Biologie I

bij alle dieren, op enkele eenvoudige typen na, wordt de bloedsomloop gebruikt om nutriënten en gassen door het lichaam te transporteren. De eenvoudige diffusie laat wat water, nutriënt, afval, en gasuitwisseling in primitieve dieren toe die slechts een paar cellagen dik zijn; nochtans, is de bulkstroom de enige methode waarmee het gehele lichaam van grotere complexere organismen wordt benaderd.,

circulatoire systeemarchitectuur

de bloedsomloop is in feite een netwerk van cilindrische vaten: de slagaders, aders en haarvaten die uit een pomp voortkomen, het hart. In alle gewervelde organismen, evenals sommige ongewervelde dieren, is dit een gesloten-lus systeem, waarbij het bloed niet vrij is in een holte. In een gesloten bloedsomloop bevindt het bloed zich in de bloedvaten en circuleert het unidirectioneel vanuit het hart rond de systemische bloedsomloop, waarna het weer terugkeert naar het hart, zoals weergegeven in Figuur 1a., In tegenstelling tot een gesloten systeem, geleedpotigen—waaronder insecten, schaaldieren, en de meeste weekdieren—hebben een open bloedsomloop, zoals weergegeven in Figuur 1b. in een open bloedsomloop, het bloed is niet ingesloten in de bloedvaten, maar wordt gepompt in een holte genaamd een hemocoel en wordt hemolymfe genoemd omdat het bloed zich mengt met het interstitiële vocht. Als het hart klopt en het dier beweegt, circuleert het hemolymfe rond de organen in de lichaamsholte en komt dan terug in de harten door openingen genaamd ostia. Deze beweging maakt de uitwisseling van gas en voedingsstoffen mogelijk., Een open bloedsomloop gebruikt niet zoveel energie als een gesloten systeem om te werken of te handhaven; er is echter een trade-off met de hoeveelheid bloed die kan worden verplaatst naar metabolisch actieve organen en weefsels die hoge niveaus van zuurstof vereisen. In feite is een van de redenen dat insecten met een spanwijdte tot twee meter breed (70 cm) vandaag niet in de buurt zijn waarschijnlijk omdat ze werden overtroffen door de komst van vogels 150 miljoen jaar geleden. Vogels, met een gesloten bloedsomloop, worden verondersteld zich agiliever te hebben bewogen, waardoor ze sneller voedsel konden krijgen en mogelijk op de insecten konden jagen.,

figuur 1. In (a) gesloten bloedsomloop, het hart pompt bloed door bloedvaten die gescheiden zijn van het interstitiële vocht van het lichaam. De meeste gewervelde dieren en sommige ongewervelde dieren, zoals deze annelide regenworm, hebben een gesloten bloedsomloop. In (B) open bloedsomloop, een vloeistof genaamd hemolymfe wordt gepompt door een bloedvat dat ledigt in de lichaamsholte. Hemolymph keert terug naar het bloedvat door openingen genaamd ostia. Geleedpotigen zoals deze bij en de meeste weekdieren hebben een open bloedsomloop.,variatie in de bloedsomloop bij dieren

variatie in de bloedsomloop bij dieren

de bloedsomloop varieert van eenvoudige systemen bij ongewervelde dieren tot complexere systemen bij gewervelde dieren. De eenvoudigste dieren, zoals de sponzen (Porifera) en rotifers (Rotifera), hebben geen bloedsomloop nodig omdat diffusie een adequate uitwisseling van water, voedingsstoffen en afval, evenals opgeloste gassen mogelijk maakt, zoals weergegeven in Figuur 2a., Organismen die complexer zijn maar nog steeds slechts twee lagen cellen in hun lichaamsplan hebben, zoals gelei (Cnidaria) en kamgelei (Ctenophora) gebruiken ook diffusie door hun epidermis en intern door het gastrovasculaire compartiment. Zowel hun interne als externe weefsels baden in een waterige omgeving en wisselen vloeistoffen uit door diffusie aan beide zijden, zoals geïllustreerd in Figuur 2b. de uitwisseling van vloeistoffen wordt ondersteund door het pulseren van het kwallichaam.

Figuur 2., Eenvoudige dieren bestaande uit een enkele cellaag zoals de (A) spons of slechts enkele cellagen zoals de (b) kwallen hebben geen bloedsomloop. In plaats daarvan worden gassen, voedingsstoffen en afval uitgewisseld door diffusie.

bij complexere organismen is diffusie niet efficiënt om gassen, nutriënten en afval effectief door het lichaam te laten circuleren; daarom ontstonden complexere circulatiesystemen. De meeste geleedpotigen en veel weekdieren hebben een open bloedsomloop., In een open systeem, een langwerpig kloppend hart duwt de hemolymfe door het lichaam en spiercontracties helpen om vloeistoffen te bewegen. De grotere, complexere schaaldieren, waaronder kreeften, hebben arteriële bloedvaten ontwikkeld om bloed door hun lichaam te duwen, en de meest actieve weekdieren, zoals inktvissen, hebben een gesloten bloedsomloop ontwikkeld en zijn in staat om snel te bewegen om prooi te vangen., Gesloten bloedsomloop systemen zijn een kenmerk van gewervelde dieren; er zijn echter significante verschillen in de structuur van het hart en de bloedcirculatie tussen de verschillende gewervelde groepen als gevolg van aanpassing tijdens de evolutie en bijbehorende verschillen in anatomie. Figuur 3 illustreert de elementaire bloedsomloop van sommige gewervelde dieren: vissen, amfibieën, reptielen en zoogdieren.

zoals afgebeeld in Figuur 3a vissen hebben een enkel circuit voor de bloedstroom en een tweekamervormig hart met slechts één atrium en één ventrikel., Het atrium verzamelt bloed dat uit het lichaam is teruggekeerd en het ventrikel pompt het bloed naar de kieuwen waar gasuitwisseling plaatsvindt en het bloed opnieuw wordt zuurstofrijk; dit wordt kieuwcirculatie genoemd. Het bloed gaat dan door de rest van het lichaam alvorens terug te komen bij het atrium; dit wordt genoemd systemische circulatie. Deze unidirectionele stroom van bloed produceert een gradiënt van zuurstofrijk naar gedeoxygeneerd bloed rond het systemische circuit van de vis., Het resultaat is een limiet in de hoeveelheid zuurstof die sommige organen en weefsels van het lichaam kan bereiken, waardoor de totale metabolische capaciteit van vissen wordt verminderd.

bij amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren wordt de bloedstroom in twee circuits geleid: één door de longen en terug naar het hart, dat pulmonale circulatie wordt genoemd, en de andere door de rest van het lichaam en zijn organen, inclusief de hersenen (systemische circulatie). In amfibieën, gasuitwisseling vindt ook plaats via de huid tijdens de pulmonale circulatie en wordt aangeduid als pulmocutane circulatie.,

zoals weergegeven in Figuur 3b hebben amfibieën een hart met drie kamers dat twee atria en één ventrikel heeft in plaats van het hart met twee kamers van vissen. De twee atria (superieure hartkamers) ontvangen bloed uit de twee verschillende circuits (de longen en de systemen), en dan is er enige vermenging van het bloed in het hart ventrikel (inferieure hartkamer), die de efficiëntie van oxygenatie vermindert. Het voordeel van deze regeling is dat hoge druk in de bloedvaten bloed naar de longen en het lichaam duwt., Het mengen wordt beperkt door een rand in het ventrikel die zuurstofrijk bloed door het systemische bloedsomloop en gedeoxygeneerd bloed leidt naar het pulmocutane circuit. Om deze reden worden amfibieën vaak beschreven als met een dubbele circulatie.

Figuur 3. (a) vissen hebben de eenvoudigste bloedsomloop van de gewervelde dieren: bloed stroomt unidirectioneel uit het hart met twee kamers door de kieuwen en vervolgens de rest van het lichaam., b) amfibieën hebben twee circulatoire routes: een voor de zuurstofvoorziening van het bloed door de longen en de huid, en de andere om zuurstof naar de rest van het lichaam. Het bloed wordt gepompt uit een hart met drie kamers met twee atria en één ventrikel.

De meeste reptielen hebben ook een hart met drie kamers, vergelijkbaar met het amfibiehart, dat bloed naar de pulmonale en systemische circuits leidt, zoals weergegeven in Figuur 4a. het ventrikel is effectiever verdeeld door een partieel septum, wat resulteert in minder mengen van zuurstofrijk en gedeoxygeneerd bloed., Sommige reptielen (alligators en krokodillen) zijn de meest primitieve dieren die een hart met vier kamers vertonen. Krokodilachtigen hebben een uniek circulatiemechanisme waarbij het hart bloed uit de longen naar de maag en andere organen schuurt tijdens lange perioden van onderdompeling, bijvoorbeeld, terwijl het dier wacht op prooi of onder water blijft wachten tot prooi rot. Eén aanpassing omvat twee hoofdslagaders die hetzelfde deel van het hart verlaten: de ene neemt bloed naar de longen en de andere zorgt voor een alternatieve route naar de maag en andere delen van het lichaam., Twee andere aanpassingen omvatten een gat in het hart tussen de twee ventrikels, het foramen van Panizza genoemd, waardoor bloed van de ene kant van het hart naar de andere, en gespecialiseerde bindweefsel dat de bloedstroom naar de longen vertraagt. Samen hebben deze aanpassingen krokodillen en alligators tot een van de meest evolutionair succesvolle diergroepen op aarde gemaakt.

bij zoogdieren en vogels is het hart ook verdeeld in vier kamers: twee atria en twee ventrikels, zoals afgebeeld in Figuur 4b., Het zuurstofrijk bloed wordt gescheiden van het zuurstofvrij bloed, wat de efficiëntie van de dubbele circulatie verbetert en waarschijnlijk nodig is voor de warmbloedige levensstijl van zoogdieren en vogels. Het vierkamerhart van vogels en zoogdieren evolueerde onafhankelijk van een driekamerhart. De onafhankelijke evolutie van de zelfde of een gelijkaardige biologische eigenschap wordt bedoeld als convergente evolutie.

Figuur 4. (a) reptielen hebben ook twee circulatoire routes; echter, bloed wordt alleen zuurstof via de longen., Het hart is drie kamers, maar de ventrikels zijn gedeeltelijk gescheiden, zodat enige vermenging van zuurstofrijk en gedeoxygeneerd bloed optreedt, behalve bij krokodilachtigen en vogels. B) zoogdieren en vogels hebben het meest efficiënte hart met vier kamers die het zuurstofrijk en gedeoxygeneerd bloed volledig scheiden; het pompt alleen zuurstofrijk bloed door het lichaam en gedeoxygeneerd bloed naar de longen.