Kreislaufsysteme und das Herz

Wie Tiere Blut oder Hämolymphe im Körper bewegen und wie Herzen den Druck und den Fluss erzeugen, die die Versorgung an den Bedarf der Gewebe anpassen.

Definition

Ein Kreislaufsystem ist die Anordnung von Pumpe, Flüssigkeit und Gefäßen, die Gase, Nährstoffe, Abfallprodukte, Hormone und Wärme durch den Körper eines Tieres transportiert, und das Herz ist die muskuläre Pumpe, deren rhythmische Kontraktion den Druck erzeugt, der diesen Fluss antreibt.

Scope

Dieses Thema behandelt die vergleichende Physiologie des inneren Transports: offene und geschlossene Kreislaufsysteme, einfache und doppelte Kreisläufe, die Struktur und elektrische Aktivität von Wirbeltier- und Wirbellosenherzen, den Herzzyklus sowie die Regulation des Herzzeitvolumens und des Blutdrucks. Es wird untersucht, wie Gefäßwiderstand und -kapazität den Fluss verteilen und wie der Kreislauf an Körpergröße, Aktivität und Atemstrategie angepasst ist. Die Darstellung ist vergleichend und mechanistisch und nicht klinisch.

Core questions

• Was unterscheidet offene von geschlossenen Kreislaufsystemen und welche Kompromisse gehen sie ein?
• Wie entsteht und breitet sich der Herzschlag aus, und wie ist der Herzzyklus organisiert?
• Wie wird das Herzzeitvolumen reguliert, um den sich ändernden Bedürfnissen des Körpers gerecht zu werden?
• Warum entwickelte sich der doppelte Kreislauf bei Vögeln und Säugetieren, und welchen Vorteil bietet er?

Key theories

Frank-Starling-Beziehung

Die Kraft der Herzkontraktion nimmt mit dem Füllungsgrad des Herzens zu, sodass das Herz innerhalb bestimmter Grenzen automatisch das Volumen des zurückkehrenden Blutes ausstößt und so die Leistung an den venösen Rückfluss anpasst.

Myogener Ursprung des Herzschlags

In Wirbeltierherzen entsteht der Rhythmus in spezialisierten Schrittmacher-Muskelzellen und nicht in Nerven, und der Impuls breitet sich durch den Herzmuskel aus, um die Kontraktion zu koordinieren, wobei nervöse und hormonelle Einflüsse Rate und Kraft modulieren.

Mechanisms

Geschlossene Systeme halten das Blut in Gefäßen und können hohe Drücke und eine feine Verteilungssteuerung aufrechterhalten, während offene Systeme die Gewebe mit Hämolymphe bei niedrigerem Druck umspülen. Wirbeltierherzen schlagen myogen: Schrittmacherzellen depolarisieren spontan, und der Impuls breitet sich über das Leitgewebe und den Muskel aus, wodurch der koordinierte Herzzyklus von Füllung und Auswurf entsteht. Das Schlagvolumen wird durch die Füllung (der Frank-Starling-Mechanismus) und die Kontraktilität bestimmt, und die Herzfrequenz durch autonome und hormonelle Einflüsse, sodass das Herzzeitvolumen ihrem Produkt entspricht. Arterien, Arteriolen, Kapillaren und Venen unterscheiden sich in Widerstand und Compliance, um den Druck zu regulieren und den Fluss zu verteilen, und der einfache Kreislauf der Fische, die intermediären Herzen von Amphibien und Reptilien sowie der vollständig geteilte doppelte Kreislauf von Vögeln und Säugetieren stellen aufeinanderfolgende Lösungen dar, die an den Gasaustausch und den Stoffwechselbedarf angepasst sind.

Clinical relevance

Die vergleichende Herzphysiologie, einschließlich der extremen Bradykardie von Tauchtieren und der hohen Leistungen kleiner Endothermen, beleuchtet die Prinzipien der kardiovaskulären Leistung und ihrer Regulation. Dieser Eintrag ist ein pädagogisches Referenzmaterial und keine medizinische Beratung.

History

William Harveys Demonstration des Blutkreislaufs im Jahr 1628 begründete die kardiovaskuläre Physiologie, und Frank und Starling etablierten später die Längen-Spannungs-Basis des Herzzeitvolumens. Die vergleichende Physiologie erweiterte diese Prinzipien auf die Vielfalt der Tierherzen und -kreisläufe und setzte das Kreislaufdesign in Beziehung zu Körpergröße, Lebensweise und Atemstrategie.

Key figures

• William Harvey
• Otto Frank
• Ernest Starling
• Knut Schmidt-Nielsen

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen offenem und geschlossenem Kreislauf?

In geschlossenen Systemen bleibt das Blut in Gefäßen und kehrt durch diese zum Herzen zurück; in offenen Systemen entleert die Pumpe Hämolymphe in Körperräume, die die Gewebe direkt umspülen, bevor sie abfließt.

Was ist der Frank-Starling-Mechanismus?

Es ist die Tendenz des Herzens, sich bei stärkerer Füllung kräftiger zusammenzuziehen, sodass es ungefähr so viel Blut ausstößt, wie es empfängt, ohne externe Kontrolle zu benötigen.