Typer av cirkulationssystem öppna kontra stängda

Cirkulationssystemet tjänar till att flytta blod till en plats eller platser där det kan syrgas och där avfall kan kastas. Cirkulation tjänar sedan till att föra nyligen syresatt blod till vävnaderna i kroppen. Eftersom syre och andra kemikalier diffunderar ur blodcellerna och i vätskan som omger cellerna i kroppens vävnader diffunderar avfallsprodukter in i blodcellerna som ska transporteras. Blod cirkulerar genom organ som lever och njurar där avfall tas bort och tillbaka till lungorna för en ny dos syre. Och sedan upprepar processen sig. Denna cirkulationsprocess är nödvändig för att cellerna, vävnaderna och till och med hela organismen fortsätter att leva. Innan vi pratar om hjärtat bör vi ge en kort bakgrund av de två breda typer av cirkulation som finns i djur. Vi kommer också att diskutera hjärtans progressiva komplexitet när man rör sig upp den evolutionära stegen.

Många ryggradslösa djur har inte cirkulationssystem alls. Deras celler är tillräckligt nära deras miljö för syre, andra gaser, näringsämnen och avfallsprodukter för att helt enkelt diffundera ur och in i sina celler. Hos djur med flera cellskikt, speciellt landdjur, fungerar detta inte, eftersom deras celler är för långt från den yttre miljön för att enkel osmos och diffusion ska fungera tillräckligt snabbt vid utbyte av cellavfall och material som behövs med miljön.

Öppna cirkulationssystem

Hos högre djur finns det två primära typer av cirkulationssystem: öppet och stängt. Leddjur och blötdjur har ett öppet cirkulationssystem. I denna typ av system finns det varken ett sant hjärta eller kapillärer som finns hos människor. I stället för ett hjärta finns det blodkärl som fungerar som pumpar för att tvinga blodet med. Istället för kapillärer går blodkärlen direkt i öppna bihålor. "Blod", faktiskt en kombination av blod och mellanliggande vätska som kallas 'hemolymf', tvingas från blodkärlen till stora bihålor, där det faktiskt badar de inre organen. Andra kärl får blod som tvingas från dessa bihålor och leder det tillbaka till pumpkärlen. Det hjälper till att föreställa sig en hink med två slangar som kommer ut ur den, dessa slangar är anslutna till en presskula. När glödlampan pressas pressar den vattnet längs med skopan. En slang kommer att skjuta vatten i skopan, den andra suger vatten ur skopan. Naturligtvis är detta ett mycket ineffektivt system. Insekter kan komma igenom denna typ av system eftersom de har många öppningar i sina kroppar (spirakel) som gör att "blodet" kan komma i kontakt med luft.

Stängda cirkulationssystem

Det stängda cirkulationssystemet för vissa blötdjur och alla ryggradsdjur och högre ryggradslösa djur är ett mycket effektivare system. Här pumpas blod genom ett slutet system av artärer, vener och kapillärer. Kapillärer omger organen och ser till att alla celler har lika möjligheter för näring och borttagning av sina avfallsprodukter. Men även stängda cirkulationssystem skiljer sig när vi går längre upp i det evolutionära trädet.

En av de enklaste typerna av stängda cirkulationssystem finns i ringöppningar som daggmask. Maskmaskar har två huvudsakliga blodkärl - en rygg och ett ventralt kärl - som transporterar blod mot huvudet respektive svansen. Blod förflyttas längs ryggkärlet av sammandragningsvågor i kärlets vägg. Dessa sammandragbara vågor kallas "peristaltis". I den främre regionen av masken finns det fem par fartyg, som vi löst benämner "hjärtan", som förbinder rygg- och ventriklarna. Dessa anslutande kärl fungerar som rudimentära hjärtan och tvingar blodet i det ventrale kärlet. Eftersom den yttre täckningen (epidermis) hos daggmask är så tunn och är konstant fuktig, finns det gott om möjligheter att växla ut gaser, vilket gör detta relativt ineffektiva system möjligt. Det finns också speciella organ i daggmask för avlägsnande av kvävehaltigt avfall. Fortfarande kan blod flöda bakåt och systemet är bara lite effektivare än det öppna systemet med insekter.

Två-kammare hjärta

När vi kommer till ryggradsdjuren börjar vi hitta verkliga effektiviteter med det slutna systemet. Fisk har en av de enklaste typerna av sanna hjärtan. En fiskhjärta är ett tvåkammarsorgan som består av en atrium och en ventrikel. Hjärtat har muskulära väggar och en ventil mellan kamrarna. Blod pumpas från hjärtat till gälarna, där det får syre och blir av med koldioxid. Blod går sedan vidare till kroppens organ, där näringsämnen, gaser och avfall byts ut. Det finns dock ingen delning av cirkulationen mellan andningsorganen och resten av kroppen. Det vill säga, blodet reser i en krets som tar blod från hjärtat till gälvor till organ och tillbaka till hjärtat för att starta sin cirkulära resa igen.

Tre-kammare hjärta

Grodor har ett hjärta med tre kammare, bestående av två atria och en enda ventrikel. Blod som lämnar ventrikeln passerar in i en gafflad aorta, där blodet har lika möjlighet att resa genom en krets av kärl som leder till lungorna eller en krets som leder till de andra organen. Blod som återvänder till hjärtat från lungorna passerar in i ena förmaket, medan blod som återvänder från resten av kroppen passerar in i den andra. Båda atria tömmer sig i den enda ventrikeln. Även om detta säkerställer att viss blod alltid passerar till lungorna och sedan tillbaka till hjärtat, innebär blandningen av syresatt och deoxygenerat blod i den enda ventrikeln att organen inte blir blodmättade med syre. Fortfarande, för en kallblodig varelse som grodan, fungerar systemet bra.

Fyrkammars hjärta

Människor och alla andra däggdjur, såväl som fåglar, har ett fyrkammars hjärta med två förmak och två ventriklar. Deoxygenerat och syresatt blod blandas inte. De fyra kamrarna säkerställer effektiv och snabb rörelse av mycket syresatt blod till kroppens organ. Detta hjälper till vid termisk reglering och i snabba, långvariga muskelrörelser.