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Machine Translated by Google Vergleichende Physiologie (früher „Vegetative Physiologie“) Zoologisches Institut und Museum Prof. Dr. Philipp Lehmann [email protected] Serie 6: Kreislaufsysteme, Arterien, Venen, Kapillaren, Blutkreislauf, Herz, Herzerregung Machine Translated by Google Innere Verteilung der Materie im tierischen Körper D D r < 1 mm r >> 1 mm Ein Tier mit einem Körperradius (r) von mehr als 1 mm kann Zellen und Gewebe nicht allein durch Diffusion mit Sauerstoff, Nährstoffen, Hormonen etc. versorgen. Es benötigt ein inneres System der Stoffverteilung, das Stoff schnell und effizient durch Konvektion transportieren kann und die Diffusionsdistanzen minimiert. Wikipedia Wikipedia Foto: TUDAV Protista Plattwürmer Porifera Die zirkulierende Flüssigkeit ist Blut (das Gefäßsystem ist mesodermalen Ursprungs, während das Lumen der Gefäße Teil des ursprünglichen Blastocoels ist (primäre Leibeshöhle), Coelomflüssigkeit (das Gefäßsystem ist ein modifiziertes Coelom, d. h. sekundäre Leibeshöhle) oder Hämolymphe (das Gefäßsystem ist ein Mixocoel, d. h. es besteht sowohl aus Blastocoel als auch aus Coelom). Machine Translated by Google Offene Kreislaufsysteme Das Herz ist der zentrale Motor, der die Bewegungskraft für den Bluttransport in den vom Herzen ausgehenden Gefäßen (Arterien) erzeugt. Die Arterien leiten das Blut dann in die Körperhöhle, wo es entweder langsam und passiv durch den Interzellularraum verteilt oder alternativ mithilfe unterstützender (peripherer) kontraktiler Organe weiterbewegt wird. Das Herz saugt dann das Blut oder genauer gesagt die interstitielle Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsansammlungsbereich der Körperhöhle zurück. Arterien Machine Translated by Google Geschlossene Kreislaufsysteme Das Herz ist der zentrale Motor, der die Bewegungskraft für den Bluttransport in den vom Herzen ausgehenden Gefäßen (Arterien) erzeugt. Die Arterien verzweigen sich dann in immer kleinere Gefäße, bis sie zu Kapillaren werden, deren Wände den Stoffaustausch ermöglichen. Die Kapillaren verschmelzen dann wieder zu immer größeren Gefäßen, den sogenannten Venen, die das Blut zum Herzen transportieren. Die Wiederauffüllung des Herzens erfolgt über die Venen. Arterien Kapillaren Venen Machine Translated by Google Beispiele für offene Kreislaufsysteme Offene Abschnitte des Kreislaufsystems Von: Eckert Machine Translated by Google Auch offene Kreislaufsysteme haben stark verzweigte Arterien Wikipedia Eine Arterie, die direkt mit dem Herzen verbunden ist und Blut in den Körper eines Tieres transportiert, wird Aorta genannt. Von: Stefan Richter, Uni. Rostock Das kugelförmige Herz (H) pumpt Blut in die vordere Aorta (AA) und die paarigen vorderen Seitenaorten (ALA) sowie die Aorten in Richtung Hepatopankreas (HA). Die vordere Aorta mündet in eine Ausbuchtung, aus der das Cor frontale (Cf) entspringt, aus dem die Arteria caudalis (CA) und die paarigen Augenaorten (OA) entspringen. Aus dem hinteren Teil des Herzens kommt die absteigende Aorta (Ad), die in das ventrale Gefäß (VV) (von dem das Gefäß zu den Beinen (P) und den Mundwerkzeugen abgeht) und die hintere Aorta (PA) mündet. Machine Translated by Google Beispiel eines geschlossenen Kreislaufsystems Von: Eckert Blutvolumen etwa 10 % des Blutvolumens eines offenen Systems Machine Translated by Google Beispiele für geschlossene Kreislaufsysteme Annelida: Regenwurm, Lumbricus Säugetiere: Mensch, Homo Von: Eckert Machine Translated by Google Die Funktion des Kreislaufsystems von Insekten 1 Durch die Entwicklung des verzweigten Trachealsystems hat das Kreislaufsystem der Insekten seine primäre Rolle als Transporteur von Atemgasen verloren. Deshalb enthält die Hämolymphe der Insekten im Allgemeinen keine Atempigmente (denken Sie an die vorangegangene Vorlesungsreihe!). Als Kraftgenerator nutzen Insekten ein röhrenförmiges Herz, das über sog. Ostien große Flüssigkeitsmengen aus dem Mixocoel saugt und diese durch peristaltische Kontraktionen (Myogen/Neurogen?!) nach vorne in die vordere Aorta pumpt. Der Druck der Hämolymphe wird nur zu einem sehr geringen Teil von diesem röhrenförmigen kontraktilen Herzen erzeugt. Der primäre Druck wird durch die Wirkung der dorsoventralen Muskulatur erzeugt (- 0,5 bis 7 kPa). Die Bewegungen der Körperwand erleichtern ebenfalls den Hämolymphfluss. Bei manchen Schmetterlingen beispielsweise drückt die Bewegung des Hinterleibs während des Flugs die Hämolymphe zwischen Brustkorb und Hinterleib. From: Gewecke Machine Translated by Google Die Funktion des Kreislaufsystems von Insekten 2 Bei Tieren mit offenem Kreislaufsystem sorgen unterstützende kontraktile Organe für einen ausreichenden Blutfluss durch sonst unzugängliche Körperteile: Antennenherzen – Antennen (siehe unten) Dorsale Ampullen – Flügel, Beinmembranen (teilen den Hämolymphraum in den Beinen der Länge nach, sind muskulär verschiebbar und unterstützen die Hämolymphzirkulation in den Beinen). Von: Penzlin Machine Translated by Google Kreislaufsysteme von Wirbeltieren Von: Purves Bei Fischen sind die Herzkammern linear angeordnet, was auf ihren evolutionären Ursprung als kontraktiles Gefäß hinweist. Die Überbrückungsgefäße im Kiemenbereich des Lungenfischkreislaufs nehmen an keinem Gasaustausch teil. Stattdessen kann der Blutfluss durch diese Gefäße über Ventile reguliert werden, so dass sie die Kiemen vorrangig umgehen, wenn sich das Tier in der Luft befindet, während sie im Wasser vorrangig Blut durch die Kiemen leiten. Machine Translated by Google Kreislaufsysteme von Wirbeltieren Von: Purves Bei längeren Tauchgängen sind Krokodile in der Lage, ein Ventil in der Wand zwischen Herzkammer und Aorta (Foramen panizzae) zu öffnen, um gemischtes Blut zu den Hauptorganen zu leiten und so deren Sauerstoffverbrauch zu minimieren. Machine Translated by Google Arterien- und Venensysteme Von: Eckert Machine Translated by Google Windkesseleffekt großer Arterien Das systemische Arteriensystem fungiert als Leitung und Druckspeicher; außerdem gleicht es Druckschwankungen aus und steuert die Verteilung des Blutflusses auf die Kapillaren. Die Leitungsfunktion (1) wird von den Gefäßkanälen übernommen, durch die das Blut bei minimalem Reibungsdruckverlust in Richtung Peripherie fließt. Die dehnbaren Wände und der hohe Ausflusswiderstand der Arterien sorgen für die Funktion eines Druckspeichers (2) und für die Dämpfung von Druck- und Durchflussschwankungen (3). Durch selektive Verengung der peripheren Arterienbetten wird die Blutverteilung zu den verschiedenen Geweben gesteuert (4). Von: Eckert Machine Translated by Google Windkesseleffekt und Druckverlust in Kapillaren Der Blutfluss durch die Gefäße wird durch hydrostatische Druckgradienten über die Länge des betreffenden Gefäßes aufrechterhalten. Von: Eckert Machine Translated by Google Physik des Blutflusses, Hämodynamik Von: Eckert Machine Translated by Google Physik des Blutflusses, Hämodynamik Von: Eckert Machine Translated by Google Kapillarbetten (Wirbeltiere) Perizyten: kontraktil (ändern den Kapillardurchmesser), Noradrenalin (sympathisches Nervensystem!) und ATP wirken kontrahierend, während Glutamat si Von: Eckert Machine Translated by Google Physik des Blutflusses, Hämodynamik Der Blutfluss durch kleinere Gefäße ähnelt einem kontinuierlichen laminaren Fluss, in großen, elastischen Arterien ist jedoch ein pulsierender laminarer Fluss zu beobachten. Die Geschwindigkeit ist zur Mitte des Gefäßes hin höher. a) Die Anwesenheit von Blutzellen flacht das Geschwindigkeitsprofil des Blutes im Vergleich zum Plasma ab. b) Der pulsierende Fluss ist gekennzeichnet durch eine flache Profil und Flussumkehr während jedes Herzschlags. Von: Eckert Machine Translated by Google Physik des Blutflusses, Hämodynamik Das Poiseuille-Gesetz besagt, dass die Durchflussrate einer Flüssigkeit Qÿ direkt proportional zur Druckdifferenz P1 – P2 entlang der Länge des Rohrs und der vierten (!) Potenz des Rohrradius r und umgekehrt proportional zur Rohrlänge L und der Flüssigkeitsviskosität ÿ ist. Die Reynoldszahl (Re) hängt vom Durchfluss einer Flüssigkeit Qÿ, dem Radius des Gefäßes r, der Dichte des Blutes ÿ und seiner Viskosität ÿ ab. Sie gibt die Strömungsart an (< 200 – laminar, >> 200 – turbulent). Je turbulenter die Strömung ist, desto höher müssen die Druckgradienten sein, um die Durchflussmenge und -geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Art der Strömung und die Schiffsturbulenzen Abmessungen des Behälters bestimmen den Strömungswiderstand R. Von: Eckert Machine Translated by Google Austausch zwischen Blutgefäßen und Gewebe Der Hauptzweck des Herz-Kreislauf-Systems besteht darin, Gase, Nährstoffe, Abfallprodukte und andere Substanzen zu und von den Körperzellen zu transportieren. Gase und fettlösliche Moleküle können direkt durch die Membranen der Endothelzellen der Kapillarwand diffundieren. Glukose, Aminosäuren und Ionen nutzen Transporter, um sich durch erleichterte Diffusion durch bestimmte Kanäle in der Membran oder durch interzelluläre Spalten zu bewegen. Größere Moleküle können durch die Poren fenestrierter Kapillaren gelangen. Wasser bewegt sich durch Osmose. Anatomie & Physiologie. Zur Verfügung gestellt von: OpenStax CNX. Machine Translated by Google Krafterzeugung im Kreislaufsystem: Herz (Bedeutung des Herzbeutels für die Herzfunktion) Von: Eckert Machine Translated by Google Krafterzeugung im Kreislaufsystem: Herz (Bedeutung des Herzbeutels für die Herzfunktion) Von: Eckert Machine Translated by Google Herzkontraktionszyklus im Säugetierherz Die Aktivitätsphasen des Säugetierherzens Systole – Kontraktionsphase EKG (Elektrokardiogramm), Druckänderung und Volumenänderung in den Diastole – Entspannungsphase Herzkammern während des Kontraktions-Entspannungs-Zyklus (also des Herzzyklus): Die P-Welle entspricht der Depolarisation der Vorhofmuskulatur. Der QRS-Komplex der Ventrikelmuskulatur. Die T-Welle entspricht der Repolarisation der Ventrikelmuskulatur. Von: Eckert Wo findet die atriale Repolarisation statt? Machine Translated by Google Herzkontraktionszyklus im Säugetierherz Die Fläche einer ventrikulären Druck-Volumen- Schleife ist proportional zur mechanischen Arbeit, die ein Ventrikel in einem Herzzyklus leistet. Hier sind Schleifen für die rechte Herzkammer (rot) und die linke Herzkammer (rosa) des Säugetierherzens dargestellt. Eine Schleife gegen den Uhrzeigersinn entspricht einem Herzschlag. Die Ventrikelfüllung erfolgt bei niedrigem Druck; nur bei der Kontraktion der Ventrikel (der starke Aufschwung auf der rechten Seite jeder Schleife) steigt der Druck stark an. Das Ventrikelvolumen verringert sich, wenn das Blut in das Arteriensystem fließt, und der Ventrikeldruck fällt rasch ab, wenn sich der Ventrikel entspannt. Haben Sie einen Fehler in der Abbildung gefunden? Von: Eckert Machine Translated by Google Elektrische Einleitung des Herzkontraktionszyklus Die elektrischen Reize, die zur Einleitung der Herztätigkeit nötig sind, können entweder aus dem zentralen oder peripheren Nervensystem kommen (neuronale Schrittmacher) ( sogenannte neurogene Herzen ) oder von spezialisierten Muskelzellen im Herzen selbst (myogene Herzen). Neurogene Herzen kommen unter anderem bei Insekten und Krebstieren vor, während myogene Herzen unter anderem bei Weichtieren und Wirbeltieren vorkommen. Herzganglion des Hummers (Homarus spec.) Das Herzganglion der Zehnfußkrebse liegt direkt unter dem Herzen und besteht aus fünf großen Nervenzellen, in denen sich spontan elektrische Impulse entladen. Über Synapsen werden die elektrischen Impulse dann an die Herzmuskulatur weitergeleitet. Nach Connor 1969; From: Hildebrandt, Bleckmann, Homberg (2015) Machine Translated by Google Elektrische Einleitung des Herzkontraktionszyklus Spezielle Muskelzellen im Sinusknoten depolarisieren spontan und bilden Aktionspotentiale und leiten diese über elektrische Synapsen zu den Herzmuskelzellen. Ein sekundäres Zentrum zur Regulierung der Kontraktion des Herzens ist der Atrioventrikularknoten. Mittels langer und dünner Muskelzellen (His- Bündel oder PURKINJE -Fasern) wird die Erregung schnell über die großen Distanzen der Ventrikelmuskulatur verteilt. Von: Eckert Machine Translated by Google Lustige Kanäle (Na+ ) und Kalziumkanäle Spezielle Natriumkanäle in der Plasmamembran der Sinusknotenzellen, sog. HCN-Kanäle (hyperpolarisationsaktivierte zyklische Nukleotid-gesteuerte Kanäle), sind im hyperpolarisierten Zustand der Membran (HCN4: > - 100 mV) spontan aktiv und lassen Natriumionen ins Zytosol eindringen. Das Ruhepotential ist dabei instabil und die Membran depolarisiert langsam. Ab etwa - 50 mV führt eine weitere Steigerung der Durchlässigkeit der Membran für Kalzium (spannungsgesteuerte T-Typ Kalziumkanäle) zu einer raschen Depolarisation der Membran, bis am Schwellenwert von etwa - 40 mV spannungsgesteuerte L-Typ Kalziumkanäle geöffnet werden, was zu einem Kalzium-vermittelten Aktionspotential führt. Bei Schrittmacherzellen kommt es zu einer spontanen Depolarisation der Membran, dem sogenannten Schrittmacherpotential, das autorhythmisch Aktionspotentiale am Herzen auslöst (rote Kurve). Eine schnellere Depolarisation (grüne Kurve) erhöht die Feuerrate und damit die Herzfrequenz, während eine langsamere Depolarisation (blaue Kurve) die Von: Eckert Feuerrate und damit die Herzfrequenz verlangsamt. Machine Translated by Google Lustige Kanalmodulation durch das autonome Nervensystem Die Herzfrequenz (bzw. Schlagfrequenz) wird durch das vegetative Nervensystem moduliert: Der Parasympathikus (postganglionärer Neurotransmitter: Acetylcholin) verzögert die spontane Depolarisation (m2-ACh-Rezeptor, öffnet K+ -Kanäle), während der Sympathikus (postganglionärer Neurotransmitter: Adrenalin/Noradrenalin) die Rate der spontanen Depolarisation erhöht (ÿ1-adrenerger Rezeptor, IP3 -Bildung, öffnet Ca2+ -Kanäle). Aus: Accili et al. 2002 Ach – Acetylcholin (endogener Agonist des Muskarin-Ach-Rezeptors) Iso – Isoprenalin (Agonist der adrenergen Rezeptoren des sympathischen Nervensystems) Machine Translated by Google Anatomie des Myokards im Säugetierherz Bereiche Gap Junctions Desmosom (elektrische Kopplung der Herzmuskelzellen!) Von: Köpf-Maier & Merker Machine Translated by Google Elektrische Stimulation des Myokards und seiner Kontraktion Von: Eckert Machine Translated by Google Einige herzhafte Fakten Regenwürmer haben fünf Pseudoherzen die sich um die Speiseröhre wickeln. Diese Pseudoherzen pumpen kein Blut, Das Herz von Kakerlaken ohne Flügel ist kleiner sondern drücken Gefäße zusammen, als das von fliegenden. Die um die Blutzirkulation im Körper des Gesamtherzfrequenz ist ungefähr die gleiche Wurms zu unterstützen. wie beim Menschen. Zwei Brachialherzen auf beiden Seiten des Körpers des Kopffüßers versorgen das Blut mit Sauerstoff, indem sie es durch die Blutgefäße der Kiemen pumpen, und das Systemherz in der Körpermitte pumpt sauerstoffreiches Blut von den Kiemen durch den Rest des Organismus. Es gibt einen sehr klaren allgemeinen Trend zwischen Herzfrequenz und Lebenserwartung bei Säugetieren, wobei der Mensch de Ausnahme von der Regel. Die Herzfrequenz eines Kolibris kann bei einigen Arten bis zu 1.300 Schläge pro Minute erreichen. Machine Translated by Google Zusammenfassung – Serie 6 Kreislaufsysteme Arterien Venen https://www.3djake.se/revell/vw-beetle-limousine-1968 Kapillaren Durchblutung Herzen Herzerregung https://www.reddit.com/r/Damnthatsinteresting/comments/cpvbre/ blue_whales_heart_is_the_size_of_a_vw_beetle_and/