Rodzaje układów krążenia: otwarte vs. zamknięte

artpartner-images/Getty Images

Układ krążenia służy do poruszania się krew do miejsca lub miejsc, w których może być natleniony i gdzie odpady mogą być utylizowane. Cyrkulacja służy wówczas doprowadzeniu nowo natlenionej krwi do tkanek organizmu. Gdy tlen i inne chemikalia dyfundują z komórek krwi do płynu otaczającego komórki tkanek organizmu, produkty przemiany materii dyfundują do komórek krwi, które mają zostać wywiezione. Krew krąży przez narządy, takie jak wątroba i nerki gdzie odpady są usuwane i wracają do płuca dla świeżej dawki tlenu. A potem proces się powtarza. Ten proces obiegu jest niezbędny do dalszego życia komórki , tkanki, a nawet całego organizmu. Zanim porozmawiamy oserce, powinniśmy podać krótkie tło dwóch ogólnych typów krążenia występujących u zwierząt. Omówimy również postępującą złożoność serca w miarę wspinania się po drabinie ewolucyjnej.

Wiele bezkręgowców w ogóle nie ma układu krążenia. Ich komórki znajdują się wystarczająco blisko środowiska, aby tlen, inne gazy, składniki odżywcze i produkty odpadowe po prostu dyfundowały zi do ich komórek. U zwierząt z wieloma warstwami komórek, zwłaszcza lądowych, to nie zadziała, ponieważ ich komórki znajdują się zbyt daleko od środowiska zewnętrznego dla prostej osmozy i dyfuzja wystarczająco szybko funkcjonować w wymianie odpadów komórkowych i potrzebnego materiału ze środowiskiem.

Otwarte układy krążenia

U zwierząt wyższych istnieją dwa podstawowe typy układów krążenia: otwarty i zamknięty. Stawonogi i mięczaki mają otwarty układ krążenia. W tego typu systemie nie ma ani prawdziwego serca, ani naczyń włosowatych, jakie występują u ludzi. Zamiast serca są naczynia krwionośne które działają jak pompy wymuszające przepływ krwi. Zamiast naczyń włosowatych naczynia krwionośne łączą się bezpośrednio z otwartymi zatokami. „Krew”, w rzeczywistości połączenie krwi i płynu śródmiąższowego zwana „hemolimfą”, jest wypychana z naczyń krwionośnych do dużych zatok, gdzie w rzeczywistości obmywa narządy wewnętrzne. Inne naczynia otrzymują krew wypychaną z tych zatok i odprowadzają ją z powrotem do naczyń pompujących. Pomaga wyobrazić sobie wiadro, z którego wychodzą dwa węże, te węże połączone z gruszką ściskaną. Gdy żarówka jest ściskana, wtłacza ona wodę do wiadra. Jeden wąż będzie wlewał wodę do wiadra, drugi wysysał wodę z wiadra. Nie trzeba dodawać, że jest to bardzo nieefektywny system. Owady mogą sobie poradzić z tego typu systemem, ponieważ mają liczne otwory w swoich ciałach (przetchlinki), które umożliwiają kontakt „krwi” z powietrzem.

Zamknięte układy krążenia

O wiele bardziej wydajnym układem jest zamknięty układ krążenia niektórych mięczaków i wszystkich kręgowców oraz wyższych bezkręgowców. Tutaj krew jest pompowana przez zamknięty system tętnice , żyły , oraz kapilary . Kapilary otaczają organy , upewniając się, że wszystkie komórki mają równe szanse na odżywianie i usuwanie ich produktów przemiany materii. Jednak nawet zamknięte układy krążenia różnią się, gdy idziemy dalej w górę drzewa ewolucyjnego.

Jeden z najprostszych typów zamkniętych układów krążenia występuje u pierścienic, takich jak dżdżownica. Dżdżownice mają dwa główne naczynia krwionośne – naczynie grzbietowe i brzuszne – które przenoszą krew odpowiednio w kierunku głowy lub ogona. Krew przemieszcza się wzdłuż naczynia grzbietowego falami skurczu w ścianie naczynia. Te kurczliwe fale nazywane są „perystaltyką”. W przedniej części robaka znajduje się pięć par naczyń, które luźno nazywamy „sercami”, które łączą naczynia grzbietowe i brzuszne. Te naczynia łączące działają jak podstawowe serca i wtłaczają krew do naczynia brzusznego. Ponieważ zewnętrzna powłoka (naskórek) dżdżownic jest tak cienka i stale wilgotna, istnieje wiele możliwości wymiany gazów, dzięki czemu możliwy jest ten stosunkowo nieefektywny system. Dżdżownica ma również specjalne narządy do usuwania odpadów azotowych. Mimo to krew może płynąć wstecz, a system jest tylko nieznacznie bardziej wydajny niż otwarty system owadów.

Dwukomorowe serce

Gdy dochodzimy do kręgowców, zaczynamy odkrywać rzeczywistą wydajność w systemie zamkniętym. Ryby posiadają jeden z najprostszych rodzajów prawdziwych serc. Serce ryby to organ dwukomorowy złożony z jednego przedsionka i jednej komory. Serce ma muskularne ściany i zastawkę między komorami. Krew jest pompowana z serca do skrzeli, gdzie otrzymuje tlen i pozbywa się dwutlenku węgla. Krew przepływa następnie do narządów ciała, gdzie wymieniane są składniki odżywcze, gazy i odpady. Nie ma jednak podziału krążenia między narządy oddechowe a resztę ciała. Oznacza to, że krew przemieszcza się w obwodzie, który przenosi krew z serca przez skrzela do narządów iz powrotem do serca, aby ponownie rozpocząć swoją okrężną podróż.

Trójkomorowe serce

Żabymają trzykomorowe serce, składające się z dwóch przedsionków i jednej komory. Krew opuszczająca komorę przechodzi do rozwidlonej aorty, gdzie krew ma równe szanse przepłynięcia przez obwód naczyń prowadzących do płuc lub obwód prowadzący do innych narządów. Krew powracająca do serca z płuc przechodzi do jednego przedsionka, podczas gdy krew powracająca z reszty ciała przechodzi do drugiego. Oba przedsionki opróżniają się do pojedynczej komory. Chociaż zapewnia to, że pewna ilość krwi zawsze przechodzi do płuc, a następnie z powrotem do serca, mieszanie się natlenionej i odtlenionej krwi w pojedynczej komorze oznacza, że ​​narządy nie są nasycane tlenem. Mimo to, dla stworzenia zimnokrwistego, takiego jak żaba, system działa dobrze.

Czterokomorowe serce

Ludzie i wszystkie inne ssaki, a także ptaki majączterokomorowe sercez dwoma przedsionki i dwa komory . Krew odtleniona i natleniona nie są mieszane. Cztery komory zapewniają sprawny i szybki przepływ wysoko natlenionej krwi do narządów ciała. Pomaga to w regulacji termicznej i szybkich, trwałych ruchach mięśni.