1 Wer liest schon Einleitungen?

Stefan Silbernagl

1.1 Physiologie: Funktion des Lebendigen

Schon ein Virus hat eine Art von Leben - eine Amöbe, ein Baum, ein Hund, ein Mensch, sie alle leben. Welche physikalischen und chemischen Faktoren für die Entstehung, die Entwicklung und den Erhalt dieses Lebens verantwortlich sind, ist Gegenstand der Physiologie. Was da vor sich geht, ist dabei nur der Ausgangspunkt für die Frage, wie dies passiert: Wie etwa gelangen Ionen durch die Zellmembran, und mit welchen Signalen kommunizieren Zellen miteinander? Wie überlebt ein Fisch im Süßwasser, wie einer im Salzwasser? Warum muss eine Wüstenratte nichts trinken und warum kühlt der Pinguin nicht aus, wenn er jahraus, jahrein auf antarktischem Eis steht? Wie wird unser Blutdruck geregelt? Wie arbeiten unsere Nieren, unsere Muskeln, unsere Augen, ja sogar (und das fragt der Physiolog*innen eigenes Gehirn!): Wie funktioniert unser Gehirn?

Inhalt dieses Buches ist die Physiologie des Menschen. Dabei muss man sich aber vor Augen halten, dass der Großteil der Kenntnisse über die Funktionen unseres Körpers nicht von Beobachtungen am Menschen, sondern von Experimenten an Einzelzellen im Reagenzglas, an Zellkulturen, an isolierten Organen und an Tieren gewonnen wurde. Am meisten weiß man daher über die Mechanismen, die sich in der Evolution bereits seit Hunderten von Millionen Jahren bewährt haben und daher allen tierischen Zellen mehr oder weniger gemeinsam sind. Relativ viel ist auch noch bekannt über die Funktion derjenigen unserer Organe und Organsysteme, die sich von denen anderer Säuger nur unwesentlich unterscheiden. Darm- und Nierenfunktion, Atmung, Blutdruckregulation, Säure-Basen-Haushalt sind einige Beispiele dafür.

Anders ist das bei höheren Gehirnfunktionen, doch können uns da unter Umständen Beobachtungen an Erkrankten weiterhelfen. Vergleicht man ihre Symptome mit den Befunden Gesunder, kann man unter Umständen auf Funktionsmechanismen des Gehirns schließen. Die (immer noch spärlichen) Kenntnisse über die spezifischen Funktionen unseres Großhirns z.?B. stammen großteils von Beobachtungen an Menschen, bei denen umschriebene Gehirnbezirke etwa durch Verletzungen oder Tumoren zerstört worden sind. Umgekehrt ist die Physiologie des Menschen, sind die Kenntnisse über die normale Funktion unseres Körpers natürlich unverzichtbare Grundlage, wenn die Medizin Fehlfunktionen des Körpers, also Krankheiten, erforschen und kausal oder zumindest symptomatisch behandeln möchte. Auf Aspekte der Pathophysiologie, des Grenzgebiets zwischen Physiologie und klinischer Medizin, wird daher in allen Kapiteln dieses Buches immer wieder eingegangen werden.

1.2 Woher weiß man, was in diesem Buch steht?

Schon in der Mitte des 19. Jahrhunderts war in einem Lehrbuch der Physiologie kein Platz mehr, den experimentellen Hintergrund des behandelten Lehrstoffes zu schildern.

Adolph Fick (1829?-?1901) schrieb 1860 in seinem "Compendium der Physiologie des Menschen" ? [10]: "Der nächste [wichtigste] Zweck dieses Buches ist, dass es den Medicin Studirenden in Stand setze, mit möglichst geringer Anstrengung sich diejenigen physiologischen Kenntnisse anzueignen, welche ein billiger [vernünftiger] Examinator von ihm verlangen muss?. habe ich mich - eingedenk des ersten Zweckes - durchweg vorwiegend an die Resultate gehalten und sie mit einiger Ausführlichkeit dargestellt . das Resultat ist das Wichtigste und Interessante, und, wenn man es einmal sicher hat, d.?h. jederzeit einen strengen Beweis führen kann, so kümmert man sich nicht mehr um die Methode seiner ursprünglichen Auffindung."

Allerdings war Adolph Fick noch in der Lage, seinen Studierenden dann wenigstens in der Vorlesung diejenigen Versuche zu zeigen, mit denen er das Gelehrte belegen konnte. Das ist heute nicht mehr möglich, da sich das Wissen in der Physiologie seither, grob geschätzt, verhundertfacht hat. Das heißt, auch in der Vorlesung bleibt heute praktisch keine Zeit mehr, die Wege zu schildern, an deren Ende unser (mehr oder weniger) "gesichertes Wissen" steht. Das birgt die Gefahr in sich, dass sowohl im Studium als auch später im Beruf das "Wissen" des Lehrbuchs, der Inhalt einer Fachzeitschrift, ohne Bedenken als feststehende Tatsache angenommen werden. Kritikfähigkeit in dieser Beziehung setzt aber voraus, dass man wenigstens prinzipiell die Wege naturwissenschaftlich-medizinischer und -biologischer Wissensfindung mit all ihren Klippen kennt. Sie sollen uns daher im Folgenden kurz beschäftigen.

1.2.1 Beobachtung, Hypothese, Experiment, Deutung, Theorie und die Fallen

1.2.1.1 Die Gegenprobe

Humanphysiologie ist ein Fach der Medizin. Wer jedoch forscht, egal ob auf dem Gebiet der Physiologie, der Physik, der Astronomie oder der Chemie, arbeitet mit den Methoden der Naturwissenschaft. Naturwissenschaftliches Arbeiten bedeutet: Beobachtungen anstellen, daraus Schlüsse ziehen und auf dieser Basis eine Hypothese aufstellen ( ? Abb. 1.1). Diese Hypothese muss überprüfbar sein. Eine unüberprüfbare Hypothese ist im Kontext naturwissenschaftlichen Arbeitens wertlos, weil sie nicht viel mehr wert ist als eine schlichte Behauptung. Mit Überprüfen ist hier vor allem gemeint, dass Wissenschaftler*innen ihre Hypothese in Frage stellen (falsifizieren; ? [5]) müssen, d.?h., ein überaus wichtiges Prinzip ihres Arbeitens muss der Zweifel sein. Wichtiger als die Probe ist die Gegenprobe!

Abb. 1.1 Von der Beobachtung zur Theorie: Der Weg experimenteller Forschung. Zum Beispiel entdeckte E. B. Verney (1894?-1967, Foto) zusammen mit E. H. Starling in den zwanziger Jahren, dass eine isolierte Niere, die künstlich durchströmt wird, keinen konzentrierten Urin erzeugen kann ( ? [17], ? [19]) (Beobachtung im Experiment). Aufgrund dieser und anderer Beobachtungen stellten sie folgende Hypothese auf: "Wir schlagen daher vor, dass irgendeine Substanz oder Substanzen mit einer Pituitrin-(Hypophysenextrakt-)ähnlichen Wirkung normalerweise im intakten Säuger vorhanden sind und dazu dienen, die Niere in ihrer wichtigen Funktion der Wasser- und Chloridausscheidung zu regulieren" ? [17]. Zur Überprüfung der Hypothese setzten sie dem Nierenperfusat einen Hypophysenhinterlappenextrakt zu (Experiment) mit dem Ergebnis, dass sich die Wasserausscheidung dadurch normalisierte. Schließlich wies Verney auch nach, dass das Blut durch den Kopf des Versuchstiers fließen muss, bevor es anschließend in der Niere antidiuretisch wirken kann. Dieser Effekt blieb aus, wenn vorher der Hypophysenhinterlappen entfernt worden war ? [18]. Damit war bewiesen, dass die Konzentrierungsfähigkeit der Niere vom Hypophysenhinterlappen abhängt (Theorie). Heute wissen wir, dass dort Adiuretin (ADH) als steuerndes Hormon sezerniert wird.

(Foto aus James T. Fitzsimons: Chapt. IX in: Renal Physiology - People and Ideas - (1987) American Physiological Society. Bethesda/Maryland)

Ein einfaches Beispiel: Vor einigen Jahrzehnten konnte im Elsass beobachtet werden, dass der Rückgang der Geburtenrate sehr eng mit dem Rückgang der Anzahl der dort nistenden Störche korreliert. Bringt also der Storch die Babys? Eine Bestätigung dieser Hypothese wäre gewesen, wenn der Beobachtende anschließend nach Franken gefahren wäre und dort eine ähnliche Korrelation vorgefunden hätte (Probe). Eine mögliche Gegenprobe (Entfernung eines der korrelierenden Phänomene) wäre hingegen gewesen herauszufinden, ob ein Land existiert, wo es gar keine Störche gibt und trotzdem Babys auf die Welt kommen?.

1.2.1.2 Korrelation und Kausalität

Wir lächeln über das Beispiel mit den Störchen, weil wir wissen, wie Kinder auf die Welt kommen. Bei der Beobachtung noch nicht erforschter Phänomene ist das anders. Trotzdem ist ein häufiges Zusammentreffen zweier oder mehrerer Phänomene oder gar eine enge quantitative Korrelation (Wechselbeziehung) natürlich eine wichtige Beobachtung, sei es in der Astronomie, in der...