Anatomie und Physiologie

Kreislaufsystem - Embryonale Entwicklung des Kreislaufsystems

Embryonale Entwicklung des Kreislaufsystems

Ein Der Embryo entwickelt sich nur mit einer ausreichenden Versorgung mit Sauerstoff und Metaboliten. In ihren frühen Stadien können diese durch Diffusion bereitgestellt werden . Da die Diffusionsrate jedoch ab einer bestimmten Größe begrenzt wird, wird das Kreislaufsystem früh in der Entwicklung funktionsfähig, oft bevor andere Organe und Systeme offensichtlich sind.

Das Herz entwickelt sich aus der mittleren embryonalen Gewebeschicht, dem Mesoderm, direkt unterhalb des vorderen Teils des Darms. Es beginnt als ein Schlauch, der sich mit Blutgefäßen verbindet, die sich auch im Mesoderm bilden. Andere mesodermale Zellen bilden eine Hülle um den Herzschlauch und werden zur Muskelwand oder zum Myokard. Das Herz liegt in einem eigenen Abschnitt der Körperhöhle, der so genanntenPerikardkoelom , gebildet durch Trennwände, die es von der Hauptkörperhöhle abschneiden. Ausgehend von einer ursprünglichen Röhrenform beugt sich das Herz zurück, wenn es in der Perikardhöhle wächst. Der Sinus venosus und das Atrium liegen über dem Ventrikel undBulbus Cordis (embryonales Äquivalent des Conus Arteriosus). Septa teilt das Herz allmählich in Kammern auf.

Bei Säugetier- und Vogelembryonen werden die Lungen erst bei der Geburt verwendet. Sauerstoff wird im ersteren aus der Plazenta und im letzteren aus embryonalen Membranen nahe der porösen Eierschale gewonnen.

Der Kreislauf weist verschiedene Modifikationen auf, um sauerstoffhaltiges Blut von Quellen außerhalb des Embryos zum Körper des Embryos umzuleiten. Bei Säugetieren Blut aus demDie Plazenta wandert über die Nabelvene und die hintere Hohlvene zur rechten Ohrmuschel . Es geht durch eine Öffnung, dieForamen ovale , in die linke Ohrmuschel und dann in die linke Herzkammer und um den Körper herum. Desoxygeniertes Blut, das in die vordere Hohlvene eintritt, füllt den rechten Ventrikel; Anstatt jedoch in die Lunge zu gelangen, wird es durch die Lunge geleitetDuctus arteriosus , zwischen den Lungen- und Systembögen und in die Aorta dorsalis. Von der dorsalen Aorta gelangt das sauerstofffreie Blut zur Plazenta und umgeht die Lunge vollständig. Bei der Geburt schließt sich das Foramen ovale, ebenso wie der Ductus arteriosus, und die Lunge wird funktionsfähig.

Die Entwicklung des Kreislaufsystems bei Embryonen höherer Wirbeltiere (dh bei Vögeln und Säugetieren) folgt im Allgemeinen einer Abfolge von sieben Hauptereignissen. Zunächst biegt sich ein röhrenförmiges Herz in eine S-Form. Das Blut fließt dann von hinten nach vorne durch den Sinus venosus, das Atrium, den Ventrikel und den Bulbus cordis. Es gibt dann eine Unterteilung des Atriums und des Ventrikels und der Öffnung zwischen ihnen. Der Sinus venosus ist in das rechte Atrium eingebaut. Die Lungenvenen sind getrennt, um sich in das linke Atrium zu öffnen. Der Bulbus cordis ist vom rechten Ventrikel in einen Lungenstamm und vom linken Ventrikel in einen systemischen Stamm unterteilt. Schließlich wird ein embryonaler Satz von sechs Arterienbögen bei Erwachsenen auf drei reduziert, und ihre Beziehungen werden durch den asymmetrischen Verlust einiger Teile und die Entwicklung anderer weiter erschwert.

Biodynamik der Wirbeltierzirkulation

Blutdruck und Blutfluss

Der Druck, der sich im geschlossenen Kreislaufsystem der Wirbeltiere entwickelt, ist an der Pumpe - dem Herzen - am höchsten und nimmt aufgrund der Reibung in den Blutgefäßen mit zunehmender Entfernung von der Pumpe ab. Da die Blutgefäße ihren Durchmesser ändern können, kann der Blutdruck sowohl durch die Wirkung des Herzens als auch durch Änderungen der Größe der peripheren Blutgefäße beeinflusst werden. Blut ist eine lebende Flüssigkeit - es ist viskos und enthält Zellen (45 Prozent seines Volumens beim Menschen) - und dennoch sind die Auswirkungen der Zellen auf ihre Flussmuster gering.

Blut gelangt durch Überdruck aus dem Venensystem oder durch Unterdruck in das Atrium und zieht es durch Absaugen an. Beide Mechanismen wirken bei Wirbeltieren. Muskelbewegungen der Gliedmaßen und des Körpers sowie die Schwerkraft bei Landwirbeltieren sind Kräfte, die Blut zum Herzen treiben. Bei Fischen und Amphibien drückt das Atrium Blut in den Ventrikel, wenn es sich zusammenzieht. Bei Vögeln und Säugetieren gelangt das Blut mit beträchtlichem Restdruck zum Herzen und gelangt durch die Ohrmuscheln in die Ventrikel, anscheinend ohne viel zusätzlichen Impuls durch die Kontraktion der Ohrmuscheln.

Der Ventrikel ist die Hauptpumpe Kammer , aber eines der Merkmale der Doppelzirkulation ist, dass die beiden Kreisläufe unterschiedliche Druckniveaus erfordern. Obwohl der kürzere Lungenkreislauf weniger Druck erfordert als der viel längere systemische Kreislauf, sind beide miteinander verbunden und müssen pro Zeiteinheit das gleiche Flüssigkeitsvolumen transportieren. Der rechte und der linke Ventrikel bei Vögeln und Säugetieren fungieren als Volumen- bzw. Druckpumpe. Die dicke Muskelwand des linken Ventrikels sorgt dafür, dass dieser während der Kontraktion einen höheren Druck entwickelt, um Blut durch den Körper zu drücken. Daraus folgt, dass der Druck in der Aorta und der Lungenarterie sehr unterschiedlich sein kann. Beim Menschen ist der Aortendruck etwa sechsmal höher.

Ventile im gesamten System sind entscheidend, um den Druck aufrechtzuerhalten. Sie verhindern den Rückfluss auf allen Ebenen. Beispielsweise verhindern sie den Fluss von den Arterien zurück in das Herz, wenn der ventrikuläre Druck am Ende eines Kontraktionszyklus abfällt. Ventile sind wichtig inVenen , bei denen der Druck niedriger ist als in den Arterien.

Ein weiterer Impuls für die Durchblutung ist die Kontraktion der Muskeln in den Gefäßwänden. Dies verhindert auch den Rückfluss von arteriellem Blut zum Herzen am Ende jedes Kontraktionszyklus. Eingaben von Nerven, sensorischen Rezeptoren in den Gefäßen selbst und Hormonen beeinflussen alle den Blutgefäßdurchmesser , aber die Reaktionen unterscheiden sich je nach Position im Körper und in der Tierart.

Normally, the pressures that develop in a circulatory system vary widely in different animals. Body size can be an important factor. The closed circulation systems of vertebrates generally operate at higher pressures than the open blood systems of invertebrates; the systems of birds and mammals operate at the highest pressures of all.

Electrical activity

The vertebrate heart is myogenic (rhythmic contractions are an intrinsic property of the cardiac muscle cells themselves). Die Pulsfrequenz variiert stark bei verschiedenen Wirbeltieren, ist jedoch im Allgemeinen bei kleinen Tieren höher, zumindest bei Vögeln und Säugetieren. Jede Herzkammer hat ihre eigene Kontraktionsrate. Beim Frosch zum Beispiel zieht sich der Sinus venosus am schnellsten zusammen und ist der Schrittmacher für die anderen Kammern, die sich nacheinander und mit abnehmender Geschwindigkeit zusammenziehen, wobei der Konus am langsamsten ist. Bei Vögeln und Säugetieren, bei denen der Sinus venosus rechts eingebaut istAtrium am sinoaurikulären Knoten, letzterer ist immer noch der Schrittmacher und der Herzschlag wird an diesem Punkt ausgelöst. Somit erklärt die Evolutionsgeschichte des Herzens das asymmetrische Muster des Herzschlags.

Im Frosch beginnt jede Kontraktion des Herzens mit einer lokalisierten negative Ladung , die sich über die Oberfläche dessinus venosus. In lower vertebrates, the cardiac muscle cells themselves conduct the wave of excitation. In birds and mammals, however, special conducting fibres (arising from modified muscle cells) transmit the wave of excitation from the sinoauricular node to the septum between the auricles, and then, after a slight delay, down between and around the ventricles. The electrical activity of the heart can be recorded; the resulting pattern is called an electrocardiogram.

Control of heartbeat and circulation

Viele Faktoren wie Temperatur, Sauerstoffversorgung oder nervöse Erregung beeinflussen den Herzschlag und die Durchblutung. Die Durchblutung wird hauptsächlich über Nervenverbindungen, sensorische Rezeptoren und Hormone gesteuert. Diese wirken hauptsächlich durch Variieren der Pulsfrequenz, Amplitude oder des Schlagvolumens des Herzens und durch Ändern des Ausmaßes der Erweiterung oder Verengung der peripheren Blutgefäße (dh der Blutgefäße nahe der Oberfläche des.)Körper ).

Temperature has a direct effect on heart rate, and one of the ways in which mammals regulate their internal temperature is by controlling peripheral blood circulation. Mammals are endothermic (warm-blooded) vertebrates; their internal temperature is kept within narrow limits by using heat generated by the body’s own metabolic processes. Lizards are ectothermic (cold-blooded); they obtain heat from the external environment by, for example, basking in the sun. The effects of oxygen concentration on the heart and blood vessels is rapid. Oxygen deficiency in the cardiac tissue causes dilation of the coronary capillaries, thereby increasing blood flow and oxygen supply.

Most effects on the circulation are indirect and complex. All vertebrate hearts receive input from Nerven ; Beispielsweise bewirkt die Stimulation eines Astes des Vagusnervs die Freisetzung vonAcetylcholin an den Nervenenden, das die Herzfrequenz senkt. Andere Nervenenden lösen sichNoradrenalin , das die Herzfrequenz erhöht. Weniger direkt bewirkt eine durch Stress hervorgerufene nervöse Stimulation die Freisetzung der HormoneAdrenalin und Noradrenalin in den Blutkreislauf. Diese Substanzen lassen das Herz nicht nur schneller und mit größerer Amplitude schlagen, sondern leiten auch Blut zu den Muskeln, indem sie die Gefäße in Haut und Darm verengen. Dies bereitet das Tier physiologisch auf körperliche Anstrengung vor. Zahlreiche andere Chemikalien wie Nikotin beeinflussen die Herzfrequenz direkt oder indirekt.

Zwei weitere Faktoren sind im Zusammenhang mit der Kreislaufregulation wichtig - die Konzentrationen anorganischer Ionen und sensorischer Rezeptoren in Blutgefäßwänden. Natrium, Kalium undCalciumionen sind immer an Änderungen des elektrischen Potentials in den Zellmembranen beteiligt. Eine Änderung ihrer Konzentrationen beeinflusst daher den Herzschlag stark. Die externe Calciumkonzentration kann beispielsweise die Leitfähigkeit von Natrium durch die Herzzellmembranen bestimmen.Sensorische Rezeptoren in den Wänden von Blutgefäßen registrieren den Blutdruck. Sie sind in der gefundenAorta , Halsschlagadern, Lungenarterie, Kapillaren in der Nebenniere und das Gewebe derheart itself. Impulses from the receptors travel to the medulla of the brain, from where messages are sent via motor nerves to the heart and blood vessels. Regulation is thus achieved according to the body’s needs.