ระบบไหลเวียนโลหิตและหัวใจ
สัตว์เคลื่อนย้ายเลือดหรือฮีโมลิมฟ์ไปทั่วร่างกายอย่างไร และหัวใจสร้างแรงดันและการไหลที่สอดคล้องกับการส่งเลือดไปยังความต้องการของเนื้อเยื่อได้อย่างไร
Definition
ระบบไหลเวียนโลหิตคือการจัดเรียงของปั๊ม ของเหลว และหลอดเลือดที่ขนส่งก๊าซ สารอาหาร ของเสีย ฮอร์โมน และความร้อนผ่านร่างกายของสัตว์ และหัวใจคือปั๊มกล้ามเนื้อที่การหดตัวเป็นจังหวะสร้างแรงดันที่ขับเคลื่อนการไหลเวียนนั้น
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมสรีรวิทยาเปรียบเทียบของการขนส่งภายใน: ระบบไหลเวียนโลหิตแบบเปิดและแบบปิด, วงจรเดี่ยวและวงจรคู่, โครงสร้างและกิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง, วัฏจักรหัวใจ, และการควบคุมปริมาณเลือดที่ส่งออกจากหัวใจและความดันโลหิต โดยจะกล่าวถึงว่าความต้านทานและความจุของหลอดเลือดกระจายการไหลเวียนอย่างไร และการไหลเวียนโลหิตสอดคล้องกับขนาดร่างกาย กิจกรรม และกลยุทธ์การหายใจอย่างไร การครอบคลุมเป็นเชิงเปรียบเทียบและเชิงกลไกมากกว่าเชิงคลินิก
Core questions
- อะไรคือความแตกต่างระหว่างระบบไหลเวียนโลหิตแบบเปิดและแบบปิด และข้อดีข้อเสียของแต่ละระบบคืออะไร?
- การเต้นของหัวใจเกิดขึ้นและแพร่กระจายได้อย่างไร และวัฏจักรหัวใจมีการจัดระเบียบอย่างไร?
- ปริมาณเลือดที่ส่งออกจากหัวใจถูกควบคุมอย่างไรเพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของร่างกาย?
- เหตุใดระบบไหลเวียนโลหิตคู่จึงวิวัฒนาการในนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และให้ประโยชน์อะไร?
Key theories
- ความสัมพันธ์แฟรงก์-สตาร์ลิง
- แรงของการหดตัวของหัวใจจะเพิ่มขึ้นตามระดับการเติมเลือดในหัวใจ ดังนั้นภายในขีดจำกัด หัวใจจะสูบฉีดปริมาณเลือดที่ไหลกลับมายังหัวใจโดยอัตโนมัติ ทำให้ปริมาณเลือดที่ส่งออกสอดคล้องกับการไหลกลับของเลือดดำ
- กำเนิดการเต้นของหัวใจแบบไมโอเจนิก
- ในหัวใจของสัตว์มีกระดูกสันหลัง จังหวะการเต้นเกิดขึ้นภายในเซลล์กล้ามเนื้อเพซเมกเกอร์ที่เชี่ยวชาญ แทนที่จะมาจากเส้นประสาท และกระแสประสาทจะแพร่กระจายผ่านกล้ามเนื้อหัวใจเพื่อประสานการหดตัว โดยมีการกระตุ้นจากระบบประสาทและฮอร์โมนเพื่อปรับอัตราและแรง
Mechanisms
ระบบปิดจะจำกัดเลือดให้อยู่ในหลอดเลือดและสามารถรักษาระดับความดันสูงและการควบคุมการกระจายตัวได้อย่างละเอียด ในขณะที่ระบบเปิดจะอาบเนื้อเยื่อด้วยฮีโมลิมฟ์ที่ความดันต่ำกว่า หัวใจของสัตว์มีกระดูกสันหลังเต้นแบบไมโอเจนิก: เซลล์เพซเมกเกอร์จะเกิดการดีโพลาไรซ์เอง และกระแสประสาทจะแพร่กระจายผ่านเนื้อเยื่อนำไฟฟ้าและกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดวัฏจักรหัวใจที่ประสานกันของการเติมและการขับออก ปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออก (stroke volume) ถูกกำหนดโดยการเติมเลือด (กลไกแฟรงก์-สตาร์ลิง) และความสามารถในการหดตัว และอัตราการเต้นของหัวใจถูกกำหนดโดยระบบประสาทอัตโนมัติและฮอร์โมน ดังนั้นปริมาณเลือดที่ส่งออกจากหัวใจจึงเท่ากับผลคูณของทั้งสอง หลอดเลือดแดง หลอดเลือดแดงฝอย หลอดเลือดฝอย และหลอดเลือดดำมีความแตกต่างกันในด้านความต้านทานและความยืดหยุ่นเพื่อควบคุมความดันและกระจายการไหลเวียน และวงจรเดี่ยวของปลา หัวใจกึ่งกลางของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์เลื้อยคลาน และระบบไหลเวียนโลหิตคู่ที่แบ่งแยกอย่างสมบูรณ์ของนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แสดงถึงวิวัฒนาการที่สอดคล้องกับการแลกเปลี่ยนก๊าซและความต้องการทางเมตาบอลิซึม
Clinical relevance
สรีรวิทยาหัวใจเชิงเปรียบเทียบ รวมถึงภาวะหัวใจเต้นช้ามากในสัตว์ที่ดำน้ำ และปริมาณเลือดที่ส่งออกจากหัวใจสูงในสัตว์เลือดอุ่นขนาดเล็ก ช่วยให้เข้าใจหลักการเบื้องหลังการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือดและการควบคุม การเข้าถึงนี้เป็นเอกสารอ้างอิงเพื่อการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์
History
การสาธิตการไหลเวียนโลหิตของวิลเลียม ฮาร์วีย์ในปี ค.ศ. 1628 ได้วางรากฐานของสรีรวิทยาหัวใจและหลอดเลือด และแฟรงก์และสตาร์ลิงได้สร้างพื้นฐานความสัมพันธ์ระหว่างความยาว-ความตึงของการส่งออกของหัวใจในภายหลัง สรีรวิทยาเปรียบเทียบได้ขยายหลักการเหล่านี้ไปทั่วความหลากหลายของหัวใจและวงจรของสัตว์ โดยเชื่อมโยงการออกแบบระบบไหลเวียนโลหิตเข้ากับขนาดร่างกาย วิถีชีวิต และกลยุทธ์การหายใจ
Key figures
- William Harvey
- Otto Frank
- Ernest Starling
- Knut Schmidt-Nielsen
Related topics
Seminal works
- hill2016
- randall2002
- schmidtnielsen1997
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างระบบไหลเวียนโลหิตแบบเปิดและแบบปิดคืออะไร?
- ในระบบปิด เลือดจะคงอยู่ในหลอดเลือดและไหลกลับสู่หัวใจผ่านหลอดเลือดเหล่านั้น; ในระบบเปิด ปั๊มจะสูบฉีดฮีโมลิมฟ์เข้าสู่ช่องว่างในร่างกายที่อาบเนื้อเยื่อโดยตรงก่อนที่จะไหลกลับ
- กลไกแฟรงก์-สตาร์ลิงคืออะไร?
- เป็นแนวโน้มของหัวใจที่จะหดตัวอย่างแรงขึ้นเมื่อมีเลือดเติมมากขึ้น เพื่อให้หัวใจสูบฉีดเลือดออกไปประมาณเท่ากับที่ได้รับโดยไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมจากภายนอก