr

össe

r al

s et

wa

eine

n Z

entim

eter

, so

blei

ben

sie

im N

iere

nbec

ken,

vie

lleic

ht a

uch

ohne

Sym

ptom

e. H

ier

könn

en s

ie w

eite

r w

achs

en u

nd tr

otzd

em w

eitg

ehen

dun

erka

nnt b

leib

en, s

ogar

wen

n si

e fa

st d

en g

e- s

amte

n H

arnr

aum

aus

fülle

n.M

ittel

gros

se S

tein

e be

reite

n di

e m

eist

en B

esch

wer

den.

Sie

gel

ange

n of

t in

den

Har

nlei

ter

und

blei

ben

dort

stec

ken.

Der

Har

n st

aut s

ich

zu d

en N

iere

nzu

rück

, wäh

rend

die

per

ista

ltisc

hen

Bew

egun

gen

der

Har

nlei

terw

and

vers

uche

n, d

ie S

tein

e w

eite

r zu

trei

ben.

Die

beg

leite

nden

, une

rträ

glic

hen

Schm

erze

n tr

eten

in W

elle

n au

f, d

ie d

er P

eris

talti

k en

tspr

eche

n, u

nd w

erde

nhä

ufig

als

Nie

renk

olik

(ge

naue

r H

arnl

eite

rkol

ik)

beze

ichn

et. D

ieB

ehan

dlun

g re

icht

von

Med

ikam

ente

n bi

s zu

m o

pera

tiven

Ein

grif

f. E

ine

dünn

e, f

ührb

are

Sond

e (U

rete

rosk

op)

wir

d üb

er H

arnr

öhre

und

Bla

se in

den

Har

nlei

ter

eing

efüh

rt, u

m d

en S

tein

zu

ergr

eife

n un

d zu

ent

fern

en o

der

ihn

vor

Ort

zu

zers

töre

n, d

amit

der

Har

nstr

om d

ie F

ragm

ente

for

tspü

lt. D

ieZ

ertr

ümm

erun

g m

anch

er S

tein

e m

it U

ltras

chal

lwel

len

hat s

ich

eben

falls

als

erfo

lgre

ich

erw

iese

n. S

tein

e bi

lden

sic

h au

ch in

der

Har

nbla

se; s

ie k

önne

nSc

hmer

zen,

Har

nver

haltu

ng u

nd B

lut i

m U

rin

(Hae

mat

urie

) ve

rurs

ache

n.A

uch

hier

sin

d di

e St

eine

gew

öhnl

ich

mit

Hilf

e ei

nes

Zys

tosk

ops

oder

dur

chU

ltras

chal

lwel

len

zu z

ertr

ümm

ern

und

zu b

esei

tigen

.

Infe

ktio

n un

d E

ntzü

ndun

gD

as R

isik

o ei

ner

Bes

iede

lung

des

Har

ntra

ktes

mit

Kei

men

ist b

ei F

raue

ngr

össe

r al

s be

i Män

nern

. Ihr

e kü

rzer

e H

arnr

öhre

beg

ünst

igt e

ine

Infe

ktio

nvo

n au

ssen

; die

Har

nbla

sene

ntzü

ndun

g (Z

ystit

is)

kann

auf

das

Ein

drin

gen

von

Kra

nkhe

itser

rege

rn o

der

auf

Rei

zsto

ffe

im U

rin

zurü

ckge

führ

t wer

den.

Die

Ent

zünd

ung

der

Nie

ren

läuf

t unt

er e

iner

gan

zen

Zah

l von

Nam

en, j

ena

chde

m, w

elch

er T

eil d

es O

rgan

s be

falle

n is

t. E

ine

Glo

mer

ulon

ephr

itis

betr

ifft

die

Filt

erei

nric

htun

g, is

t ver

knüp

ft m

it ve

rsch

iede

nen

zugr

unde

liege

nden

Stö

rung

en u

nd U

rsac

he v

on e

twa

30 P

roze

nt d

er F

älle

chro

nisc

hen

Nie

renv

ersa

gens

. Ein

ige

Stre

ptok

okke

n-In

fekt

e, d

ie z

unäc

hst

als

Hal

sent

zünd

ung

oder

Sch

arla

ch in

Ers

chei

nung

tret

en, k

önne

nm

anch

mal

ein

ige

Woc

hen

spät

er z

u ei

ner

Glo

mer

ulon

ephr

itis

führ

en. W

enn

die

glom

erul

äre

Erk

rank

ung

eine

n pl

ötzl

iche

n B

lutd

ruck

anst

ieg

und

eine

Hae

mat

urie

zei

gt, s

pric

ht m

an a

uch

von

eine

r ak

uten

Nep

hriti

s.B

ei d

er a

kute

n N

iere

nbec

kene

ntzü

ndun

g (P

yelo

neph

ritis

) sp

ielt

sich

die

Ent

zünd

ung,

häu

fig

auf

dem

Bod

en e

ines

Inf

ekte

s, in

den

obe

ren

able

itend

en

24

Har

nweg

en (

Sam

mel

rohr

e, P

apill

argä

nge

und

Nie

renb

ecke

n) a

b.Sc

hwan

gers

chaf

t, H

arnv

erle

gung

, Dia

bete

s un

d ve

rsch

iede

ne M

edik

amen

tebe

güns

tigen

ihre

Ent

steh

ung;

als

Zei

chen

tret

en F

iebe

r, S

chüt

telf

rost

und

Hae

mat

urie

auf

. Wir

d de

r In

fekt

nic

ht b

ehan

delt,

bild

en s

ich

Nie

rena

bsze

sse

und

blei

bend

e V

erna

rbun

gen

aus.

Vie

le P

atie

nten

mit

eine

r ch

roni

sche

n Py

elon

ephr

itis

habe

n ei

neH

arnw

egsv

erle

gung

mit

Rüc

ksta

u un

d an

schl

iess

ende

r In

fekt

ion.

Es

müs

sen

aber

nic

ht w

ie b

ei d

er a

kute

n Fo

rm s

pezi

fisc

he S

ympt

ome

auft

rete

n;m

anch

mal

wir

d di

e E

rkra

nkun

g er

st b

ei e

iner

Rou

tine-

Unt

ersu

chun

gau

fged

eckt

. Ein

ige

Patie

nten

leid

en u

nter

hoh

em B

lutd

ruck

und

allg

emei

nen

Bes

chw

erde

n. D

ie c

hron

isch

e Py

elon

ephr

itis

ist f

ür e

twa

20 P

roze

nt d

erFä

lle c

hron

isch

en N

iere

nver

sage

ns v

eran

twor

tlich

.

Ver

sage

n de

r N

iere

nW

enn

die

Nie

ren

ihre

Arb

eit n

icht

meh

r sc

haff

en, a

us e

inem

von

meh

r al

sD

utze

nd G

ründ

en, i

st d

as E

rgeb

nis

ein

Nie

renv

ersa

gen;

es

kann

ras

ch(a

kut)

ode

r la

ngsa

m s

chle

iche

nd (

chro

nisc

h) in

Ers

chei

nung

tret

en.

Das

aku

te N

iere

nver

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n en

twic

kelt

sich

inne

rhal

b vo

n St

unde

n od

erT

agen

. Die

Urs

ache

n ra

ngie

ren

von

star

kem

Blu

tver

lust

bis

zur

sch

wer

enG

lom

erul

onep

hriti

s, v

on e

iner

Ver

gift

ung

(z.B

. mit

Fros

tsch

utzm

ittel

) bi

szu

r pl

ötzl

iche

n un

d ko

mpl

ette

n H

arnv

erle

gung

. Ein

e A

ushe

ilung

ist s

ehr

wah

rsch

einl

ich,

vor

ausg

eset

zt, ä

rztli

che

Hilf

e is

t sof

ort g

reif

bar,

mög

liche

rwei

se m

it vo

rübe

rgeh

ende

r E

rnäh

rung

dur

ch d

ie V

enen

und

Kur

zzei

t-D

ialy

se, u

m d

en P

atie

nten

übe

r di

e kr

itisc

he P

hase

hinw

egzu

brin

gen.

Es

kann

alle

rdin

gs s

echs

Woc

hen

daue

rn, b

is d

ie N

iere

nw

iede

r m

it de

r H

arnp

rodu

ktio

n be

ginn

en u

nd v

ielle

icht

Jah

re, b

is ih

reFu

nktio

n w

iede

r no

rmal

ist.

Chr

onis

ches

Nie

renv

ersa

gen

ist d

ie h

äufi

gste

Tod

esur

sach

e ei

ner

Nie

renk

rank

heit.

Sei

ne S

ympt

ome

sind

vie

lfäl

tig u

nd w

echs

elha

ft, z

uA

nfan

g nu

r an

gede

utet

und

unb

estim

mt.

Sie

rühr

en v

on e

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Anh

äufu

ngvo

n St

offw

echs

elsc

hlac

ken

im B

lut h

er, v

erbu

nden

mit

eine

mZ

usam

men

bruc

h de

r no

rmal

en B

lut-

Har

nsch

rank

e un

d ei

nem

Sch

eite

rnw

eite

rer

wic

htig

er, v

on d

en N

iere

n ko

ntro

llier

ter

Proz

esse

. Die

Unt

ersu

chun

g ei

ner

Har

npro

be z

eigt

dem

Arz

t, w

ie w

eit d

ie S

töru

ng

fort

gesc

hritt

en is

t, du

rch

das

Auf

tret

en v

on E

iwei

ss, r

oten

und

wei

ssen

Blu

tkör

perc

hen

und

Har

nzyl

inde

rn (

aus

eiw

eiss

halti

gem

Mat

eria

l, da

s in

die

Har

nkan

älch

en g

esto

pft u

nd d

ann

in d

ie B

lase

aus

gew

asch

en w

urde

). W

enn

die

Nie

ren

vers

agen

, gib

t es

zwei

Beh

andl

ungs

mög

lichk

eite

n: E

rsat

z du

rch

eine

Mas

chin

e od

er d

ie N

iere

ein

es a

nder

en M

ensc

hen.

Die

kün

stlic

he N

iere

Die

Nie

re w

ar d

as e

rste

grö

sser

e O

rgan

, des

sen

Hau

ptfu

nktio

n vo

n ei

ner

Mas

chin

e, d

em D

ialy

sato

r, n

achg

eahm

t wer

den

konn

te. A

lle k

ünst

liche

nN

iere

n ar

beite

n na

ch d

em P

rinz

ip d

er D

ialy

se: d

er W

ande

rung

kle

iner

Tei

lche

n vo

n ei

ner

Flüs

sigk

eit i

n ei

ne a

nder

e, b

eide

dur

ch e

ine

porö

se,

halb

durc

hläs

sige

(se

mip

erm

eabl

e) M

embr

an v

onei

nand

er g

etre

nnt.

Grö

sser

eM

olek

üle

wie

Eiw

eiss

e kö

nnen

die

se T

renn

haut

nic

ht p

assi

eren

. In

eine

mD

ialy

sato

r be

find

et s

ich

auf

der

eine

n Se

ite d

er s

emip

erm

eabl

en M

embr

anda

s B

lut m

it se

inen

Zel

len,

Pla

smae

iwei

ssen

, Sal

zen

und

Schl

acke

n, a

uf d

eran

dere

n Se

ite e

ine

hand

elsü

blic

he S

alzl

ösun

g m

it de

r ri

chtig

en M

isch

ung

und

Kon

zent

ratio

n kl

eine

r M

olek

üle.

Die

Sch

lack

en u

nd u

nerw

ünsc

hten

Min

eral

ien

wan

dern

vom

Blu

t dur

ch d

ie M

embr

an in

das

“Sa

lzba

d“, d

ieZ

elle

n un

d E

iwei

sse

blei

ben

jedo

ch z

urüc

k. D

as F

lüss

igke

itsvo

lum

en d

esSa

lzba

des

ist s

o gr

oss,

das

s di

e Sc

hlac

ken

schn

ell v

erdü

nnt w

erde

n un

d ih

reK

onze

ntra

tion

im B

lut s

ich

norm

alis

iert

. Das

Pri

nzip

klin

gt e

infa

ch, d

iePr

axis

ist e

s ni

cht.

Mög

liche

Kom

plik

atio

nen

könn

en e

ine

Blu

tger

innu

ngin

nerh

alb

des

Ger

ätes

, ein

e V

ergi

ftun

g de

s Pa

tient

en d

urch

die

Dia

lyse

flüs

sigk

eit o

der

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Ein

schl

euse

n ei

nes

Infe

ktes

sei

n. D

ie D

ialy

seka

nn e

inig

e St

unde

n pr

o T

ag n

otw

endi

g se

in, a

n m

ehre

ren

Tag

en je

der

Woc

he.

Jede

smal

mus

s m

it ei

ner

gros

sen

Kan

üle

ein

neue

r G

efäs

szug

ang

als

Ver

bind

ung

des

Patie

nten

krei

slau

fs m

it de

m G

erät

ges

chaf

fen

wer

den;

die

sze

rstö

rt im

Lau

fe d

er Z

eit d

ie B

lutg

efäs

se d

es P

atie

nten

. Ein

e H

ilfe

ist d

ieA

nlag

e lä

nger

bra

uchb

arer

kün

stlic

her

Ver

bind

unge

n (s

og. S

hunt

s)zw

isch

en e

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Arm

vene

und

-sc

hlag

ader

mit

eine

r K

unst

stof

fkan

üle

oder

die

Scha

ffun

g ei

ner

arte

riov

enös

en F

iste

l, di

e vi

ele

Mal

e an

geza

pft w

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nka

nn. E

inig

e Pa

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en s

uche

n da

s K

rank

enha

us o

der

Dia

lyse

stat

ione

n au

f;di

e m

oder

nen

kom

pakt

en G

erät

e so

wie

der

en n

arre

nsic

here

Han

dhab

ung

25

gest

atte

n ab

er a

uch

eine

Hei

mdi

alys

e.E

ine

rela

tiv ju

nge

Ent

wic

klun

g is

t die

Per

itone

aldi

alys

e. D

iese

ben

utzt

die

körp

erei

gene

sem

iper

mea

ble

Mem

bran

, das

Bau

chfe

ll (P

erito

neum

), d

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26

aus: Benner Klaus-Ulrich: Der Körper des Menschen. Augsburg 1991, 182,184-186 (Weltbild Verlag GmbH).

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Gruppe 3: NIERENKRANKHEITEN; THERAPIEN Dokument 3.2

aus: Benner Klaus-Ulrich: Der Körper des Menschen. Augsburg 1991, 184 (Weltbild Verlag GmbH).

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Gruppe 3: NIERENKRANKHEITEN UND THERAPIEN




Aufgaben

1) Welches sind mögliche Symptome, die allgemein bei Nierenbeschwerden auftretenkönnen? Geben Sie die Lösung stichwortartig. (K1)

2) Warum wird bei einer künstlichen Niere eine halbdurchlässige (semipermeable) Membranverwendet? (K2)

3) NierensteineNennen Sie zwei mögliche Ursachen für die Entstehung. Was sind die häufigstenSymptome? Mögliche Behandlung? Gibt es vorbeugende Massnahmen?Geben Sie Ihre Antwort stichwortartig. (K1)

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Gruppe 3: NIERENKRANKHEITEN UND THERAPIEN




Lösungen

1) Geruch, Farbe, Menge, Klarheit des Urins verändertMüdikeitsgefühl, Muskelkrämpfe, Sehstörungen, Schwindel, Fieber, Anschwellungenverschiedener Körperteile.

2) Eine semipermeable Membran hält Plasmaeiweisse und andere grossmolekulareSubstanzen zurück, lässt aber Harnstoff und andere Abbauprodukte durchtreten. So kanndas Blut von diesen unbrauchbaren Stoffen befreit und somit gereinigt werden.

3) Ursachen für die Entstehung: Überfunktion der Nebenschilddrüse, Knochenfrass bei Krebs, Ernährungsfehler (z.B. zuviel Milch oder Vit. D)

Symptome: v.a. bei mittelgrossen Steinen: grosse Schmerzen, da sieim Harnleiter steckenbleiben.

Behandlung: Medikamente; Operativer Eingriff (Stein herausholen oder an Ort zertrümmern)

Vorbeugung: genügend hohe Flüssigkeitszufuhr

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Ausscheidungsorgane bei WirbellosenEin Vergleich

Vorgehen

Wissenserwerba) Studieren Sie das Dokument 4.1. [Zeit: 15 min]

Markieren Sie dabei das Wichtigste mit Farbe und / oder machen Sie sich Notizen aufeinem separaten Blatt. Sie sollen ja das Gelernte nachher Ihren Klassenkameradenweitergeben können!

b) Bearbeiten Sie das Arbeitsblatt in Dokument 4.2 (pulsierende Vakuole bei Einzellern).Die Lösungen hierzu finden Sie in Dokument 4.3. Schauen Sie sich diese Lösungen abererst dann an, wenn Sie das Arbeitsblatt selbständig gelöst haben. So lernen Sie ammeisten. [Zeit: 10 min]

c) Präparation eines Regenwurms, Herausschneiden eines Ausscheidungsorgans, Betrachtenunter dem Mikroskop.Sie sezieren zu zweit einen Regenwurm nach der Anleitung in Dokument 4.4.[Zeit: 20 min]




Material

- Dokument 4.1: Lehrtext zum Thema "Ausscheidung"- Dokument 4.2: Arbeitsblatt "Funktion der pulsierenden Vakuole bei Einzellern"- Dokument 4.3: Lösung zum Arbeitsblatt- Dokument 4.4: Anleitung zur Präparation eines Regenwurms und seiner Ausscheidungs-

organe.Hierzu: abgetötete Regenwürmer (je 1 Exemplar pro Zweiergruppe), Präparierbecken, Präparierbesteck, physiologische Kochsalzlösung, Mikroskop mit Objektträger und Deckplättchen.

Lernziele

• Sie kennen die vier verschiedenen Typen von Ausscheidungsorganen bei Wirbellosen.• Die Struktur der Ausscheidungsorgane eines Regenwurms haben Sie im Detail

kennengelernt.

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Gruppe 4: AUSSCHEIDUNGSORGANE BEI WIRBELLOSEN Dokument 4.1EIN VERGLEICH

aus: Metzler J.B.: Linder Biologie. Stuttgart 1992, 20. Auflage, 198-199 (J.B. Metzlersche Verlagsbuchhandlung).

5. Die Ausscheidung

Im Energie- und Baustoffwechsel entstehenfortwährend Abbaustoffe (Stoffwechselendprodukte).Sie sind für den Körper wertlos oder gar schädlich undmüssen deshalb ausgeschieden werden (Exkrete). DieAusscheidung ist also ein natürlicher Teilvorgang imallgemeinen Stoffwechselgeschehen. Kohlenhydrateund Fette werden zu CO2 und H2O oxidiert. AlsEndprodukte des Eiweissabbaues entstehen CO2, H2Ound NH3. Das Kohlenstoffdioxid wird zumeist durchdie Atmungsorgane aus dem Körper entfernt. Dasgiftig wirkende Ammoniak ist leicht wasserlöslich undkann nur von Wassertieren über die Atmungsorganeund die Körperoberfläche ausgeschieden werden.Viele Tiere, vor allem die landlebenden, verwandelnAmmoniak in den leicht löslichen Harnstoff oder indie fast unlösliche Harnsäure. Beide Stoffe werden,ebenso wie andere Exkrete, nicht nur durch die Haut,sondern auch durch besondere Organe, dieAuscheidungs- oder Nierenorgane, aus dem Körperentfernt.

5.1 Die Ausscheidungsorgane

Bei den Wirbellosen findet man drei Typen vonAusscheidungsorganen.Die Protonephridien der Plattwürmer (s. Abb. 198.1)sind ein verzweigtes, blind geschlossenesRöhrensystem. Die einzelnen Röhrchen beginnen mitWimpernflammenzellen. Durch den Schlag derWimpern, die in den Anfang der Röhren hineinragen,entsteht ein leichter Unterdruck, so dassGewebeflüssigkeit durch reusenartige Teile der Zelleangesaugt wird.

Viele höhere Wirbellose, die eine Leibeshöhlebesitzen, haben als Ausscheidungsorgane Nephridien.Diese sind ebenfalls röhrenförmig, beginnen aberoffen in der Leibeshöhle mit einem Wimperntrichter.Auch der schleifenförmige Ausscheidungskanal istteilweise bewimpert (Abb. 198.2). In dasAusscheidungsorgan gelangt dieLeibeshöhlenflüssigkeit. Im ausgeschiedenen Harnsind allerdings nur noch solche Stoffe enthalten, dieder Körper nicht mehr verwerten kann. Daraus kannman schliessen, dass die Zellen desAusscheidungskanals die noch verwertbaren Stoffe derLeibeshöhlenflüssigkeit dem Kanalinhalt wiederentziehen können.Die Ausscheidungsorgane der luftlebendenGliederfüssler, die Malpighischen Gefässe, sinddünne, schlauchförmige, geschlossenen Nierenorgane,die in den Enddarm münden. Die Ausscheidung derAbbaustoffe aus der umspülendenLeibeshöhlenflüssigkeit durch ihre Wandzellenbestätigt folgender Versuch:Injiziert man einem Insekt (z.B. einerStabheuschrecke) eine kleine Menge 0.15%igerIndigokarminlösung (blauer Farbstoff) in dieLeibeshöhle, so sind nach 1-2 Stunden nur dieMalpighischen Gefässe dunkelblau gefärbt. Nachweiteren 1-2 Stunden erscheint der Farbstoff im Kot.Das Ausscheidungsorgan der Wirbeltiere ist die Niere.Sie ist trotz ihres komplizierten Baus funktionell undanatomisch an die Nephridien der Ringelwürmeranzuschliessen.

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Abb. 2/26: Malpighische Gefässe eines Insekts (Drosophila)Die Malpighischen Gefässe finden sich bei landlebenden Gliederfüsslern, z.B. Insekten. Ihrelangen, meist unverzweigten und am Ende geschlossenen Schläuche (Tubuli) liegen frei n derLeibeshöhle. Die Zellen der Schlauch wände entnehmen dem in der Leibeshöhle befindlichenBlut vor allem Produkte des Eiweissstoffwechsels und bauen sie zu Harnsäure, Harnstoff undCarbonaten um. Die Gefässe münden zwischen Mittel- und Enddarm in den Darm.

aus: Hassinger H., Wiebusch R.-D.: Einführung in die Biologie Sekundarstufe II. Frankfurt am Main, Aarau 1989, 48 (Diesterweg, Sauerländer).

aus: Scharf K.-H., Weber W.: Stoffwechselphysiologie (Materialien für den Sekundarschulbe-reich II, Biologie). Hannover 1991, 139 (Schroedel).

Auch Protozoen sind auf die Regulation derOsmolarität und des Ionenhaushalts angewiesen.Süsswasserprotozoen wie das Pantoffeltierchen(Paramecium) sind stets hypertonisch gegenüber demumgebenden Wasser. Daher strömt laufend aufosmotischem Wege Wasser über die Zelloberfläche indie Zelle ein, allerdings auch mit derNahrungsaufnahme. Für Süsswasserprotozoen sindpulsierende Vakuolen charakteristisch, die sichrhythmisch nach aussen entleeren. BeimPantoffeltierchen ist die Pulsationsfrequenz relativhoch, so dass die im Wechseltakt erfolgendeEntleerung der beiden auffallenden pulsierendenVakuolen im Mikroskop gut beobachtet werden kann.Bei der Amöbe dagegen beträgt der zeitliche Abstandzwischen zwei Pulsationen der einzigen Vakuolemehrere Minuten.Die Tatsache, dass die Pulsationsfrequenz bei diesenProtozoen bei Verdünnung des Aussenmediumsansteigt, bei dessen Konzentrierung aber abnimmt,lässt darauf schliessen, dass die pulsierendenVakuolen vorwiegend der Abgabe überschüssigenWassers dienen. Die im isotonischen Milieu lebendenMeeresprotozoen besitzen bezeichnenderweise keinepulsierenden Vakuolen.

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Arbeitsblatt: Funktion der pulsierenden Vakuole bei Einzellern

Bringen Sie die Teilabbildungen A bis F in eine sinnvolle Reihenfolge! Welcher Vorgang istjeweils schematisch dargestellt?

aus: Hoff Peter, Jaenicke J, Miram W: Biologie heute G, Lehrerhandbuch für den Sekundar-schulbereich II, Band 2. Hannover 1988, 101 (Schroedel).

Anmerkung:Sie haben diesen Vorgang schon einmal in anderem Zusammenhang am Pantoffeltierchen unterdem Mikroskop beobachtet. Es wird hier deshalb darauf verzichtet, dies nochmals zu wieder-holen. Versuchen Sie sich an dieses Experiment zu erinnern! In Dokument 4.1 finden Sie aucheinige Hinweise zur Lösung dieser Aufgabe.

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Lösung zum Arbeitsblatt "Funktion der pulsierenden Vakuole bei Einzellern"

Arbeitsplatz 8: Funktion der pulsierenden Vakuole A. Die Kanäle entleeren sich in eine Vakuole (Systolebei Einzellern der Ampullen).

B. Die Vakuole hat das Wasser aus den Kanälen auf-C. Durch Osmose dringt Wasser in die Zelle ein. genommen (Diastole der pulsierenden Vakuole)E. Das überschüssige Wasser wird in sternförmig F. Die Vakuole presst das Wasser durch einen Ausfüh-angeordneten Kanälen (Ampullen) gesammelt. rungskanal nach aussen (Systole der pulsierendenD. Die Kanäle sind durch das aufgenommene Wasser Vakuole).angeschwollen (Diastole der Ampullen).

aus: Hoff Peter, Jaenicke J, Miram W: Biologie heute G, Lehrerhandbuch für den Sekundar-schulbereich II. Band 2. Hannover 1988, 106 (Schroedel).

________________________________________________________________________


Anleitung zur Präparation eines Regenwurms und seiner Ausscheidungsorgane

aus: Schönmann W.: Tierkunde. Zürich 1974, 7. Auflage, 55 (SABE).

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Gruppe 4: AUSSCHEIDUNGSORGANE BEI WIRBELLOSEN - EIN VERGLEICH




Aufgaben

1) Sie haben Protonephridien und Nephridien kennengelernt.Nennen Sie drei grundlegende Unterschiede zwischen diesen beiden Typen vonAusscheidungsorganen. Machen Sie hierfür eine Tabelle. (K2)

2) Bei Einzellern ist ein ganz einfacher Typ eines Ausscheidungsorgans entwickelt.Welches grundlegende Prinzip, das man bei allen Ausscheidungsorganen in der Tierweltfindet, ist auch hier schon verwirklicht?Für eine korrekte Beantwortung dieser Frage genügt die Angabe von zwei Aspekten. (K4)

3) Malpighische GefässeIn Dokument 4.1 ist ein Versuch mit einem Insekt beschrieben. Einem Insekt wird einblauer Farbstoff in die Leibeshöhle gespritzt. Nach 1-2 Stunden sind nur noch dieMalpighischen Gefässe dunkelblau gefärbt. Nach weiteren 1-2 Stunden erscheint derFarbstoff im Kot.Beschreiben Sie mit eigenen Worten, was mit dem Farbstoff von der Injektion bis zumErscheinen im Kot geschieht. (K2)

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Gruppe 4: AUSSCHEIDUNGSORGANE BEI WIRBELLOSEN - EIN VERGLEICH



Sollten auch nach wiederholtem Durchgehen des Studienmaterials noch Unklarheiten da sein,so können Sie sich innerhalb der Gruppe fachlich beraten. Vielleicht ist dem einen oder anderenetwas besser klar geworden. Können die Schwierigkeiten auch so nicht gelöst werden, sobesteht die Möglichkeit, den Lehrer zu fragen.

Lösungen

1) Protonephridien NephridienVorkommen bei Tieren ohne Vorkommen v.a. bei Tieren mitLeibeshöhle (Coelom) Leibeshöhle (Coelom)sind blind geschlossen beginnen offen in der Leibeshöhleverzweigtes Röhrensystem unverzweigt

2) Sammlung des überschüssigen Wassers in einer OrganstrukturAusscheidung desselben über einen Ausscheidungskanal

3) Nach Injektion verteilt sich der Farbstoff in der Leibeshöhle. Die Malpighischen Gefässesammeln diesen dann mit ihren Tubuli ein und befördern ihn in den Darm. Dort ermischtsich der Farbstoff mit dem Kot und wird in dieser Form ausgeschieden.

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ZUSATZBLATT FÜR ALLE GRUPPEN

Minididaktik

Für die Vermittlung von Lehrstoff ist es sehr wichtig, wie man die Sache angeht. Ein einfachesUnterrichten ohne Konzept führt meistens nicht zu den erwünschten Lernerfolgen. Da könnenerprobte Methoden für die Lehrperson von grossem Nutzten sein. Untenstehend ist eine solchedidaktische Methode aufgeführt. Sie können sich bei den Vorbereitungen für dieUnterrichtsrunde an ihr orientieren. Sie sind aber nicht daran gebunden. Wenn Sie eine bessereMethode im Kopf haben, können Sie auch diese nehmen.

Hier die vorgeschlagene Methode in 5 Schritten:

1. ÜbersichtGeben Sie den anderen Schülern in drei Sätzen eine Übersicht über das, was Sie bei IhremStoffgebiet gelernt haben. Sagen Sie Ihnen nur, was für Sie das Wichtigste war, z.B. "Icherzähle Ihnen in der nächsten Viertelstunde, wie die menschliche Niere aufgebaut ist".Sprechen Sie umgangssprachlich; vermeiden Sie vorerst jegliche Verwendung vonFachausdrücken.

2. Was wissen oder können die Zuhörer nachherSagen Sie Ihren Mitschülerinnen, was sie nach der Unterrichtsstunde von IhremStoffgebiet wissen und was sie nachher können müssen. Orientieren Sie sich dafür an IhrenLernzielen vorne in Ihren Unterlagen.

3. UnterrichtsblockHier folgt die eigentliche Vermittlung des Stoffes. Versuchen Sie möglichst anschaulich zuunterrichten, z.B. durch Verwendung von Illustrationen. Die Zuhörer sollten sich etwasvorstellen können. Bei grösserem oder schwierigem Unterrichtsstoff ist es von Vorteil,diesen in kleinere Einheiten zu gliedern.In dieser Phase sollen sich die Zuhörer ihre eigenen Notizen machen.

4. RückmeldungenGeben Sie ihrem Publikum die Möglichkeit Fragen zu stellen. Beantworten Sie diese nachIhrem besten Wissen und Können. Erklären Sie gegebenenfalls die unklaren Sachverhaltenochmals.

5. ZusammenfassungZum Abschluss ihrer Unterrichtszeit fassen Sie das Ganze nochmals in Kürze zusammen.Formulieren Sie das Wichtigste in prägnanter Form. Verwenden Sie auch hier eventuellnochmals Ihr Anschauungsmaterial.

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Anhang 1: Lehrer-Lernkontrolle / Test

Fragen Serie A

1. Das Nierenmark ist in mehrere Nierenpyramiden unterteilt.Skizzieren Sie grob eine solche Nierenpyramide sowie die daran anschliessendeNierenrinde. Bezeichnen Sie alle darin enthaltenen Feinstrukturen.Wenn Sie mindestens drei Stukturen in der Zeichnung benennen können, ist die Lösungin Ordnung. (K2)

2. Eine mikroskopische Untersuchung eines Schnitts von Nierengewebe zeigttrichterförmige Strukturen mit langen Stielen.a) Wie nennt man diese Gebilde? (K1)b) Weshalb werden sie als die funktionelle Einheit der Niere bezeichnet? (K4)Für die Beantwortung von Teilfrage b) reicht ein prägnanter Satz.

3. Die Hauptaufgabe des Harnsystems ist die Aufrechterhaltung des inneren Milieus.Durch welche drei Funktionen des Harnsystems wird diese Aufgabe gelöst?Geben Sie ihre Antwort in Stichworten. (K1)

4. Die eigentliche Exkretion geschieht in den Nephronen.Erklären Sie in wenigen Sätzen, auf welche Weise dem Blut in den GlomeruliAbfallstoffe entzogen werden und wie sich die Zusammensetzung des Primärharns in denNierenkanälchen noch ändert.Ihre Antwort sollte auch die zwei zugehörigen physikalischen Fachausdrücke enthalten.(K2)

5. Erklären Sie in wenigen Sätzen, wie eine künstliche Niere funktioniert.Beschreiben Sie insbesondere das physikalische Prinzip. Es werden keine Details inBezug auf die Maschinerie verlangt.(K2)

6. Ein Experiment zum Thema Niere:a) Etwas Harnstoff wird mit wenig Wasser aufgelöst. Dann Zugabe von Salpetersäure.b) 20 ml menschl. Harn werden eingedampft. Dann ebenfalls Zugabe von Salpetersäure.Resultate: In Versuch a) sowie in Versuch b) entstand ein weisser Niederschlag.Fragen: Welche drei Aussagen können Sie anhand dieser Resultate machen? Auf welchemögliche Nierenerkrankung nimmt das Resultat von b) Bezug? (K4)

7. Sie haben vier Typen von Ausscheidungsorganen kennengelernt, die bei Nicht-Wirbeltieren vorkommen.Nennen Sie diese vier Typen mit dem Fachbegriff, geben Sie an, bei welcher Tiergruppesie vorkommen und geben Sie für jeden Typ einen bei uns in der Schweiz vorkommendenVertreter (Tierart). (K1)

8. Weshalb können die pulsierenden Vakuolen der Einzeller als Exkretionsorganebezeichnet werden? Geben Sie Ihre Antwort so, indem sie kurz die Funktion derpulsierenden Vakuolen erläutern. (K2)

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Antworten Serie A

1. Die Zeichnung sollte enthalten:Nierenrinde mit Glomeruli, Nierenmark mit Sammelrohren und Nierenkelch, evtl.Nierenpyramide (2 Punkte)

2 a) Nephron (1 Punkt)b) Ein einziges Nephron ist ein der Lage, Blut von Abfallstoffen zu befreien und auchüberschüssiges Wasser auszuscheiden. (1 Punkt)

3. Abfiltern von Abfallprodukten des Stoffwechsels aus dem Blut und Ausscheidung ausdem Körper.Mithilfe bei der Regulation des Wasserhaushaltes des Körpers.Hilfe bei der Regulation des Säure-Basen-Gleichgewichtes des Körpers.(3 Punkte)

4. Primärharn wird aus dem Blutplasma der Kappillaren im Nierenkörperchen ins Innere desNierenkanälchens gepresst (=Filtration). Die Plasmaeiweisse werden dabeizurückgehalten. (1Punkt)In den Nierenkanälchen werden dem Primärharn die noch verwertbaren Stoffe sowie eingrosser Teil des Wassers wieder entzogen (=Rückresorption). (1 Punkt)

5. Die Antwort sollte die folgenden Punkte enthalten:Prinzip Dialyse, halbdurchlässige (semipermeable Membran). Auf der einen Seite dieserMembran das Blut des Patienten, auf der anderen Seite eine Salzlösung mit kleinenMole-

külen. Harnstoff und andere Abbauprodukte wandern durch,Plasmaeiweisse und andere grossmolekulare Substanzen bleiben zurück. (2 Punkte)

6. Harnstoff ist gut wasserlöslich. Er kann jedoch mit bestimmten Ionen (z.B Nitrat, vonSalpetersäure stammend) schwerlösliche Niederschläge bilden.Menschlicher Harn enthältHarnstoff.Die Niederschläge deuten auf Nierensteine hin.(2 Punkte)

7. Pulsierende Vakuole Einzeller Pantoffeltierchen, Amöbe, ...Protonephridien Plattwürmer Planarie, Hundebandwurm,

Leberegel, ...Nephridien viele höhere Wirbellose Regenwurm, Spulwurm, ...Malpighische Gefässe land-/luftlebende Gliederfüssler Honigbiene, Stubenfliege,

Maikäfer, ...(3 Punkte)

8. Das überschüssige, durch Osmose aufgenommene Wasser wird in radiär angeordnetenKanälchen gesammelt und in die Vakuole entleert. Die Vakuole presst das Wasser übereinen Ausführkanal nach aussen (=Ausscheidung =Exkretion). (2 Punkte)

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Fragen Serie B

1. Wo befinden sich bei einem einzelnen Nephron die Blutgefässe, wie werden sie genanntund welche Aufgaben übernehmen sie?Es wird bei dieser Aufgabe die Beschreibung von vier Blutgefäss-Typen verlangt. (K2)

2. Warum ist die Niere nierenförmig? Kann man von dieser äusseren Form Schlüsse ziehenüber die innere Struktur der Niere?Geben Sie Ihre Anwort in zwei bis drei Sätzen. Verwenden Sie die Begriffe „konvex“und "konkav". (K4)

3. Die Henlesche Schleife weist an verschiedenen Stellen unterschiedlicheWasserdurchlässigkeiten auf.Fragen: Wo ist die Henlesche Schleife wasserdurchlässig und wo nicht? Was hat dieseunterschiedliche Wasserdurchlässigkeit zur Folge?Geben Sie Ihre Antwort stichwortartig mit eigenen Worten. (K2)

4. Wie wird die Urinproduktion in den Nephronen geregelt? Nennen Sie den beteiligtenStoff und beschreiben Sie stichwortartig seine Wirkung. (K1)

5. Was ist der Grund dafür, dass eine Überfunktion der Nebenschilddrüsen, Knochenfrassbei Krebs sowie eine überreiche Milchzufuhr Nierensteine zur Folge haben können? DieAntwort ist auf biochemischem Gebiet zu suchen. (K3)

6. Welche Probleme können bei einer Nierentransplantation auftreten? Was ist der Grundfür ihr Auftreten? Erklären sie in wenigen Sätzen. (K1)

7. Sie haben im Gruppenunterricht Nephridien und Malpighische Gefässe kennengelernt.Stellen Sie diese beiden Typen von Ausscheidungsorganen einander gegenüber. FührenSie tabellarisch Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf. Es werden mindestens vierverschiedene Merkmale erwartet. (K2)

8. Land-/ luftlebende Arthropoden besitzen als Ausscheidungsorgane MalpighischeGefässe.Was könnte der Grund dafür sein, dass bei Arthropoden keine Nephridien, sondernMalpighische Gefässe entwickelt sind? Geben Sie Ihre Antwort in zwei bis drei Sätzen.(K4)

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Antworten Serie B

1. zuführende Arteriole führt das Blut ins Nierenkörperchen, wo es abfiltriert wirdabführende Arteriole führt vom Nierenkörperchen weg, spaltet sich dann in Kapilla-

ren aufKapillaren umgeben die Nierenkanälchen und nehmen verwertbare Stoffe

und einen Grossteil des Wassers des Primarharns wieder aufVene führt das Blut vom Nephron weg(pro Blutgefäss 1 Punkt, maximal 3 Punkte)

2. Das Blut wird am äusseren konvexen Rand über die vielen Nierenkörperchen abfiltriert.Der Primärharn wird über die Sammelrohre zum konkaven inneren Rand der Nieretransportiert, von wo aus er über einen einzigen Harnleiter abtransportiert wird. DieForm der Niere lässt also auf eine Funktion des "Sammelns" schliessen. (2 Punkte)

3. absteigender Schenkel: wasserdurchlässig, aufsteigender Schenkel: wasserdichtDem aufsteigenden Schenkel wird aktiv NaCl entzogen. Dadurch NaCl-Konzentration inZwischenzellflüssigkeit erhöht. Folge: Wasser diffundiert aus absteigendem Schenkel.Konzentration der Flüssigkeit im absteigenden Schenkel nimmt nach unten ständig ab.Deshalb immer weniger Wasserabgabe. Es resultiert ein Konzentrationsgefälle vomNierenbecken zur -rinde. (2 Punkte)

4. AdiuretinAusschüttung aus der Hypophyse bei hohem osmotischem Wert derZwischenzellflüssigkeit. Transport von Adiuretin über das Blut zu den Nierenkörperchen.Hohe Adiuretinkonzentration bewirkt eine höhere Wasserrückresorption aus denSammelrohren. (2 Punkte)

5. Steinbildung steht im Zusammenhang mit Kalziumspiegel im Blut.Hormone der Nebenschilddrüse (Parathormon, Calcitonin) erhöhen den Ca-Spiegel imBlut. Im Knochen besteht zu einem grossen Teil aus Kalzium. Milch enthält viel Kalzium.

(2 Punkte)

6. Mögliches Problem: Nicht-VerträglichkeitGrund: Abwehrsystem des Empfängers versucht fremde Niere abzustossen. (2 Punkte)

7. Nephridien Malpighische GefässeVorkommen bei Tieren mit Coelom Vorkommen bei Tieren mit CoelomVertreter: viele höhere Wirbellose Vertreter: Arthropodenbeginnen offen in der Leibeshöhle sind am Ende geschlossenunverzweigt (meist) unverzweigtführen über viele Ausführgänge der münden in den DarmHaut nach aussen(pro Merkmal 0.5 Punkte. Maximal 2 Punkte)

8. Nephridien münden über die ganze Körperoberfläche verteilt über die Haut nach aussen.Da Arthropoden einen Chitinpanzer (Aussenskelett) besitzen, ist es hier nicht möglich,die Exkrete über die Haut abzuführen. Die Exkrete werden so über den Darm mit demKot abgeführt. (2 Punkte)

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Anhang 2: Verwendete Quellen (von den Schülern benutzt)

Benner Klaus-Ulrich: Der Körper des Menschen. Augsburg 1991, 171-173, 182-186 (WeltbildVerlag GmbH).

Culclasure David F.: Anatomie und Physiologie des Menschen: 15 Lehrprogramme. Band 8.Weinheim 1983, 2. Auflage, 1-21 (Verlag Chemie).

Hassinger H., Wiebusch R.-D.: Einführung in die Biologie Sekundarstufe II. Frankfurt amMain, Aarau 1989, 48 (Diesterweg, Sauerländer).

Hoff Peter, Jaenicke J, Miram W: Biologie heute G, Lehrerhandbuch für den Sekundarschul-bereich I. Band 2. Hannover 1988, 41, 106 (Schroedel).

Jaenicke Joachim, Miram W.: Biologie heute S II, Lehrerhandbuch für den Sekundarschul-bereich II. Band 1. Hannover 1990, 101, 107 (Schroedel).

Metzler J.B.: Linder Biologie. Stuttgart 1992, 20. Auflage, 198-200 (J.B. Metzlersche Ver-lagsbuchhandlung).

Scharf K.-H., Weber W.: Stoffwechselphysiologie (Materialien für den SekundarschulbereichII, Biologie). Hannover 1991, 139 (Schroedel).

Schönmann W.: Tierkunde. Zürich 1974, 7. Auflage, 55 (SABE).

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Anhang 3: Zusatzmaterial für die Schüler

Neben den Mäppchen mit den Unterlagen ist für die vier Gruppen durch den Lehrer folgendesZusatzmaterial bereitzustellen:

Gruppe 1 SchweinenierenPräparierbecken, Skalpelle(Die Schüler arbeiten in Zweiergruppen.)

Gruppe 2 keines

Gruppe 3 keines

Gruppe 4 abgetötete RegenwürmerPräparierbecken, Präparierbesteck, physiologische Kochsalzlösung, Mikroskope mit Objektträger und Deckplättchen(Die Schüler arbeiten in Zweiergruppen.)

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Anhang 4: Vom Autor benutzte Quellen

Anhang 4a: Als Grundlage benutzte Quellen

Birnbaumer N., Schmidt R. F.: Biologische Psychologie. Berlin 1991, 2. Auflage (Springer)

Frey K., Frey-Eiling A: Allgemeine Didaktik. Zürich 1992, 5. Auflage (vdf).

Remane A., Storch V., Welsch U.: Kurzes Lehrbuch der Zoologie. Stuttgart 1989, 6. Auflage(Gustav Fischer Verlag).

Schmidt, R.F., Thews, G.: Physiologie des Menschen. Berlin 1990, 24. Auflage (Springer).

Anhang 4b: Verwendete oder zitierte Quellen

Benner Klaus-Ulrich: Der Körper des Menschen. Augsburg 1991, 171-173, 182-186 (WeltbildVerlag GmbH).

Culclasure David F.: Anatomie und Physiologie des Menschen: 15 Lehrprogramme. Band 8.Weinheim 1983, 2. Auflage, 1-21 (Verlag Chemie).

Hassinger H., Wiebusch R.-D.: Einführung in die Biologie Sekundarstufe II. Frankfurt amMain, Aarau 1989, 48 (Diesterweg, Sauerländer).

Hoff Peter, Jaenicke J, Miram W: Biologie heute G, Lehrerhandbuch für den Sekundarschul-bereich I. Band 2. Hannover 1988, 41, 106 (Schroedel).

Jaenicke Joachim, Miram W.: Biologie heute S II, Lehrerhandbuch für den Sekundarschul-bereich II. Band 1. Hannover 1990, 101, 107 (Schroedel).

Metzler J.B.: Linder Biologie. Stuttgart 1992, 20. Auflage, 198-200 (J.B. Metzlersche Ver-lagsbuchhandlung).

Scharf K.-H., Weber W.: Stoffwechselphysiologie (Materialien für den SekundarschulbereichII, Biologie). Hannover 1991, 139 (Schroedel).

Schönmann W.: Tierkunde. Zürich 1974, 7. Auflage, 55 (SABE).

Die Niere - ethz.ch · 3 Einführung In den kommenden vier Lektionen werden wir uns etwas...

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