Soorten circulatiesystemen: open vs. Gesloten

De bloedsomloop dient om te bewegen bloed naar een locatie of sites waar het van zuurstof kan worden voorzien en waar afval kan worden verwijderd. Circulatie dient dan om nieuw zuurstofrijk bloed naar de weefsels van het lichaam te brengen. Omdat zuurstof en andere chemicaliën uit de bloedcellen en in de vloeistof rond de cellen van de lichaamsweefsels diffunderen, diffunderen afvalproducten in de bloedcellen om afgevoerd te worden. Bloed circuleert door organen zoals de lever en nieren waar afval wordt verwijderd en terug naar de longen voor een nieuwe dosis zuurstof. En dan herhaalt het proces zich. Dit circulatieproces is nodig voor het voortbestaan ​​van de cellenweefsels en zelfs van het hele organisme. Voordat we het hebben over de hartmoeten we een korte achtergrond geven van de twee brede soorten circulatie die bij dieren voorkomen. We zullen ook de progressieve complexiteit van het hart bespreken terwijl iemand de evolutionaire ladder opgaat.

Veel ongewervelde dieren hebben helemaal geen bloedsomloop. Hun cellen zijn dicht genoeg bij hun omgeving zodat zuurstof, andere gassen, voedingsstoffen en afvalproducten eenvoudig uit en in hun cellen kunnen diffunderen. Bij dieren met meerdere lagen cellen, vooral landdieren, zal dit niet werken, omdat hun cellen te ver van de externe omgeving verwijderd zijn voor eenvoudige osmose en

Bij hogere dieren zijn er twee primaire soorten bloedsomloop: open en gesloten. Geleedpotigen en weekdieren hebben een open bloedsomloop. In dit type systeem is er geen echt hart of haarvaten zoals bij mensen. In plaats van een hart zijn er aderen die dienen als pompen om het bloed mee te duwen. In plaats van haarvaten komen bloedvaten direct samen met open sinussen. 'Bloed', eigenlijk een combinatie van bloed en interstitiële vloeistof, 'hemolymfe' genaamd, wordt uit de bloedvaten in grote sinussen geperst, waar het de inwendige organen baadt. Andere bloedvaten krijgen bloed uit deze sinussen en voeren het terug naar de pompvaten. Het helpt om je een emmer voor te stellen met twee slangen die eruit komen, deze slangen zijn verbonden met een knijpballon. Terwijl de bol wordt geperst, wordt het water naar de emmer geduwd. De ene slang schiet water in de emmer, de andere zuigt water uit de emmer. Onnodig te zeggen dat dit een zeer inefficiënt systeem is. Insecten kunnen zich redden met dit type systeem omdat ze talrijke openingen in hun lichaam (spiracles) hebben waardoor het "bloed" in contact kan komen met lucht.

De gesloten bloedsomloop van sommige weekdieren en alle gewervelde dieren en hogere ongewervelde dieren is een veel efficiënter systeem. Hier wordt bloed door een gesloten systeem gepompt slagaders, aderen, en haarvaten. Haarvaten omringen de organen, ervoor zorgend dat alle cellen gelijke kansen hebben voor het voeden en verwijderen van hun afvalproducten. Maar zelfs gesloten bloedsomloop systemen verschillen naarmate we verder de evolutionaire boom opgaan.

Een van de eenvoudigste soorten gesloten bloedsomloop is te vinden in ringwormen zoals de regenworm. Regenwormen hebben twee belangrijke bloedvaten - een dorsaal en een ventraal vat - die respectievelijk bloed naar het hoofd of de staart transporteren. Bloed wordt langs het dorsale vat bewogen door samentrekkingsgolven in de wand van het vat. Deze samentrekbare golven worden 'peristaltiek' genoemd. In het voorste gebied van de worm zijn er vijf paar vaten, die we losjes 'harten' noemen, die de dorsale en ventrale vaten verbinden. Deze verbindingsvaten functioneren als rudimentaire harten en dwingen het bloed in het ventrale vat. Omdat de buitenste laag (de opperhuid) van de regenworm zo dun is en constant vochtig is, is er voldoende gelegenheid om gassen uit te wisselen, wat dit relatief inefficiënte systeem mogelijk maakt. In de regenworm zitten ook speciale organen voor het verwijderen van stikstofhoudend afval. Toch kan het bloed naar achteren stromen en is het systeem slechts iets efficiënter dan het open systeem van insecten.

Als we bij de gewervelde dieren komen, beginnen we echte efficiëntie te vinden met het gesloten systeem. Vissen hebben een van de eenvoudigste soorten ware harten. Het hart van een vis is een orgel met twee kamers dat bestaat uit één atrium en één ventrikel. Het hart heeft spierwanden en een klep tussen de kamers. Bloed wordt vanuit het hart naar de kieuwen gepompt, waar het zuurstof ontvangt en kooldioxide verwijdert. Bloed stroomt vervolgens door naar de organen van het lichaam, waar voedingsstoffen, gassen en afvalstoffen worden uitgewisseld. Er is echter geen verdeling van de circulatie tussen de ademhalingsorganen en de rest van het lichaam. Dat wil zeggen, het bloed reist in een circuit dat bloed van het hart naar de kieuwen naar organen en terug naar het hart brengt om zijn omslachtige reis opnieuw te beginnen.

Kikkers hebben een hart met drie kamers, bestaande uit twee boezems en een enkele ventrikel. Bloed dat de hartkamer verlaat, gaat over in een gevorkte aorta, waar het bloed een gelijke kans heeft om door een circuit van vaten naar de longen of een circuit naar de andere organen te reizen. Bloed dat vanuit de longen naar het hart terugkeert, gaat over in het ene atrium, terwijl bloed dat terugkeert uit de rest van het lichaam in het andere terechtkomt. Beide boezems lopen leeg in de enkele hartkamer. Terwijl dit ervoor zorgt dat er altijd wat bloed naar de longen gaat en dan weer naar het hart, het mengen van zuurstofrijk en zuurstofarm bloed in de enkele ventrikel betekent dat de organen geen verzadigd bloed krijgen zuurstof. Toch werkt het systeem voor een koelbloedig wezen als de kikker goed.

Mensen en alle andere zoogdieren, evenals vogels, hebben een hart met vier kamers met twee atria en twee ventrikels. Zuurstofvrij en zuurstofrijk bloed worden niet gemengd. De vier kamers zorgen voor een efficiënte en snelle beweging van sterk zuurstofrijk bloed naar de organen van het lichaam. Dit helpt bij thermische regulatie en bij snelle, aanhoudende spierbewegingen.