Informace

40.1C: Typy oběhových systémů u zvířat - biologie


Oběhové systémy zvířat se liší počtem srdečních komor a počtem obvodů, kterými krev protéká.

Učební cíle

  • Popište, jak se liší cirkulace mezi rybami, obojživelníky, plazy, ptáky a savci

Klíčové body

  • Ryby mají jediný systémový okruh pro krev, kde srdce pumpuje krev do žáber, aby se znovu okysličilo (oběh žáber), poté krev proudí do zbytku těla a zpět do srdce.
  • Další zvířata, jako jsou obojživelníci, plazi, ptáci a savci, mají plicní okruh, kde je krev čerpána ze srdce do plic a zpět, a druhý systémový okruh, kde je krev čerpána do těla a zpět.
  • Obojživelníci jsou jedineční v tom, že mají třetí okruh, který přivádí odkysličenou krev do kůže, aby mohla dojít k výměně plynu; tomu se říká pulmokutánní oběh.
  • Počet srdečních komor, síní a komor zmírňuje množství míchání okysličené a odkysličené krve v srdci, protože více komor obvykle znamená větší oddělení mezi systémovým a plicním okruhem.
  • Tepokrevní živočichové vyžadují efektivnější systém čtyř komor, který má okysličenou krev zcela oddělenou od odkysličené krve.

Klíčové výrazy

  • atrium: horní komora srdce, která přijímá krev z žil a nutí ji do komory
  • komora: dolní komora srdce

Jednoduché oběhové systémy

Oběhový systém se liší od jednoduchých systémů u bezobratlých po složitější systémy u obratlovců. Nejjednodušší zvířata, jako jsou houby (Porifera) a rotifery (Rotifera), nepotřebují oběhový systém, protože difúze umožňuje adekvátní výměnu vody, živin a odpadu, jakož i rozpuštěných plynů (obrázek a). Organismy, které jsou složitější, ale stále mají ve svém tělesném plánu pouze dvě vrstvy buněk, jako je želé (Cnidaria) a hřebenové želé (Ctenophora), také využívají difúzi přes svoji epidermis a vnitřně přes gastrovaskulární kompartment. Jejich vnitřní i vnější tkáň se koupou ve vodném prostředí a vyměňují si tekutiny difúzí na obou stranách (obrázek b). Výměně tekutin napomáhá pulzování těla medúzy.

U složitějších organismů není difúze účinná pro efektivní cyklování plynů, živin a odpadu tělem; proto se vyvinuly složitější oběhové systémy. Uzavřený oběhový systém je charakteristický pro obratlovce; existují však významné rozdíly ve struktuře srdce a oběhu krve mezi různými skupinami obratlovců v důsledku adaptace během evoluce a souvisejících rozdílů v anatomii.

Rybí oběhové systémy

Ryby mají jediný okruh pro průtok krve a dvoukomorové srdce, které má pouze jedno atrium a jedinou komoru (obrázek a). Atrium sbírá krev, která se vrátila z těla, zatímco komora pumpuje krev do žáber, kde dochází k výměně plynu a krev se znovu okysličuje; tomu se říká žaberní oběh. Krev pak pokračuje zbytkem těla, než dorazí zpět do síně; tomu se říká systémový oběh. Tento jednosměrný tok krve vytváří gradient okysličené až odkysličené krve kolem systémového okruhu ryby. Výsledkem je limit v množství kyslíku, který může dosáhnout některých orgánů a tkání těla, což snižuje celkovou metabolickou kapacitu ryb.

Oběhové systémy obojživelníků

U obojživelníků, plazů, ptáků a savců je průtok krve směrován do dvou okruhů: jeden plícemi a zpět do srdce (plicní oběh) a druhý zbytkem těla a jeho orgánů, včetně mozku (systémový oběh) ).

Obojživelníci mají tříkomorové srdce, které má spíše dvě síně a jednu komoru než dvoukomorové srdce ryby (obrázek b). Dvě síně dostávají krev ze dvou různých obvodů (plíce a systémy). V srdeční komoře dochází k míšení krve, což snižuje účinnost okysličování. Výhodou tohoto uspořádání je, že vysoký tlak v cévách tlačí krev do plic a těla. Míchání je zmírněno hřebenem v komoře, který odvádí krev bohatou na kyslík prostřednictvím systémového oběhového systému a odkysličenou krev do pulmocutánního okruhu, kde dochází k výměně plynů v plicích a přes kůži. Z tohoto důvodu jsou obojživelníci často popisováni jako jedinci s dvojitým oběhem.

Oběhové systémy plazů

Většina plazů má také tříkomorové srdce podobné obojživelnému srdci, které směřuje krev do plicních a systémových obvodů (obrázek c). Komora je efektivněji rozdělena částečnou přepážkou, což má za následek menší míšení okysličené a odkysličené krve. Někteří plazi (aligátoři a krokodýli) jsou nejprimitivnějšími zvířaty, která vykazují čtyřkomorové srdce. Krokodýli mají jedinečný oběhový mechanismus, kde srdce během dlouhých období ponoření odvádí krev z plic směrem k žaludku a dalším orgánům; například když zvíře čeká na kořist nebo zůstane pod vodou a čeká, až kořist shnije. Jedna adaptace zahrnuje dvě hlavní tepny, které opouštějí stejnou část srdce: jedna odebírá krev do plic a druhá poskytuje alternativní cestu do žaludku a dalších částí těla. Další dvě úpravy zahrnují otvor v srdci mezi oběma komorami, nazývaný foramen Panizza, který umožňuje pohybu krve z jedné strany srdce na druhou, a specializovanou pojivovou tkáň, která zpomaluje průtok krve do plic. Díky těmto úpravám se krokodýli a aligátoři stali jednou z nejúspěšněji vyvinutých skupin zvířat na Zemi.

Oběhové systémy savců a ptáků

U savců a ptáků je srdce také rozděleno do čtyř komor: dvě předsíně a dvě komory (obrázek d). Okysličená krev je oddělena od odkysličené krve, což zlepšuje účinnost dvojité cirkulace a je pravděpodobně zapotřebí pro teplokrevný životní styl savců a ptáků. Čtyřkomorové srdce ptáků a savců se vyvinulo nezávisle na tříkomorovém srdci.


Oběh je klíč

Cirkulace je systém cév, které procházejí celým vaším tělem. Můžete si přečíst o dvou typech oběhových systémů u zvířat. V primitivních organismech jsou otevřené oběhové systémy, kde najdete a srdce který pumpuje tekutiny tvorem, ale žádný kompletní systém plavidla. Pokročilejší organismy, včetně vás, mají uzavřené oběhové systémy kde je srdce spojeno s kompletním systémem cév. Tekutiny uzavřeného oběhového systému nikdy neopouštějí nádoby.


Cirkulace žab

Žáby jsou obojživelníci a mají uzavřený oběhový systém. Pokud není přítomna abnormální mutace, mají žáby pouze jedno srdce, které pumpuje krev do celého těla.

Žába má tříkomorové srdce. Komory obsahují dvě síně a komoru. Pravá síň dostává odkysličenou krev z žil. Okysličená a odkysličená krev má tendenci se mísit v komoře, která je zodpovědná za čerpání krve. Do levé síně se dostává okysličená krev jak z plic, tak z kůže.

Žáby mají pro svůj oběh tři obvody, na rozdíl od lidí, kteří mají pouze dva. Stejně jako lidé však mají žáby systémový obvod, který pumpuje okysličenou krev do celého těla. Plicní okruh přenáší krev do plic, aby nabral kyslík. Žáby mají také pulmokutánní okruh, kde je odkysličená krev transportována do kůže, aby nabrala kyslík a podstoupila výměnu plynu.

Níže uvedený obrázek ukazuje diagram srdce žáby se třemi komorami.


40.1 Přehled oběhového systému

Na konci této části budete moci provést následující:

  • Popište otevřený a uzavřený oběhový systém
  • Popište intersticiální tekutinu a hemolymfu
  • Porovnejte a porovnejte organizaci a vývoj oběhového systému obratlovců

U všech zvířat, kromě několika jednoduchých typů, se oběhový systém používá k transportu živin a plynů tělem. Jednoduchá difúze umožňuje výměnu vody, živin, odpadu a plynu do primitivních živočichů, kteří mají tloušťku jen několika buněčných vrstev, nicméně objemový tok je jedinou metodou, kterou lze získat přístup k celému tělu větších složitějších organismů.

Architektura oběhového systému

Oběhový systém je ve skutečnosti sítí válcových cév: tepen, žil a kapilár, které vycházejí z pumpy, srdce. Ve všech organismech obratlovců, stejně jako u některých bezobratlých, se jedná o systém s uzavřenou smyčkou, ve kterém krev není v dutině volná. V uzavřeném oběhovém systému je krev obsažena uvnitř krevních cév a cirkuluje jednosměrně ze srdce kolem systémové cirkulační cesty a poté se vrací zpět do srdce, jak je znázorněno na obrázku 40.2a. Na rozdíl od uzavřeného systému mají členovci - včetně hmyzu, korýšů a většiny měkkýšů - otevřený oběhový systém, jak je znázorněno na obrázku 40.2b. V otevřeném oběhovém systému není krev uzavřena v cévách, ale je čerpána do dutiny nazývané hemocoel a nazývá se hemolymfa, protože krev se mísí s intersticiální tekutinou. Když srdce bije a zvíře se pohybuje, hemolymfa obíhá kolem orgánů v tělní dutině a poté vstoupí do srdce otvory nazývanými ostia. Tento pohyb umožňuje výměnu plynů a živin. Otevřený oběhový systém nevyužívá k provozu nebo údržbě tolik energie jako uzavřený systém, nicméně dochází ke kompromisu s množstvím krve, které lze přesunout do metabolicky aktivních orgánů a tkání, které vyžadují vysokou hladinu kyslíku. Ve skutečnosti jedním z důvodů, proč se dnes hmyz s rozpětím křídel až dva stopy široký (70 cm) nenachází, je pravděpodobně to, že byl překonán příchodem ptáků před 150 miliony let. Předpokládá se, že ptáci s uzavřeným oběhovým systémem se pohybovali hbitěji, což jim umožnilo získat potravu rychleji a případně se živit hmyzem.

Variace oběhového systému u zvířat

Oběhový systém se liší od jednoduchých systémů u bezobratlých po složitější systémy u obratlovců. Nejjednodušší zvířata, jako jsou houby (Porifera) a rotifery (Rotifera), nepotřebují oběhový systém, protože difúze umožňuje adekvátní výměnu vody, živin a odpadu, jakož i rozpuštěných plynů, jak ukazuje obrázek 40.3a. Organismy, které jsou složitější, ale stále mají ve svém tělesném plánu pouze dvě vrstvy buněk, jako je želé (Cnidaria) a hřebenové želé (Ctenophora), také využívají difúzi přes svoji epidermis a vnitřně přes gastrovaskulární kompartment. Jak jejich vnitřní, tak vnější tkáně se koupou ve vodném prostředí a vyměňují tekutiny difúzí na obou stranách, jak je znázorněno na obrázku 40.3b. Výměně tekutin napomáhá pulzování těla medúzy.

U složitějších organismů není difúze účinná pro efektivní cyklování plynů, živin a odpadu v těle, proto se vyvinuly složitější oběhové systémy. Většina členovců a mnoho měkkýšů má otevřený oběhový systém. V otevřeném systému protáhlé tlukoucí srdce protlačuje hemolymfu tělem a svalové kontrakce pomáhají pohyb tekutin. Větší složitější korýši, včetně humrů, vyvinuli arteriální cévy, které protlačují krev jejich těly, a nejaktivnější měkkýši, jako jsou chobotnice, vyvinuli uzavřený oběhový systém a jsou schopni se rychle pohybovat, aby chytili kořist. Uzavřený oběhový systém je charakteristický pro obratlovce, nicméně existují významné rozdíly ve struktuře srdce a oběhu krve mezi různými skupinami obratlovců v důsledku adaptace během evoluce a souvisejících rozdílů v anatomii. Obrázek 40.4 ilustruje základní oběhové systémy některých obratlovců: ryb, obojživelníků, plazů a savců.

Jak je znázorněno na obrázku 40.4a. Ryby mají jediný okruh pro průtok krve a dvoukomorové srdce, které má pouze jedno atrium a jedinou komoru. Atrium shromažďuje krev, která se vrátila z těla, a komora pumpuje krev do žáber, kde dochází k výměně plynu a krev se znovu okysličuje, tomu se říká žaberní oběh. Krev pak pokračuje zbytkem těla, než se vrátí zpět do síně, tomu se říká systémová cirkulace. Tento jednosměrný tok krve vytváří gradient okysličené až odkysličené krve kolem systémového okruhu ryby. Výsledkem je limit v množství kyslíku, který může dosáhnout některých orgánů a tkání těla, což snižuje celkovou metabolickou kapacitu ryb.

U obojživelníků, plazů, ptáků a savců je průtok krve směrován do dvou okruhů: jeden plícemi a zpět do srdce, kterému se říká plicní oběh, a druhým zbytkem těla a jeho orgánů včetně mozku ( systémový oběh). U obojživelníků dochází k výměně plynů také kůží během plicního oběhu a označuje se jako pulmocutánní oběh.

Jak je znázorněno na obrázku 40.4b, obojživelníci mají spíše tříkomorové srdce, které má dvě síně a jednu komoru než dvoukomorové srdce ryby. Dvě síně (horní srdeční komory) přijímají krev ze dvou různých obvodů (plíce a systémy) a poté dochází k míšení krve v srdeční komoře (nižší srdeční komora), což snižuje účinnost okysličování. Výhodou tohoto uspořádání je, že vysoký tlak v cévách tlačí krev do plic a těla. Míchání je zmírněno hřebenem v komoře, který odvádí krev bohatou na kyslík systémovým oběhovým systémem a odkysličenou krev do pulmocutánního okruhu. Z tohoto důvodu jsou obojživelníci často popisováni jako jedinci s dvojitým oběhem.

Většina plazů má také tříkomorové srdce podobné obojživelnému srdci, které směřuje krev do plicních a systémových obvodů, jak ukazuje obrázek 40.4c. Komora je efektivněji rozdělena částečnou přepážkou, což má za následek menší míšení okysličené a odkysličené krve. Někteří plazi (aligátoři a krokodýli) jsou nejprimitivnějšími zvířaty, která vykazují čtyřkomorové srdce. Krokodýli mají jedinečný oběhový mechanismus, ve kterém srdce například během dlouhých období ponoření odvádí krev z plic směrem k žaludku a dalším orgánům, zatímco zvíře čeká na kořist nebo zůstává pod vodou a čeká, až kořist zhnije. Jedna adaptace zahrnuje dvě hlavní tepny, které opouštějí stejnou část srdce: jedna odebírá krev do plic a druhá poskytuje alternativní cestu do žaludku a dalších částí těla. Další dvě úpravy zahrnují otvor v srdci mezi oběma komorami, nazývaný foramen Panizza, který umožňuje pohybu krve z jedné strany srdce na druhou, a specializovanou pojivovou tkáň, která zpomaluje průtok krve do plic. Díky těmto úpravám se krokodýli a aligátoři stali jednou z evolučně nejúspěšnějších skupin zvířat na Zemi.

U savců a ptáků je srdce také rozděleno do čtyř komor: dvě předsíně a dvě komory, jak je znázorněno na obrázku 40.4d. Okysličená krev je oddělena od odkysličené krve, což zlepšuje účinnost dvojité cirkulace a je pravděpodobně zapotřebí pro teplokrevný životní styl savců a ptáků. Čtyřkomorové srdce ptáků a savců se vyvinulo nezávisle na tříkomorovém srdci. Nezávislý vývoj stejného nebo podobného biologického znaku se označuje jako konvergentní evoluce.


Rozebírání savčího srdce

Rozebrat savčí srdce (ovčí nebo volské srdce).

Zařízení

  • váš učitel dá každé skupině srdce k pitvě
  • rukojeť skalpelu s čepelí nebo ostrým nezoubkovaným nožem
  • ostré nůžky
  • pár kleští
  • rukavice
  • papírový ručník
  • obrázky vnějších a vnitřních pohledů srdce

Metoda

Otázky

  1. Jak se nazývá hladká vnější vrstva srdce?
  2. Všimli jste si nějakého tuku kolem srdce?
  3. Všimli jste si externě rozdílu mezi síněmi a komorami?
  4. Pojmenujte cévy viditelné na vnější straně srdce.
  5. Porovnejte tloušťku stěn síní a komor. Vysvětlete, proč jsou jiní.
  6. Vysvětlete rozdíl mezi levou a pravou komorovou stěnou.
  1. Jak se nazývá hladká vnější vrstva srdce?
  2. Všimli jste si nějakého tuku kolem srdce?
  3. Všimli jste si externě rozdílu mezi síněmi a komorami?
  4. Pojmenujte cévy viditelné na vnější straně srdce.
  5. Porovnejte tloušťku stěn síní a komor. Vysvětlete, proč jsou jiní.
  6. Vysvětlete rozdíl mezi levou a pravou komorovou stěnou.
  1. Perikard
  2. Ano - na některých místech, zejména v drážkách, by měl být přítomen tuk.
  3. Ano –, atria jsou mnohem menší než komory, mají tenčí svalové stěny a jsou v horní části srdce, zatímco komory jsou ve spodní části.
  4. Koronární tepny a žíly
  5. Atria mají tenké, pružné stěny a komory mají mnohem silnější a silnější stěny. Důvodem je, že síně musí pumpovat krev pouze do komor (na krátkou vzdálenost), takže nemusí být tak silné jako komory, které pumpují krev mnohem dále (do plic nebo celého těla).
  6. Stěna levé komory je mnohem silnější než stěna pravé komory, protože musí vyvinout větší sílu / být silnější. Levá komora pumpuje krev do celého těla, což vyžaduje mnohem větší sílu než prosté pumpování krve z pravé komory do plic, které jsou také v hrudní dutině.

Srdeční cyklus (ESG95)

Srdeční cyklus označuje sled událostí, které se dějí v srdci od začátku jednoho srdečního tepu do začátku následujícího srdečního tepu. Během srdečního cyklu síně a komory pracují odděleně. Sinoatriální uzel (kardiostimulátor) se nachází v pravé síni a reguluje kontrakci a relaxaci síní.

  • V klidu trvá každý srdeční tep přibližně ( text <0,8> ) sekund.
  • Normální srdeční frekvence v klidu je přibližně ( text <72> ) tepů za minutu.
  • Během systola srdeční sval se stahuje.
  • Během diastola srdeční sval se uvolňuje.

Fáze srdečního cyklu budou rozděleny a vysvětleny v následující části:

Fáze 1: systola síní (kontrakce síní)

  • Krev z horní a dolní duté žíly proudí do pravé síně.
  • Krev z plicních žil teče do levé síně.
  • Atriální smlouva současně.
  • Tato kontrakce trvá přibližně ( text <0,1> ) sekund.
  • Krev je vháněna trikuspidálními a bikuspidálními ventily do komor.

Fáze 2: Komora systoly (kontrakce komor)

  • Komory se uvolňují a plní krví.
  • Komory se stahují na ( text <0,3> ) sekund.
  • Krev je tlačena vzhůru a zavírá dvojcípé a trojcípé chlopně (zvuk mazání).
  • Krev putuje nahoru do plicní tepny (vpravo) a aorty (vlevo).
  • Atria jsou během ventrikulární systoly uvolněné.

Fáze 3: Obecná diastola: (Obecná relaxace srdce)

  • Komory se uvolňují, čímž se snižuje tok z komor.
  • Jakmile není žádný tlak, průtok krve zavře semi-lunární ventily v aortě a plicní tepně (dubbový zvuk).
  • Obecná diastole trvá přibližně ( text <0,4> ) sekund.

ZDROJ UČITELŮ:

Podívejte se na srdeční magnetickou rezonanci zobrazující tlukot srdce. Velké magnety se používají k vytváření obrazů srdce uvnitř těla bez nutnosti operace.

Pohled zepředu (vzhůru nohama):

Zvuk, který vydává srdce

Srdce vydává dva tlukotové zvuky. Jeden je hlasitý a druhý měkký. Tomu říkáme lubb dubb zvuk. The lubb zvuk je způsoben smršťováním tlaku komor, které nutí atrioventrikulární ventily zavřít. The dabovat zvuk je způsoben nedostatečným tlakem v komorách, který způsobuje, že krev proudí zpět a uzavírá semi-lunární ventily v plicní tepně a aortě. Lékař používá a stetoskop poslouchat tlukot srdce. Alternativně lze puls osoby měřit stisknutím prstu (jiného než palec, který již má puls) proti brachiální tepně v zápěstí nebo krční tepně vedle průdušnice. Tep srdce nám umožňuje měřit srdeční frekvenci, což je počet úderů srdce za jednotku času.

Mechanismy pro ovládání srdečního cyklu a srdeční frekvence (puls)

Srdeční cyklus je řízen nervovými vlákny, která sahají od uzlů nervových svazků přes srdeční sval. Existují dva uzly, a to sinoatriální uzel (uzel SA) a atrioventrikulární uzel (AV uzel). SA uzel je umístěn ve stěně pravé síně, zatímco AV uzel je umístěn mezi síněmi a komorami. Elektrické impulsy generované v uzlu SA způsobí, že se nejprve stáhne pravá a levá síň a zahájí srdeční cyklus. Elektrický signál dosáhne AV uzlu, kde se signál zastaví, než se rozšíří vodivými tkáněmi nazývanými svazky Jeho a Purkinjeho vláken. Tato vlákna se rozvětvují do cest, které zásobují pravou a levou komoru, což způsobuje kontrakci komor. SA uzel je kardiostimulátor srdce, protože tam jsou normálně generovány elektrické signály - bez jakékoli stimulace nervovým systémem (automatičnost). Přestože je srdeční frekvence automatická, mění se během cvičení nebo při intenzivních emocích, jako je strach, vztek a vzrušení. Je to důsledek zvýšené stimulace nervového systému a hormonů, jako je adrenalin.

Jednoduchá simulace toho, jak se elektrická aktivita šíří po srdci. http://en.wikipedia.org/wiki/File:ECG_Principle_fast.gif

ZDROJ UČITELŮ:

Jednoduchá simulace toho, jak se elektrická aktivita šíří po srdci.

Elektrická činnost

Elektrická aktivita v srdci je tak silná, že ji lze měřit z povrchu těla jako elektrokardiogram (EKG). Normální srdce má velmi pravidelný rytmus. Arytmie je stav, kdy má srdce abnormální rytmus, jak je znázorněno na obrázcích. Tachykardie je, když odpočívá srdeční frekvence je příliš rychlá (více než ( text <100> ) tepů za minutu), a bradykardie je, když je srdeční frekvence příliš pomalá (méně než ( text <60> ) tepů za minutu).

Obrázek 7.8: Elektrokardiogram zobrazující různé srdeční rytmy.

ZDROJ UČITELŮ:

Před prováděním následující činnosti může být užitečné přečíst si následující zdroj o měření tepové frekvence:


DŮLEŽITOST oběhového systému

i) cirkuluje živiny do tělesných tkání
ii) odstraňuje odpadní produkty z tělesných tkání
(iii) pomáhá při distribuci tepla v těle
iv) pomáhá při distribuci kyslíku a odstraňování oxidu uhličitého z tělesných tkání.
(v) Obsahuje bílé krvinky, které pomáhají v boji proti chorobám.
(vi) Pomáhá při neklidu
(vii) Zajišťuje krevní oběh v těle
(viii) Transportuje hormony a enzymy do těla