Das Kreislaufsystem. 1 Das Kreislaufsystem übernimmt Ferntransporte sodass keine Substanz weit diffundieren muss.

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1 Das Kreislaufsystem 1 Das Kreislaufsystem übernimmt Ferntransporte sodass keine Substanz weit diffundieren muss. 2 Es verbindet das wässrige Milieu um die Körperzellen funktionell mit den Organen die auf Gasaustausch, Nährstoffresorption von Abfallstoffen spezialisiert sind. 2 In komplexen Organismen ist Diffusion unzureichend (zb Glukose aus dem Verdauungstrakt ins Gehirn, Glukose braucht drei Stunden um 3 cm zu diffundieren). 3 Das Kreislaufsystem spielt eine Schlüsselrolle in der Aufrechterhaltung der Homöostase.

2 Typen von Kreislaufsystemen 1 Gastrovaskularsysteme 2 Offene und geschlossene Kreislaufsysteme

3 Gastrovaskularsystem: Vielzelliger Süsswasserpolyp Hydra Invertebraten, vom Typ Hydra besitzen einen Gastralraum, eine Wand mit 2 Zellschichten dick Diffusion genügt hier da das Wasser des Gastralraum in Kontiniutät mit Aussenmedium steht.

4 Hohltiere wie die Ohrenqualle haben ein sehr einfaches Zirkulationssystem Mund führt in ein aufwändiges Gastrovaskular-System mit einem Ringkanal und Abzweigende Radialkanäle Bewimperte Zellen kleiden Kanäle aus und treiben Flüssigkeit duch Kanäle

5 Offene und geschlossene Kreislaufsysteme 1 Entwickelt da in komplex-gebauten Organismen Diffusion nicht ausreicht 2 Diese Systeme bestehen aus drei Komponenten: - zirkulierende Flüssigkeik (Blut) - eine Reihe von Röhren (Blutgefässe) durch die sich das Blut durch den ganzen Körper fortbewegt - muskulöse Pumpe (Herz)

6 Offenes Kreislaufsystem Keine Trennung von Blut und interstitiellen Flüssigkeit. Dieses einheitliche Medium nennt man Hämolymphe. Stoffaustausch zwischen Hämolymphe und Körperzellen findet statt, während ein oder mehrere Herzen die Flüssigkeit duch ein zusammenhängendes Netzwerk aus sog. Lakunen und Spalten pumpen welches die Organe umgibt. Dieser Blutraum wird auch Sinus genannt (Austausch von Stoffen Zwischen der Hämolymphe und Körperzellen).

7 Geschlossenes Kreislaufsystem Blut zirkuliert getrennt in Gefässen von interstitiellen Flüssigkeit Herz pumpt Blut in grosse Gefässe die sich in kleinere Gefässe verzweigen zb Ringelwürmer und Tintenfische besitzen so ein System

8 Komponenten des geschlossenen Herz- Kreislaufsystems (Kardiovaskularsystem) 1 Herz, Blutgefässe, Blut 2 Herz besteht aus - ein oder zwei Vorhöfen (Atrien, Atrium) in die das zum Herzen zurückkehrende Blut als erstes gelangt - einem oder zwei Ventrikel (Kammern) die das Blut aus dem Herzen pumpen 3 Blutgefässtypen - Arterien (führen Blut vom Herzen in Richtung Kapillaren) - Venen (führen Blut aus Kapillaren zum Herzen) - Kapillaren (mikroskopische Gefässe, durchdringen jedes Gewebe, Austausch von Stoffen zwischen Blut und interstitiellen Flüssigkeit, Fläche beträgt in Ruhe 300 m2 und max. 1000m2)

9 Komponenten des geschlossenen Herz- Kreislaufsystems (Kardiovaskularsystem) (cont d) 4 Arterien zweigen sich in Arteriolen und die wiederum in Kapillaren auf 5 Kapillaren schliessen sich zu Venolen zusammen und die wiederum zu Venen 6 Tiere mit aktiven Stoffwechsel besitzen komplexe Kreislaufsysteme und kräftige Herzen. Anzahl Blutgefässe korreliert mit Stoffwechselanforderung im Organ.

10 Entwicklung des doppelten Kreislaufs Kiemenkapillaren Lungenkapillaren Lungenkapillaren Durchmischung von Sauerstoffreichenund armen Blut in Ventrikel Trennung von Sauerstoffreichenund armen Blut Sauerstoffarmes (venöses) Blut Herz venös Sauerstoffreiches (arterielles) Blut Septum Herz Körperkapillaren Körperkapillaren Fisch Amphibium Säuger Zweikammriges Herz, ein Kreislauf Dreikammriges Herz, zwei Kreisläufe Lungen- Hautkreislauf und Körper- Kreislauf. Vierkammriges Herz, zwei Kreisläufe, Lungenkreislauf und Körperkreislauf.

11 Schema des Säugerkreislaufs

12 Das Herz-Kreislaufsystem des Menschen (1) Lungenkreislauf. Der rechte Ventrikel pumpt Blut über (2) die Lungenarterien indie Lunge. Während das Blut durch das (3) Kapillarnetz der rechten und linken Lunge strömt belädt es sich mit Sauerstoff und gibt Kohlendioxid ab. Sauerstoffreches Blut kehrt aus den Lungen über den Lungenvenen in den (4) linken Vorhof (Atrium) des Herzens zurück. Der linke Vorhof pumpt das sauerstoffreiche Blut in (5) den linken Ventrikel, der es seinerseits durch den Körperkreislauf zu den Körpergeweben pumpt. Das Blut verlässt den linken Ventrikel durch (6) die Aorta, die über den Herzen einen Bogen beschreibt und allen Körperarterien (ausser den Lungenarterien) das Blut zuführt. Die ersten von der Aorta abzweigenden Arterien sind die Coronararterien die den Herzmuskel selbst mit Blut versorgen. Dann zweigen (7) Arterien zu den Kapillarnetzen in Kopf und Armen. Die Aorta setzt sich in bauchwärtiger Richtung fort und führt sauerstoffreiches Blut jenen Arterien zu, welche die (8) Kapillarnetze der Bauchorgane und der Beine versorgen. In jedem Organ zweigen die Arterien in Arteriolen und Kapillaren auf. In diesem gibt das Blut seinen Sauerstoff ab und nimmt das bei der Zellatmung entstehende Kohlendioxid auf. Die Kapillaren vereinigen sich zu Venolen und diese zu Venen. Sauerstoffarmes Blut wird in einer grossen Vene zusammengeführt, der (9) vorderen Hohlvene. Eine andere grosse Vene, die (10) hintere Hohlvene sammelt das Blut aus Beinen und Rumpf. Die beiden Hohlvenen entleeren ihr Blut in den (11) rechten Vorhof. Dieser pumpt das Blut in den rechten Ventrikel.

13 Das Säugerherz

14 Herzzyklus des Menschen Herzkammern kontrahieren und erschlaffen rythmisch. Beim Erschlaffen füllen sie sich erneut. Diese komplete Abfolge von Füllen und Pumpen nennt man Herzzyklus. Ruhebedingungen: Pumprate 5,25 L Blut/min entspricht etwa dem gesamten Blutvolumen. Rate um Faktor 5 bei maximaler Aktivität gesteigert (Erhöhung von Puls und Stärke der Kontraktion). Kontraktionsphase: Systole und Erschlaffungsphase: Diastole Ventile verhindern dass das Blut bei der Kontraktion zurückfliesst und in die richtige Richtung fliesst Zwischen jeden Vorhof und Ventrikel befindet sich eine Segelklappe An den beiden Herzausgängen, wo die Aorta den linken und die Lungenarterie den rechten Ventrikel verlässt befindet sich jeweils eine Taschenklappe

15 Veränderungen des Blutdrucks im Verlauf des Herzzyklus Der arterielle Druck ist dann am höchsten, wenn sich das Herz während der Ventrikelsystole zusammen-zieht; der Blutdruck, der dann herrscht, wird als systolischer Druck bezeichnet Während der Diastole (Erschlaffungsphase) ziehen sich die elastischen Arterienwände wieder zusammen; infolgedessen herrscht, wenn die Ventrikel entspannt sind, ein geringerer, aber immer noch substanzieller Blutdruck (diastolischer Druck) Der Puls ist das rhythmische Vorwölben der Arterien-wände mit jedem Herzschlag

16 Herzzyklus umfasst 3 Phasen Ein Herzzyklus von 0.8 sec (Pulsrate 75 Schläge/ Minute) fördert 75 ml Blut Taschenklappen geschlossen 1. Erschlaffung - Diastole 0.4 sec.: Erweiterung der Atria und der Ventrikel. Ansaugen des Blutes aus den grossen Venen in die Atria und Ventrikel Segelklappen offen Taschenklappen offen 2. Atriale Systole 0.1 sec.: atriale Kontraktion fördert den Rest des atrialen Bluts von den Vorhöfen in die Ventrikel. Segelklappen geschlossen 3. Ventrikuläre Systole 0.3 sec: Kontraktion der Herzkammern und Ausstoss des Blutes in die grossen Arterien (Aorta: Körperkreislauf; Lungenarterien: Lungenkreislauf

17 Mechanismen zur Aufrechterhaltung des Herzzyklus beim Menschen Spezifische Zellen des Herzmuskels sind selbsterregend da sie ohne Nervenimpulse kontrahieren (autorythmisch) Koordination erfolgt durch ein Reizleitungssystem Sinoatrialer (SA) Knoten oder Sinusknoten: - hat die Rolle eines Schrittmachers (erzeugt elektrische Impulse) - legt die Frequenz fest mit der sich alle Herzmuskelzellen kontrahieren - Impulse breiten sich rasch über die Wände des Atriums aus und bringen diese zur Kontraktion - Impulse gelangen auch zum Atrio-ventrikulären (AV) Knoten Atrio-ventrikulärer (AV) Knoten: - spez. Muskelgewebe - Uebertragungspunktzwischen rechten Atrium und rechtem Ventrikel - hier werden Impulse um 0.1 sec verzögert, stellt sicher das sich die Vorhöfe vollständig entleeren bevor sich die Ventrikel kontrahieren Die während eines Herzschlags laufenden Impulse erzeugen elektrischen Strom, der durch die Körperflüssigkeiten auf die Oberfläche geleitet wird und dort über Hautelektroden als EKG (Elektrokardiogramm) nachweisbar ist. Sinusknoten wird selbst durch Signale beeinflusst: zb Adrenalin (stammt aus Nebenniere und steigert die Herzfrequenz)

18 Steuerung des Herzzyklus

19 Arterien-Kapillaren-Venen: periphere Blutgefässe dreischichtig (liefert nötigen Gegendruck) einschichtig (erleichert Stoffaustausch) dreischichtig

20 Blutfluss in Venen unter geringem Druck Kontrahierende Skelettmuskeln pressen Blut durch Venen Venenklappen stellen sicher dass das Blut nur in richtung Herzen fliesst Fehlende Muskelbewegung: geschwollene Füsse

21 Regulation des Blutflusses in Kapillaren Zu jedem Zeitpunkt nur 5-10% der Kapillaren durchblutet Einige Organe sind stets gut druchblutet (Gehirn, Herz, Nieren, Leber) Regulation durch Kontraktion glatter Muskulatur. Verengung der Gefässwand einer Arteriole reduziert Blutfluss ins Kapillarbett Regulation durch ringförmige glatte Muskeln, die Sphinkter, die den Eingang in das Kapillarnetz den Blutfluss von den Arteriolen zu den Venolen blockieren

22 Strömung, Blutdruck und Gefässquerschnitt Querschnitt hoch Blut strömt über tausend mal schneller in der Aorta als in Kapillaren. Geschwindigkeit klein peripherer Gefässwiderstand in Kapillaren am höchsten Strömungsgesetz für starre Röhren: ändert sich bei einer Röhre in ihrem Verlauf der Durchmesser, strömt die Flüssigkeit durch die engeren Bereiche schneller als durch die weiteren. Das Stromvolumen pro Zeiteinheit ist im gesamten Rohr gleich, infolgedessen strömt Flüssigkeit an Engstellen schneller. Konsequenz: Blut muss in Kapillaren schneller strömen als in Arterien. Aber: Flussrate abhängig von Gesamtquesschitt der Röhren. Enorme hohe Anzahl an Kapillaren ergibt höheren Querschnitt als zu und abfliessende Gefässe.

23 Austausch von Substanzen zwischen Blut und der interstitiellen Flüssigkeit: Mikrozirkulation Nahe der Arteriole presst Blutdruck Flüssigkeit (Wasser und gelöste Substanzen wie Zucker) durch die Kapillarwand (Nettoverlust von Flüssigkeit). Blutzellen und Plasmaproteine bleiben zurück (Erhöhung der Osmolarität wegen Flüssigkeitsverlust) Nähe der Venole wird dadurch wieder Wasser per Osmose in die Kapillare aufgesaugt.

24 Flüssigkeitsrückführung durch das Lymphsystem Im Verlauf des Blutkreislaufs verlorengegangene Flüssigkeit kehrt samt den verlorenen Proteinen via Lymphsystem ins Blut zurück Dieses System hilft bei der körpereigenen Abwehr unter anderem gegen Viren und Bakterien Das Lymphsystem besteht aus einem Netzwerk dünner Gefäße, die eng mit den Kapillaren des Herz-Kreislaufsystems verknüpft sind; nachdem die Flüssigkeit per Diffusion ins Lymphsystem gelangt ist, wird sie als Lymphe bezeichnet; ihre Zusammensetzung ist in etwa dieselbe wie die der interstitiellen Flüssigkeit Das Lymphsystem entleert sich an der Halsbasis in die großen Venen des Kreislaufsystems

25 Flüssigkeitsrückführung durch das Lymphsystem (cont d) Entlang der Lymphgefäße liegen Organe, die man als Lymphknoten bezeichnet; sie filtern die Lymphe und beherbergen Zellen, welche Viren und Bakterien attackieren, spielen eine wichtige Rolle für die körpereigene Abwehr Wenn der Körper gegen eine Infektion kämpft, vermehren sich diese Zellen rasch, und die Lymph-knoten schwellen an und werden berührungsempfindlich

26 Blutgerinnungskaskade dichtet lecke Blutgefässe ab Leckstellen in den Gefässen werden verstopft durch die Aktivierung des inaktive-vorliegenden Fibrinogen. Blutplättchen heften sich an die verletzte Stelle und geben Gerinnungsfaktoren ab Kaskade von Enzym-Aktivierungsschritten die Fibrinogen zu Fibrin verwandlen Fibrin aggregiert zu Fäden und führt zum Wundverschluss

27 Atherosklerose: Hemmung des Blutflusses führt zu Unterversorgung glatte Muskulatur Endothel Plaque:faseriges Bindegewebe, Muskelzellen, eingelagerte Lipide Bindegewebe Normale Artherie Atherotsklerotische Plaque verschliesst Lumen Mehr als die Hälfte aller Todesfälle in Deutschland werden durch Herz-Kreislauferkrankungen verursacht