Hệ tuần hoàn và Tim

Cách các loài động vật vận chuyển máu hoặc dịch tuần hoàn (haemolymph) khắp cơ thể, và cách tim tạo ra áp lực và lưu lượng phù hợp với nhu cầu cung cấp cho các mô.

Definition

Hệ tuần hoàn là sự sắp xếp của bơm, chất lỏng và mạch máu để vận chuyển khí, chất dinh dưỡng, chất thải, hormone và nhiệt khắp cơ thể động vật, và tim là bơm cơ bắp có sự co bóp nhịp nhàng tạo ra áp lực thúc đẩy dòng chảy đó.

Scope

Chủ đề này bao gồm sinh lý học so sánh về vận chuyển nội bộ: hệ tuần hoàn hở và kín, tuần hoàn đơn và kép, cấu trúc và hoạt động điện của tim động vật có xương sống và động vật không xương sống, chu kỳ tim, và sự điều hòa cung lượng tim và huyết áp. Nó đề cập đến cách sức cản và dung tích mạch máu phân phối lưu lượng và cách tuần hoàn được điều chỉnh phù hợp với kích thước cơ thể, hoạt động và chiến lược hô hấp. Nội dung mang tính so sánh và cơ chế hơn là lâm sàng.

Core questions

• Điều gì phân biệt hệ tuần hoàn hở với hệ tuần hoàn kín, và những đánh đổi của chúng là gì?
• Nhịp tim bắt nguồn và lan truyền như thế nào, và chu kỳ tim được tổ chức ra sao?
• Cung lượng tim được điều hòa như thế nào để phù hợp với nhu cầu thay đổi của cơ thể?
• Tại sao tuần hoàn kép lại tiến hóa ở chim và động vật có vú, và nó mang lại lợi thế gì?

Key theories

Mối quan hệ Frank–Starling

Lực co bóp của tim tăng lên theo mức độ tim được đổ đầy, do đó trong giới hạn nhất định, tim tự động bơm ra lượng máu được trả về, điều chỉnh cung lượng phù hợp với lượng máu trở về tĩnh mạch.

Nguồn gốc cơ tim của nhịp tim

Ở tim động vật có xương sống, nhịp điệu phát sinh trong các tế bào cơ tạo nhịp chuyên biệt chứ không phải từ dây thần kinh, và xung động lan truyền qua cơ tim để phối hợp sự co bóp, với đầu vào thần kinh và hormone điều chỉnh tốc độ và lực.

Mechanisms

Hệ thống kín giới hạn máu trong mạch và có thể duy trì áp lực cao cùng khả năng kiểm soát phân phối tinh vi, trong khi hệ thống hở làm ngập các mô trong dịch tuần hoàn (haemolymph) ở áp lực thấp hơn. Tim động vật có xương sống đập theo cơ chế cơ tim (myogenically): các tế bào tạo nhịp tự khử cực và xung động lan truyền qua mô dẫn truyền và cơ, tạo ra chu kỳ tim phối hợp giữa đổ đầy và tống máu. Thể tích nhát bóp được xác định bởi sự đổ đầy (cơ chế Frank–Starling) và khả năng co bóp, và nhịp tim được điều hòa bởi hệ thần kinh tự chủ và hormone, do đó cung lượng tim bằng tích của chúng. Động mạch, tiểu động mạch, mao mạch và tĩnh mạch khác nhau về sức cản và độ đàn hồi để điều hòa áp lực và phân phối lưu lượng, và tuần hoàn đơn của cá, tim trung gian của lưỡng cư và bò sát, cùng tuần hoàn kép phân chia hoàn toàn của chim và động vật có vú đại diện cho các giải pháp kế tiếp phù hợp với trao đổi khí và nhu cầu trao đổi chất.

Clinical relevance

Sinh lý học tim mạch so sánh, bao gồm nhịp tim chậm cực độ của động vật lặn và cung lượng cao của các loài nội nhiệt nhỏ, làm sáng tỏ các nguyên tắc đằng sau hiệu suất tim mạch và sự điều hòa của nó. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục và không phải là hướng dẫn y tế.

History

Việc William Harvey chứng minh sự tuần hoàn của máu vào năm 1628 đã đặt nền móng cho sinh lý học tim mạch, và Frank cùng Starling sau đó đã thiết lập cơ sở độ dài–sức căng của cung lượng tim. Sinh lý học so sánh đã mở rộng các nguyên tắc này trên sự đa dạng của tim và hệ tuần hoàn động vật, liên hệ thiết kế tuần hoàn với kích thước cơ thể, lối sống và chiến lược hô hấp.

Key figures

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

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa tuần hoàn hở và tuần hoàn kín là gì?

Trong hệ thống kín, máu nằm trong mạch và trở về tim qua chúng; trong hệ thống hở, bơm đẩy dịch tuần hoàn (haemolymph) vào các khoang cơ thể làm ngập trực tiếp các mô trước khi nó chảy ngược trở lại.

Cơ chế Frank–Starling là gì?

Đó là xu hướng của tim co bóp mạnh hơn khi nó được đổ đầy nhiều hơn, để nó bơm ra lượng máu gần bằng lượng máu nhận được mà không cần kiểm soát bên ngoài.