Herz-Kreislaufsysteme

1.Funktionen des Blutes

Transport der Atemgase
Ernährung der Zellen und Gewebe
Abtransport der u.U. toxischen STW-Produkte
Wärmetransport
Pufferfunktion (Säure-Base-Gleichgewicht)
chemische Steuerung des Gesamtorganismus durch Transport von Hormonen
Abwehrfunktion (Transport von weißen Blutkörperchen und Antikörpern)

Homöostase: Selbstregulation oder Homöostase (griechisch - Gleich-Stand) die Fähigkeit eines Systems, sich durch Rückkopplung selbst innerhalb gewisser Grenzen in einem stabilen Zustand zu halten.

2.Grundlegende Organisation

höhere Tiere: Gefäßsystem, da gerichteter Blutsrom nötig (größere Masse, gesteigerter STW, verstärkte motorische Aktivität), Aufrechterhaltung des Blutdrucks
niedere Tiere: freie Diffusion der zu transportierenden Teilchen
teilweise Ausgleich durch Gastrovaskularsystem (Plathelminthes, Medusen,...) oder Coelomkanäle möglich
Wände sind kontraktil, auch Bewegung des Tieres spielt Rolle bei Verteilung des Blutes (bei manchen Tieren einziger Antrieb)

3.Verschiedene Herz-Kreislauf-Systeme

Gastrovaskularsystem

CNIDARIA, PLATHELMINTHES
nur wenigschichtige Körperwand-->kein Kreislaufsystem nötig!
Gastrovaskularsystem=Gastralraum mit Ausläufern, Diffusionswege kurz gehalten
nur eine Austauschöffnung zur Umgebung

Offenes und geschlossenes Kreislaufsystem

Komponenten: Blut+Blutgefäße+Herz
offenes Kreislaufsystem: Blut umströmt Organe direkt

PLATHELMINTHES, MOLLUSCA, ANNELIDA, ARTHROPODA, TUNICATA...
keine Trennung zwischen Blut und interstitieller Flüssigkeit: Hämolymphe
ein Herz oder mehrere Herzen - Ostienherzen
Herzen pumpen Hämolymphe zu Organen
beim Erschlaffen kehrt Hämolymphe über Ostien (=ventilartige Poren) in Herzen zurück
Zirkulation durch Bewegung des Tieres unterstützt
geschlossenes Kreislaufsystem: Blut nur im Blutgefäßsystem
ANNELIDA, CEPHALOPODA, CHORDATA etc.
Gefäße verzweigen sich (siehe Mikrozirkulation!)
Zirkulation geht mit geschlossenem Kreislauf immer schneller als mit offenem (wegen der Herzen)

Annelida

teils offen, teils geschlossen
Beispiel Regenwurm: geschlossen

ein Rückengefäß, zwei Bauchgefäße, verbunden durch Ringgefäße und Kapillaren
Rückengefäß pumpt Blut nach vorn und ist also das Hauptherz, vordere Ringgefäße bilden Lateralherzen (hat man bei der Präparation sehr schön gesehen), die Blut nach unten zu den Bauchgefäßen pumpen

Arthropoda

Ostienherz ist eine Apomorphie -->offen
Gasaustausch über Tracheen, die direkt zu einzelnen Zellen(!) ziehen (wäre sonst viel zu langsam)

Chordata

Arterienbögenpaare gehen im Bereich der Kiemenspalten ab (6 Stück)

Blut gelangt über Bulbus in Kiemenkreislauf und wird mit O₂ angereichert
Kiemenkapillaren--> Aorta dorsalis transportiert Blut in Körperkreislauf
Blut kehrt über sinus venosus in Herz zurück
zwei Kapillarnetze hintereinander-->Blut strömt relativ langsam zu den Organen
durch Bewegung des Fisches unterstützt
Amphibia-Urodela (Frösche): 3-kammriges Herz=2Atrien+Ventrikel
Arterienbögen I und II sind reduziert

Vor den Atrien befindet sich außerdem ein Sinus venosus

Ventrikel pumpt Blut über sich aufgabelnde Arterie in Lungen-Haut-Kreislauf und Körperkreislauf
Gefäß zur Lunge hin: arteria cutanea; zur Haut hin: ductus botalli; in den Körperkreislauf: carotis externa
Lungen-Haut-Kreislauf: Blut wird mit O₂ angereichert und kehrt zum linken Atrium zurück; von dort vor allem (innerer Bau bedingt Strömungsdynamik) Transport in den Körperkreislauf
es findet also im Ventrikel eine DURCHMISCHUNG von O₂-armem und -reichem Blut statt!
Körperkreislauf führt zu allen Organen außer zur Lunge und zur Haut, venöses Blut kehrt in rechtes Atrium zurück

Sauropsida (Bau gilt für Stammart): 4-kammriges Herz=2Ventrikel+2Atrien

Septum, Reduktion des Ductus botalli: Trennung von sauerstoffarmem und -reichem Blut
linker Ventrikel: Aorta entspringt, teilt sich in 2 Aortenbögen (sind immer noch die Arterienbögen der Gnathostomata!)
links: Arteria coeliaca (Eingeweidearterien), rechts: Arteia carotis (Kopfarterien)
rechter Ventrikel: Arteria pulmonalis (Lungenarterie)
O₂-armes Blut wird aus dem rechten Ventrikel zur Lunge gepumpt, angereichert und kehrt in den linken Vorhof zurück
O₂-reiches Blut wird in den Körper gepumpt und kehrt O₂-arm in den rechten Vorhof zurück; Spiel beginnt von vorn!
Mammalia, Aves: genauso, nur dass bei Aves der linke Aortenbogen reduziert ist, bei Mammalia der rechte

4.Bau des Gefäßsystems

elastisches Bindegewebe, muss sich dehnen und zusammenziehen
glatte Muskulatur und elastische Fasern
Endothel, nur sehr geringer Widerstand für Blutstrom

Kapillaren haben nur 3. und Basalmembran, weil hier das Blut langsam ist, damit der Gasaustausch stattfinden kann
Arterien: 1.und 2. sehr dick, damit durch die Elastizität Blutdruck zwischen den Kontraktionen gleichbleibt; Blutdruck und Fließgeschwindigkeit sind hoch
in Venen ist Strom hauptsächlich durch Skelettmuskulatur angetrieben, daher in großen Venen Klappen, um Rückstrom zu verhindern

Angiogenese im menschlichen Embryo

vor der Entwicklung eines Blutgefäßssystems erfolgt Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen über Diffusion über das extraembryonale Coelom und den Dottersack aus der Plazenta

Gefäße aus embyonalem Mesenchym (etwa am 17/18 Tag)
Angioblasten bilden erstes primitives Gefäßsystem aus endothelialen Kanälen
Blutbildung =Hämatogenese ab 21. Tag auf der Oberfläche des Dottersacks, ab 5. Woche im Embryo
Ende der 3 Woche fusionieren die endothelialen Kanäle zu einer Herzröhre, 2 dorsale Aorten entstehen am caudalen Ende verzweigen sich die Aorten je in eine Nabelarterie und Dotterarterie
aus dem Dottersack entstehen die paarigen Dottervenen -> bilden Subintestinalvene gleichzeitig bilden sich eine hintere- und eine vordere Kardinalvene -> vereinigt zur Kardinalvene (Ductus cuvieri) in den Sinus venosus des Herzens münden
am 22 Tag beginnt das Herz zu schlagen
vom kopfwärtsgerichteten Ende des Herzen bilden sich die paarigen Aortenbögen, die das Herz mit den dorsalen Aorten vebinden (sind den paarigen Kiemenbögen 1-4 und 6 homolog), falls sich der paarige Bogen 5 entwickelt, degeneriert er schnell am 29. Tag bildet sich das sechste Paar, wobei das zweite bis auf einen kleinen Rest zurückbildet am 35. Tag degeriert ein Stück der Aorta dorsalis, die die paarigen Aortenbögen 3 und 4 miteinander verbindet -> werden getrennt
Blutversorgung des Kopfes (Carotiden) wird durch das 3 Paar gewährleistet aus dem 4 Paar entwickelt sich auf der rechten Seite die Schlüsselbeinarterie auf der rechten Seite degeneriert der 6 Bogen vollständig
auf der linken seite bleibt er bis zur Geburt offen (Ductus arteriosus)
Pulmonalarterien entwickeln sich ursprünglich aus Teilen des 4 Paars, später Verbindung zum linken 6 Bogen

parallel entwickeln sich 3 Venensysteme: Dottervenen -> Vena portae (Pfortader)
Kardinalvenen -> obere/untere Vena cava (Hohlvene)
Nabelvene -> obliteriert nach der Geburt
embryonale Harnblase (Allantois), im Allantoisstiel entwickelt sich die Nabelschnur
vor Geburt -> keine funktionstüchtigen Lungen -> kaum Blutzirkulation über die Lungenarterien und -venen -> wegen Ductus arteriosus kann das Blut die Lunge über den Pulmonalisbogen umgehen
Septum im Herzen nicht vollständig ausgebildet -> Durchmischung des Blutes im Herzen
beim Einsetzen der Lungenatmung blitatiert der Ductus arteriosus -> das Blut der Arteria pulmonalis strömt vollständig zu den Lungen und von dort über Lungenvene zurück zum Herzen
bei Vögeln und Säugetieren schließt sich das Foramen ovale -> vollständige Trennung der Vorhöfe

Quellen:

Spektrum Verlag; Biologie; Campbell, Reece, Markl; 6 Auflage; 2003
Spektrum Verlag; Grundstudium Biologie – Zoologie; Munk; 2002
Thieme; Zoologie; Wehner, Gehring; 23 Auflage; 1995