Кровеносные системы и сердце

Как животные перемещают кровь или гемолимфу по телу, и как сердца создают давление и поток, соответствующие потребностям тканей.

Definition

Кровеносная система — это совокупность насоса, жидкости и сосудов, которая транспортирует газы, питательные вещества, отходы, гормоны и тепло по телу животного, а сердце — это мышечный насос, ритмичное сокращение которого создает давление, приводящее в движение этот поток.

Scope

Эта тема охватывает сравнительную физиологию внутреннего транспорта: открытые и закрытые кровеносные системы, один и два круга кровообращения, структуру и электрическую активность сердец позвоночных и беспозвоночных, сердечный цикл, а также регуляцию сердечного выброса и артериального давления. В ней рассматривается, как сопротивление и емкость сосудов распределяют кровоток и как кровообращение соответствует размеру тела, активности и дыхательной стратегии. Охват является сравнительным и механистическим, а не клиническим.

Core questions

• Что отличает открытые кровеносные системы от закрытых, и каковы их компромиссы?
• Как возникает и распространяется сердцебиение, и как организован сердечный цикл?
• Как регулируется сердечный выброс для соответствия меняющимся потребностям организма?
• Почему двойное кровообращение развилось у птиц и млекопитающих, и какое преимущество оно дает?

Key theories

Закон Франка-Старлинга

Сила сердечного сокращения увеличивается с увеличением степени наполнения сердца, поэтому в определенных пределах сердце автоматически выбрасывает объем крови, возвращаемый к нему, сопоставляя выброс с венозным возвратом.

Миогенное происхождение сердцебиения

В сердцах позвоночных ритм возникает в специализированных клетках-пейсмейкерах, а не из нервов, и импульс распространяется по сердечной мышце для координации сокращения, при этом нервные и гормональные воздействия модулируют частоту и силу.

Mechanisms

Закрытые системы удерживают кровь в сосудах и могут поддерживать высокое давление и точный контроль распределения, в то время как открытые системы омывают ткани гемолимфой при более низком давлении. Сердца позвоночных бьются миогенно: клетки-пейсмейкеры спонтанно деполяризуются, и импульс распространяется через проводящую ткань и мышцы, производя скоординированный сердечный цикл наполнения и изгнания. Ударный объем определяется наполнением (механизм Франка-Старлинга) и сократимостью, а частота сердечных сокращений — автономным и гормональным воздействием, поэтому сердечный выброс равен их произведению. Артерии, артериолы, капилляры и вены различаются по сопротивлению и податливости для регулирования давления и распределения кровотока, а одиночный круг кровообращения у рыб, промежуточные сердца земноводных и рептилий, а также полностью разделенное двойное кровообращение у птиц и млекопитающих представляют собой последовательные решения, соответствующие газообмену и метаболическим потребностям.

Clinical relevance

Сравнительная кардиологическая физиология, включая экстремальную брадикардию ныряющих животных и высокую производительность мелких эндотермов, проясняет принципы сердечно-сосудистой деятельности и ее регуляции. Эта статья является образовательным справочным материалом и не является медицинским руководством.

History

Демонстрация Уильямом Гарвеем кровообращения в 1628 году положила начало сердечно-сосудистой физиологии, а Франк и Старлинг позднее установили зависимость сердечного выброса от длины-натяжения. Сравнительная физиология распространила эти принципы на все разнообразие сердец и кругов кровообращения животных, связав конструкцию кровеносной системы с размером тела, образом жизни и дыхательной стратегией.

Key figures

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

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

В чем разница между открытым и закрытым кровообращением?

В закрытых системах кровь остается в сосудах и через них возвращается к сердцу; в открытых системах насос выбрасывает гемолимфу в полости тела, которые непосредственно омывают ткани, прежде чем она стечет обратно.

Что такое механизм Франка-Старлинга?

Это тенденция сердца сокращаться сильнее при большем наполнении, так что оно выбрасывает примерно столько же крови, сколько получает, без необходимости внешнего контроля.