40.1: نظرة عامة على نظام الدورة الدموية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196232

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

وصف نظام الدورة الدموية المفتوح والمغلق
وصف السائل الخلالي والديمليف
قارن وقارن بين تنظيم وتطور نظام الدورة الدموية الفقارية.

في جميع الحيوانات، باستثناء بعض الأنواع البسيطة، يتم استخدام نظام الدورة الدموية لنقل العناصر الغذائية والغازات عبر الجسم. يسمح الانتشار البسيط بتبادل بعض الماء والمغذيات والنفايات والغاز إلى حيوانات بدائية لا يزيد سمكها عن بضع طبقات من الخلايا؛ ومع ذلك، فإن التدفق بالجملة هو الطريقة الوحيدة التي يتم من خلالها الوصول إلى كامل جسم الكائنات الحية الأكبر والأكثر تعقيدًا.

بنية نظام الدورة الدموية

نظام الدورة الدموية هو فعليًا شبكة من الأوعية الأسطوانية: الشرايين والأوردة والشعيرات الدموية التي تنبعث من المضخة والقلب. في جميع الكائنات الحية الفقارية، وكذلك بعض اللافقاريات، يعد هذا نظامًا مغلقًا لا يكون فيه الدم حرًا في التجويف. في نظام الدورة الدموية المغلق، يتم احتواء الدم داخل الأوعية الدموية ويدور في اتجاه واحد من القلب حول مسار الدورة الدموية الجهازية، ثم يعود إلى القلب مرة أخرى، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{1}\) أ، على عكس النظام المغلق، والمفصليات - بما في ذلك الحشرات والقشريات ومعظم الرخويات - لها نظام دوري مفتوح، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{1}\) ب. في نظام الدورة الدموية المفتوح، لا يتم وضع الدم في الأوعية الدموية ولكن يتم ضخه في تجويف يسمى هيموكويل ويسمى الهيموميف لأن يختلط الدم مع السائل الخلالي. عندما ينبض القلب ويتحرك الحيوان، يدور الدم حول الأعضاء داخل تجويف الجسم ثم يدخل القلوب مرة أخرى من خلال فتحات تسمى أوستيا. تسمح هذه الحركة بتبادل الغازات والمغذيات. لا يستخدم نظام الدورة الدموية المفتوح قدرًا كبيرًا من الطاقة مثل النظام المغلق للتشغيل أو الصيانة؛ ومع ذلك، هناك مقايضة بكمية الدم التي يمكن نقلها إلى الأعضاء والأنسجة النشطة في التمثيل الغذائي التي تتطلب مستويات عالية من الأكسجين. في الواقع، ربما يكون أحد أسباب عدم وجود الحشرات ذات الأجنحة التي يصل عرض أجنحتها إلى قدمين (70 سم) اليوم هو أنه تم التغلب عليها بوصول الطيور قبل 150 مليون سنة. يُعتقد أن الطيور، ذات نظام الدورة الدموية المغلق، قد تحركت بسرعة أكبر، مما يسمح لها بالحصول على الطعام بشكل أسرع وربما افتراس الحشرات.

يوضح الرسم التوضيحي A نظام الدورة الدموية المغلقة لدودة الأرض. تمتد الأوعية الدموية الظهرية والبطنية على طول الجزء العلوي والسفلي من الأمعاء، على التوالي. ترتبط الأوعية الدموية الظهرية والبطنية بقلوب تشبه الحلقة. ترتبط القلوب أيضًا بالأوعية الدموية الظهرية. تضخ هذه القلوب الدم إلى الأمام، وتضخ القلوب الشبيهة بالحلقة الدم إلى الوعاء البطني، الذي يعيد الدم إلى الجزء الخلفي من الجسم. يوضح الرسم التوضيحي B نظام الدورة الدموية المفتوح للنحلة. يمتد الوعاء الدموي الظهري، الذي يحتوي على قلوب متعددة، على طول الجزء العلوي من النحلة. يخرج الدم من الوعاء الدموي الظهري من خلال فتحة في الرأس إلى تجويف الجسم. يعود الدم إلى الأوعية الدموية من خلال فتحات في القلوب تسمى أوستيا. — الشكل\(\PageIndex{1}\): في (أ) أنظمة الدورة الدموية المغلقة، يضخ القلب الدم عبر أوعية منفصلة عن السائل الخلالي للجسم. معظم الفقاريات وبعض اللافقاريات، مثل دودة الأرض القديمة هذه، لها نظام دوران مغلق. في (ب) أنظمة الدورة الدموية المفتوحة، يتم ضخ سائل يسمى الهيموليمف عبر وعاء دموي يفرغ في تجويف الجسم. يعود الهيموليمف إلى الأوعية الدموية من خلال فتحات تسمى أوستيا. تحتوي المفصليات مثل هذه النحلة ومعظم الرخويات على أنظمة الدورة الدموية المفتوحة.

تباين نظام الدورة الدموية في الحيوانات

يختلف نظام الدورة الدموية من أنظمة بسيطة في اللافقاريات إلى أنظمة أكثر تعقيدًا في الفقاريات. لا تحتاج أبسط الحيوانات، مثل الإسفنج (بوريفيرا) والروتيفيرا (Rotifera)، إلى نظام الدورة الدموية لأن الانتشار يسمح بالتبادل الكافي للمياه والمواد المغذية والنفايات، وكذلك الغازات الذائبة، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\) أ. الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا ولكنها لا تزال تحتوي على طبقتين فقط من تستخدم الخلايا في خطة الجسم، مثل الهلام (Cnidaria) وهلام المشط (Ctenophora) أيضًا الانتشار عبر بشرتها وداخليًا من خلال مقصورة المعدة والأوعية الدموية. يتم غمر كل من أنسجتها الداخلية والخارجية في بيئة مائية وتبادل السوائل عن طريق الانتشار على كلا الجانبين، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\) (ب)، ويساعد على تبادل السوائل نبض جسم قناديل البحر.

يُظهر الرسم التوضيحي A مقطعًا عرضيًا من إسفنجة ذات جسم رقيق يشبه المزهرية يغمرها السائل من الداخل والخارج. يُظهر الرسم التوضيحي B قناديل البحر على شكل جرس. — الشكل\(\PageIndex{2}\): الحيوانات البسيطة التي تتكون من طبقة خلية واحدة مثل الإسفنج (أ) أو طبقات قليلة فقط من الخلايا مثل قناديل البحر (ب) ليس لديها نظام الدورة الدموية. بدلاً من ذلك، يتم تبادل الغازات والمواد المغذية والنفايات عن طريق الانتشار.

بالنسبة للكائنات الحية الأكثر تعقيدًا، لا يكون الانتشار فعالًا لتدوير الغازات والمغذيات والنفايات بشكل فعال عبر الجسم؛ لذلك تطورت أنظمة الدورة الدموية الأكثر تعقيدًا. تحتوي معظم المفصليات والعديد من الرخويات على أنظمة الدورة الدموية المفتوحة. في النظام المفتوح، يدفع القلب النابض المطول الدم عبر الجسم وتساعد تقلصات العضلات على تحريك السوائل. طورت القشريات الأكبر والأكثر تعقيدًا، بما في ذلك الكركند، أوعية تشبه الشرايين لدفع الدم عبر أجسامها، وقد طورت الرخويات الأكثر نشاطًا، مثل الحبار، نظامًا دوريًا مغلقًا وأصبحت قادرة على التحرك بسرعة للقبض على الفريسة. تعد أنظمة الدورة الدموية المغلقة من سمات الفقاريات؛ ومع ذلك، هناك اختلافات كبيرة في بنية القلب والدورة الدموية بين مجموعات الفقاريات المختلفة بسبب التكيف أثناء التطور والاختلافات المرتبطة في علم التشريح. \(\PageIndex{3}\)يوضح الشكل أنظمة الدورة الدموية الأساسية لبعض الفقاريات: الأسماك والبرمائيات والزواحف والثدييات.

يُظهر الرسم التوضيحي A نظام الدورة الدموية للأسماك، التي تحتوي على قلب مكون من غرفتين مع أذين واحد وبطين واحد. يتدفق الدم في الدورة الدموية الجهازية من الجسم إلى الأذين، ثم إلى البطين. يدخل الدم الخارج من القلب الدورة الدموية الخيشومية، حيث يتم تبادل الغازات بواسطة الشعيرات الدموية الخيشومية من الخياشيم يدخل الدم مرة أخرى الدورة الدموية الجهازية، حيث يتم تبادل الغازات في الجسم عن طريق الشعيرات الدموية في الجسم. يُظهر الرسم التوضيحي B نظام الدورة الدموية للبرمائيات، التي تحتوي على قلب مكون من ثلاث حجرات وأذينين وبطين واحد. يدخل الدم في الدورة الدموية الجهازية القلب، ويتدفق إلى الأذين الأيمن، ثم إلى البطين. يدخل الدم الخارج من البطين الدورة الدموية الرئوية والجلدية. تتبادل الشعيرات الدموية في الرئة والجلد الغازات، مما يؤدي إلى أكسجة الدم. يدخل الدم من الرئتين والجلد مرة أخرى إلى القلب عبر الأذين الأيسر. يتدفق الدم إلى البطين، حيث يختلط بالدم من الدورة الدموية الجهازية. يخرج الدم من البطين ويدخل الدورة الدموية الجهازية. يُظهر الرسم التوضيحي C نظام الدورة الدموية للزواحف، التي تحتوي على قلب من أربع غرف. يتم فصل البطين الأيمن والأيسر عن طريق الحاجز، ولكن لا يوجد حاجز يفصل بين الأذين الأيمن والأيسر، لذلك هناك بعض اختلاط الدم بين هاتين الغرفتين. يدخل الدم من الدورة الدموية الجهازية إلى الأذين الأيمن، ثم يتدفق من البطين الأيمن ويدخل الدورة الدموية الرئوية، حيث يتم تزويد الدم بالأكسجين في الرئتين. يعود الدم من الرئتين إلى القلب عبر الأذين الأيسر. بسبب عدم فصل الأذين الأيسر والأيمن، يحدث بعض الاختلاط بين الدم المؤكسج والدم غير المؤكسج. يتم ضخ الدم إلى البطين الأيسر، ثم إلى الجسم. يُظهر الرسم التوضيحي D نظام الدورة الدموية للثدييات، التي تحتوي على قلب من أربع غرف. يشبه الدوران دوران الزواحف، لكن الغرف الأربع منفصلة تمامًا عن بعضها البعض، مما يحسن الكفاءة. — الشكل\(\PageIndex{3}\): (أ) تمتلك الأسماك أبسط أنظمة الدورة الدموية للفقاريات: يتدفق الدم في اتجاه واحد من القلب المكون من غرفتين عبر الخياشيم ثم بقية الجسم. (ب) لدى البرمائيات طريقان للدورة الدموية: أحدهما لتزويد الدم بالأكسجين عبر الرئتين والجلد، والآخر لنقل الأكسجين إلى بقية الجسم. يتم ضخ الدم من قلب مكون من ثلاث غرف مع أذينين وبطين واحد. (ج) للزواحف أيضًا طريقان للدورة الدموية؛ ومع ذلك، لا يتم تزويد الدم بالأكسجين إلا عبر الرئتين. يتكون القلب من ثلاث حجرات، لكن البطينين منفصلان جزئيًا، لذلك يحدث بعض الاختلاط بين الدم المؤكسج والدم غير المؤكسج باستثناء التماسيح والطيور. (د) تمتلك الثدييات والطيور القلب الأكثر كفاءة من حيث وجود أربع حجرات تفصل الدم المؤكسج بالكامل عن الدم غير المؤكسج؛ فهي تضخ الدم المؤكسج فقط عبر الجسم والدم غير المؤكسج إلى الرئتين.

كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\)، تحتوي السمكة على دائرة واحدة لتدفق الدم وقلب مكون من غرفتين يحتوي فقط على أذين واحد وبطين واحد. يجمع الأذين الدم العائد من الجسم ويضخ البطين الدم إلى الخياشيم حيث يحدث تبادل الغازات ويتم إعادة تزويد الدم بالأكسجين؛ وهذا ما يسمى بالدورة الخيشومية. ثم يستمر الدم في بقية الجسم قبل العودة إلى الأذين؛ وهذا ما يسمى بالدورة الدموية الجهازية. ينتج هذا التدفق أحادي الاتجاه للدم تدرجًا من الدم المؤكسج إلى الدم غير المؤكسج حول الدائرة الجهازية للأسماك. والنتيجة هي الحد من كمية الأكسجين التي يمكن أن تصل إلى بعض أعضاء وأنسجة الجسم، مما يقلل من القدرة الأيضية الإجمالية للأسماك.

في البرمائيات والزواحف والطيور والثدييات، يتم توجيه تدفق الدم في دائرتين: واحدة عبر الرئتين والعودة إلى القلب، وهو ما يسمى الدورة الدموية الرئوية، والأخرى في جميع أنحاء الجسم وأعضائه بما في ذلك الدماغ (الدورة الدموية الجهازية). في البرمائيات، يحدث تبادل الغازات أيضًا من خلال الجلد أثناء الدورة الدموية الرئوية ويشار إليه باسم الدورة الدموية الرئوية الجلدية.

كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\) (ب)، تمتلك البرمائيات قلبًا من ثلاث غرف يحتوي على أذينين وبطين واحد بدلاً من قلب السمكة المكون من غرفتين. تستقبل الأذينان (حجرتا القلب العلويتان) الدم من الدائرتين المختلفتين (الرئتين والأنظمة)، ثم يحدث بعض الاختلاط في الدم في البطين القلبي (غرفة القلب السفلية)، مما يقلل من كفاءة الأوكسجين. ميزة هذا الترتيب هي أن الضغط العالي في الأوعية يدفع الدم إلى الرئتين والجسم. يتم تخفيف الاختلاط عن طريق حافة داخل البطين تقوم بتحويل الدم الغني بالأكسجين عبر الجهاز الدوري الجهازي والدم غير المؤكسج إلى الدائرة الجلدية الرئوية. لهذا السبب، غالبًا ما توصف البرمائيات بأنها ذات دوران مزدوج.

تحتوي معظم الزواحف أيضًا على قلب من ثلاث غرف يشبه القلب البرمائي الذي يوجه الدم إلى الدوائر الرئوية والجهازية، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\) ج، ويتم تقسيم البطين بشكل أكثر فعالية من خلال الحاجز الجزئي، مما يؤدي إلى تقليل اختلاط الدم المؤكسج والدم غير المؤكسج. بعض الزواحف (التماسيح والتماسيح) هي الحيوانات الأكثر بدائية التي تُظهر قلبًا من أربع غرف. تتمتع التماسيح بآلية فريدة للدورة الدموية حيث يقوم القلب بتحويل الدم من الرئتين إلى المعدة والأعضاء الأخرى أثناء فترات الغمر الطويلة، على سبيل المثال، بينما ينتظر الحيوان الفريسة أو يبقى تحت الماء في انتظار تعفن الفريسة. يتضمن أحد التكيفات شريانين رئيسيين يغادران نفس الجزء من القلب: أحدهما يأخذ الدم إلى الرئتين والآخر يوفر طريقًا بديلًا إلى المعدة وأجزاء أخرى من الجسم. هناك تكيفان آخران يتضمنان وجود ثقب في القلب بين البطينين، يسمى ثقبة بانيزا، والتي تسمح للدم بالانتقال من أحد جانبي القلب إلى الجانب الآخر، والنسيج الضام المتخصص الذي يبطئ تدفق الدم إلى الرئتين. جعلت هذه التعديلات معًا التماسيح والتماسيح واحدة من أكثر مجموعات الحيوانات نجاحًا من الناحية التطورية على وجه الأرض.

في الثدييات والطيور، ينقسم القلب أيضًا إلى أربع غرف: الأذينين والبطينين، كما هو موضح في الشكل 40.1.3d. يتم فصل الدم المؤكسج عن الدم غير المؤكسج، مما يحسن كفاءة الدورة الدموية المزدوجة وربما يكون مطلوبًا لنمط الحياة ذو الدم الحار للثدييات والطيور. تطور قلب الطيور والثدييات المكون من أربع غرف بشكل مستقل عن القلب المكون من ثلاث غرف. يشار إلى التطور المستقل لنفس السمة البيولوجية أو سمة بيولوجية مماثلة بالتطور المتقارب.

ملخص

في معظم الحيوانات، يتم استخدام نظام الدورة الدموية لنقل الدم عبر الجسم. تستخدم بعض الحيوانات البدائية الانتشار لتبادل المياه والمواد المغذية والغازات. ومع ذلك، تستخدم الكائنات الحية المعقدة الجهاز الدوري لنقل الغازات والمواد المغذية والنفايات عبر الجسم. قد تكون أنظمة الدورة الدموية مفتوحة (مختلطة مع السائل الخلالي) أو مغلقة (منفصلة عن السائل الخلالي). تعد أنظمة الدورة الدموية المغلقة من سمات الفقاريات؛ ومع ذلك، هناك اختلافات كبيرة في بنية القلب والدورة الدموية بين مجموعات الفقاريات المختلفة بسبب التكيفات أثناء التطور والاختلافات المرتبطة بها في علم التشريح. تحتوي الأسماك على قلب مكون من غرفتين مع دوران أحادي الاتجاه. تحتوي البرمائيات على قلب من ثلاث غرف، يحتوي على بعض الخلط بين الدم، ولها دوران مزدوج. تحتوي معظم الزواحف غير الطيرية على قلب من ثلاث غرف، ولكن لا يختلط الدم فيها كثيرًا؛ فهي ذات دوران مزدوج. تحتوي الثدييات والطيور على قلب من أربع غرف بدون اختلاط الدم والدورة الدموية المزدوجة.

مسرد المصطلحات

الأذين: (الجمع: الأذينين) غرفة القلب التي تستقبل الدم من الأوردة وترسل الدم إلى البطينين

نظام الدورة الدموية المغلقة: نظام يتم فيه فصل الدم عن السائل الخلالي الجسدي ويتم احتوائه في الأوعية الدموية

تداول مزدوج: تدفق الدم في دائرتين: الدائرة الرئوية عبر الرئتين والدائرة الجهازية من خلال الأعضاء والجسم

تداول الخياشيم: نظام الدورة الدموية الخاص بالحيوانات مع الخياشيم لتبادل الغازات؛ يتدفق الدم عبر الخياشيم من أجل الأوكسجين

هيموكول: التجويف الذي يتم فيه ضخ الدم في نظام الدورة الدموية المفتوح

هيلومف: خليط من الدم والسائل الخلالي الموجود في الحشرات والمفصليات الأخرى وكذلك معظم الرخويات

سائل خلالي: سائل بين الخلايا

نظام الدورة الدموية المفتوحة: نظام يتم فيه خلط الدم مع السائل الخلالي ويغطي الأعضاء مباشرة

أوستيوم: (صيغة الجمع: أوستيا) ثقوب بين الأوعية الدموية تسمح بحركة الهيموليمف عبر جسم الحشرات والمفصليات والرخويات ذات أنظمة الدورة الدموية المفتوحة

الدورة الدموية الرئوية: نظام الدورة الدموية في البرمائيات؛ تدفق الدم إلى الرئتين والجلد الرطب لتبادل الغازات

الدورة الدموية الرئوية: تدفق الدم بعيدًا عن القلب عبر الرئتين حيث يحدث الأكسجين ثم يعود إلى القلب مرة أخرى

الدورة الدموية الجهازية: تدفق الدم بعيدًا عن القلب إلى الدماغ والكبد والكلى والمعدة والأعضاء الأخرى والأطراف وعضلات الجسم، ثم عودة هذا الدم إلى القلب

دوران أحادي الاتجاه: تدفق الدم في دائرة واحدة؛ يحدث في الأسماك حيث يتدفق الدم عبر الخياشيم، ثم يمر عبر الأعضاء وبقية الجسم، قبل العودة إلى القلب

البطين: (القلب) الغرفة السفلية الكبيرة للقلب التي تضخ الدم إلى الشرايين