Hart en vaatstelsel
systeem van bloedsomloop / Uit Wikipedia, de vrije encyclopedia
De bloedsomloop of het bloedvaten- of vaatstelsel is het systeem van bloedvaten waardoorheen het bloed in een dierlijk organisme circuleert. Het hart en vaatstelsel of cardiovasculair systeem omvat daarnaast ook het hart. De bloedcirculatie verzorgt de aan- en afvoer binnen het lichaam van voedingsstoffen, afvalstoffen, zuurstof, koolstofdioxide, hormonen, afweerstoffen, bloedcellen en lichaamswarmte.
Hart en vaatstelsel | ||||
---|---|---|---|---|
Systema cardiovasculare | ||||
Bloedsomloop bij de mens ■ zuurstofrijk bloed ■ zuurstofarm bloed | ||||
Gegevens | ||||
Systeem | Hart en vaatstelsel | |||
Naslagwerken | ||||
TA | A12.0.00.000 | |||
|
Het bloedvatenstelsel is een van de mogelijke circulatiesystemen bij dieren. Daarnaast bestaan het watervaatstelsel, coelomische circulatie, het hemaal systeem en het perihemaal systeem. Bij eencelligen en kleine meercelligen zijn de afstanden tussen de organen zo klein, dat directe diffusie voldoende is voor de aan- en afvoer van alle stoffen, en een aparte circulatie ontbreekt dan ook. Bij grotere dieren gaat diffusie te langzaam en is aanvullende convectie of stromingstransport nodig middels een periodieke omloop.
Bij kleine dieren kan een bloedvat als langwerpig hart fungeren, maar ontbreken verdere vaten. In het voorste deel van dit bloedvat ontbreken de spieren meestal, waarmee dit feitelijk een aorta is. Bij verdere centralisatie van de pompfunctie kan het hart worden ingekort, wat gepaard gaat met een stelsel van slagaders. De circulatie terug naar het hart gaat bij kleinere organismen niet via aders, maar extracellulair, wat dit een open bloedsomloop maakt. Complexere dieren als gewervelden, ringwormen en inktvissen hebben wel aders, die voor een gesloten bloedsomloop zorgen. Bij vissen is dit een enkelvoudige bloedsomloop, terwijl zoogdieren en vogels een dubbele bloedsomloop bezitten. Deze dubbele bloedsomloop is opgedeeld in de kleine bloedsomloop met zuurstofarm bloed en de grote bloedsomloop met zuurstofrijk bloed.
De complexiteit van het hart is bij de dubbele bloedsomloop groter. Een gesloten vaatstelsel is opgedeeld in de aanvoerende slagaders (arterieel stelsel) en de afvoerende aders (veneus stelsel). De grootste hoeveelheid bloed bevindt zich in de aderen of venen. Binnen het veneuze stelsel heerst een relatief lage bloeddruk. In de slagaders of arteriën bevindt zich maar een relatief klein deel van het bloed, maar hier heerst een hoge druk. Dit is de reden waarom bij een slagaderlijke bloeding vrij snel een hoog bloedverlies optreedt, met een levensbedreigende situatie of shock als mogelijk gevolg.
Bij de mens wordt het bloed na de geboorte mechanisch voortgestuwd vanuit het hart met een normale maximale druk van 120 mmHg. Het bloed stroomt daardoor met hoge snelheid vanuit de linkerventrikel via de aorta door de slagaders tot in de organen, de grote bloedsomloop. De slagaders, arteriën, zijn stevige buizen die vooral instaan voor het snelle transport van het bloed. Ter hoogte van de organen monden ze in arteriolen, kleine slagadertjes uit, die kunnen samentrekken. Hun functie bestaat erin het debiet te regelen. Door samen te trekken, verkleinen ze hun vaatholte, lumen, zodat er minder bloed naar het orgaan vloeit. Ze vergroten door te ontspannen hun diameter, zodat er meer bloed naar het orgaan kan stromen.
De arteriolen monden op hun beurt in de haarvaten, capillairen uit. Dit zijn heel dunne bloedvaatjes waar het bloed maar langzaam doorheen kan stromen. Hierdoor kan er diffusie of uitwisseling plaatsvinden van zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen met de weefsels waar deze capillairen doorheen lopen. De haarvaten gaan over in de venulen. Dit zijn kleine vaten met een slappe wand waarin het bloed langzaam stroomt. Het bloed is zuurstofarm, donkerrood als het in de venulen terechtkomt, waardoor de weefsels hier gemakkelijker er hun CO2 in kunnen afgeven.
Uit de venulen komt het bloed in de aders, de venen terecht die vooral als opslagplaats dienen voor het bloed. Door hun slappe wand kunnen ze erg breed uitzetten en een groot volume bloed bevatten. Hier bevindt zich het grootste deel van het bloed. Wanneer er elders in het lichaam meer bloedtoevoer wordt gevraagd, zal er minder bloed aanwezig zijn in deze capaciteitsvaten.
Alle aders van het lichaam monden in een van de twee holle aders uit: een holle ader die het bloed uit het bovenlichaam terugvoert naar het hart, de vena cava superior, en de vena cava inferior die hetzelfde doet met het bloed uit het onderlichaam. Beide holle aders monden ieder apart uit in de rechterhartboezem of rechteratrium. Vanuit de rechterhartboezem wordt het bloed via de tricuspidalisklep in de rechterhartkamer, de rechterventrikel gepompt.
Het zuurstofarme bloed wordt in de kleine bloedsomloop vervolgens door de pulmonalisklep heen via de longslagaders, arteria pulmonaria, met een normale maximum bloeddruk van 65 mmHg naar de longen gepompt. De longen vervullen de belangrijke taak zuurstof en koolstofdioxide uit te wisselen aan de bloedbaan, via arteriolen, capillairen en venulen. Via de longader, de vena pulmonaria, stroomt het nu zuurstofrijke helderrode bloed naar de linkerhartboezem, het linkeratrium.
Vanuit de linkerhartboezem stroomt het bloed door de mitralis- of bicuspidalisklep in de linkerhartkamer. De boezem zal op het einde van de diastole samentrekken om zo veel mogelijk bloed in de linkerkamer te kunnen stuwen. De linkerhartkamer, de linkerventrikel is het krachtigste deel van het hart en zal voldoende kracht ontwikkelen om het hier verzamelde bloed via de aortaklep door de aorta en verder door de slagaders van het lichaam te stuwen.
Pompwerking
Het hart zorgt ervoor dat het bloed door het hart- en vaatstelsel in het rond stroomt, dus werkt als een pomp. Als het hart niet meer pompt, stopt ook de bloedcirculatie en is er sprake van een hartstilstand. Iemand die dat overkomt moet worden gereanimeerd.
Ziekten en aandoeningen
Bij de kleinste organismen als eencelligen en kleine meercelligen ontbreekt een aparte circulatie. Door de korte afstanden is directe diffusie van zuurstof en voedingsstoffen voldoende om alle cellen te bereiken. Diplobasten als de neteldieren bestaan uit alleen het ectoderm en het endoderm. Sponzen hebben zelfs helemaal geen echt weefsel, maar zijn meer een verzameling cellen.
Op celniveau werkt diffusie relatief snel, 10 nanometer wordt in 100 nanoseconde afgelegd, overeenkomend met 360 m per uur. Met toenemende afstanden neemt de snelheid echter dramatisch af, van 17 minuten over 1 mm naar 32 jaar over 1 meter.[1]:103 Diertjes groter dan ongeveer een millimeter hebben dan ook aanvullend convectie nodig. Het zuurstoftransport loopt vanaf dan in meerdere stappen en zo ontstaat een zuurstofcascade.
De vorm van de bloedsomloop hangt in belangrijke mate af van de omgeving en activiteit van een dier en moet zo zijn ingericht dat de mitochondriën in de cellen voldoende zuurstof ontvangen en de koolstofdioxide die het resultaat is van de aerobe dissimilatie in de cellen af kunnen voeren. Een groter uithoudingsvermogen geeft voordelen bij de jacht en foerageren, maar stelt hoge eisen aan het ademhalingsstelsel en de bloedsomloop. Anderzijds moet voorkomen worden dat zojuist opgenomen zuurstof verloren gaat voordat het deelneemt aan dit proces. De grote verschillen in activiteit en leefomgeving zijn terug te vinden in vele verschillende bloedsomlopen, waarvan bepaalde vormen meerdere keren onafhankelijk van elkaar geëvolueerd zijn.
Fylogenetische ontwikkeling
Evolutie van het hart
Vanuit organismen zonder circulatie ontstonden organismen met coelomische circulatie, vervolgens het hemaal systeem en vanuit daar het hart.
Coelomische circulatie
Triploblasten ontwikkelden zich uit de diploblasten en hierbij is een mesoderm van parenchym aanwezig tussen het ectoderm en het endoderm. De vroegste vormen waren Acoelomata zoals platwormen. Hier ontbreekt het coeloom, een lichaamsholte in het mesoderm. De holte van deze holtedieren staat in open verbinding met het zeewater en ook hier zijn de afstanden nog klein genoeg om alle organen en spieren te bereiken, de zuurstof gaat door de huid en de voedingsstoffen door de darmen. Het spijsverteringsstelsel met een gespierde farynx is wijdvertakt en bereikt zo alle cellen. De darmen moeten hierbij wel overal voedingsstoffen kunnen absorberen, wat de mogelijkheden tot lokale specialisatie voor onder meer vertering in de weg staat.
Pseudocoelomata zijn vergelijkbare dieren, al bevindt zich hier wel vloeistof tussen ectoderm en endoderm, maar dit is niet onderverdeeld in compartimenten. Bij onder meer neteldieren en ribkwallen neemt de hemocoel de spijsvertering en circulatie op zich.
Zo'n 700-600 miljoen jaar geleden ontwikkelde zich het mesoderm bij de voorouder van de Bilateria. In het mesoderm ontstond het coeloom doordat openingen in het mesoderm bedekt werden met mesotheel. Dit doorlatende epitheel vormde zich uit mesoderme cellen die zich met hun apicale zijde richtten naar het coeloom en met hun basale zijde richting de opening. Met deze bekleding kon het coeloom gevuld worden met een coelomische vloeistof.
Mogelijk betrof het in eerste instantie een hydroskelet voor het weke lichaam van de vroege Bilateria, maar het kan ook dienen voor transport. Dit vindt plaats met trilharen (cilia), spiercontractie van de lichaamswand of contractie van myo-epitheliale cellen. Myo-epitheliale cellen zijn mesotheelcellen die een spierfunctie (myo- voor spier) hebben verworven en vaten met deze cellen vormden de eerste specifieke pomp en daarmee het eerste hart.
Zo vormde zich de eerste circulatie waarmee de beperkingen van de directe diffusie overwonnen werden. Het coeloom bestaat echter vaak uit meerdere compartimenten, bij zoogdieren onder meer het hartzakje, de pleurale ruimte en de peritoneale ruimte. Door de compartimentalisering is coelomische circulatie beperkt tot binnen de compartimenten.
Eerste bloedvatenstelsel
Om bloed ook door het gehele lichaam te transporteren, evolueerde het bloedvatenstelsel. Mogelijk werd hierbij in eerste instantie gebruikgemaakt van de ruimten tussen de basale laminae van endodermaal en coelomisch epitheel waarmee voedingsstoffen beter verspreid konden worden. Vascularisatie van de huid, waarbij deze ook doorbloed werd, zou daarna ook huidademhaling mogelijk hebben gemaakt. In het bloedvatenstelsel van ongewervelden zijn de bloedvaten slechts met extracellulaire matrix bedekt. De bloedvloeistof in de bloedlacunen is bij onder meer zeekomkommers gelijk aan de coelomische vloeistof die zich daarbuiten bevindt.
Aanvankelijk werd bloed rondgepompt door de peristaltische beweging van bloedvaten bestaande uit myo-epitheliale cellen. Bij de oer-Bilateriaan vond dit plaats met een gesloten bloedsomloop, zoals nu nog bij ringwormen die het bloed rondpompen met samentrekkende vaten. Zo hebben ook nu kleine geleedpotigen als eenoogkreeftjes (afgezien van Calanoida), de meeste mosselkreeftjes en mijten (afgezien van Gamasodes) geen hart. Bij verschillende soorten ontbreken in het voorste deel van dit bloedvat de spieren en klepjes (ostia), waarmee dit feitelijk een aorta is.
Bij gewervelden vormde zich zo'n 540-510 miljoen jaar geleden endotheel als bedekking van de bloedvaten, wat onder meer een belangrijke barrièrefunctie heeft. Slijmprikken zijn de vroegste nog levende voorbeelden. Zo verloor het mesotheel bij gewervelden zijn functie als bekleding van bloedvaten.
De opbrengst van peristaltische pompen is relatief laag door terugloop van de vloeistof en bij onder meer pekelkreeftjes heeft dit samentrekkende bloedvat daarom gepaarde mondjes met ostia. Meestal kan het bloed in dit ruggevat daardoor slechts van achter naar voren lopen. Een verbetering van het peristaltische ontwerp kwam met hartspierweefsel en synchronisatie van de contracties zoals in het buisvormig hart van insecten. De desondanks lage efficiëntie zal een selectiedruk hebben gegeven tot de ontwikkeling van een echt hart.