Циркуляторные системы у животных

У большинства животных одной диффузии недостаточно для распределения питательных веществ по организму. Это предопределяет появление циркуляторной системы, по которой органические вещества разносятся с током жидкости.

В состав любой циркуляторной системы должны входить циркулирующая жидкость (кровь, лимфа, гемолимфа), сосуды, по которым переносится жидкость, (или участки полости тела) и пульсирующий орган, обеспечивающий движение жидкости по всему телу (таким органом обычно бывает сердце). Кровеносные сосуды делятся на артерии, по которым кровь идёт от сердца, и вены, по которым кровь возвращается к сердцу. Стенки кровеносных сосудов у млекопитающих состоят из трёх слоёв тканей: плоского эндотелия, гладкой мускулатуры и наружных коллагеновых волокон. Артерии и вены в органах разветвляются на более мелкие сосуды – артериолы и венулы, а те, в свою очередь, ветвятся на микроскопические капилляры, проходящие между клетками практически всех тканей. В описанной системе кровь на всём пути заключена в сосуды и не вступает в контакт с тканями тела, обмен веществ осуществляется только через стенки сосудов. Такая система называется замкнутой, она имеется у кольчатых червей, позвоночных и некоторых других групп животных.

В незамкнутой кровеносной системе артерии открываются в систему полостей, образующих гемоцель. Кровь медленно движется между тканями под низким давлением и вновь собирается к сердцу через открытые концы венозных сосудов. В отличие от замкнутой системы, здесь распределение крови между тканями практически не регулируется. Незамкнутая система существует, например, у членистоногих.

Хорошо развитой замкнутой кровеносной системой обладают кольчатые черви. Периодические сокращения спинного сосуда гонят кровь к переднему концу животного; движению крови в обратном направлении препятствует серия клапанов. Пять пар пульсирующих «ложных» сердец соединяют спинной сосуд с брюшным; сердечные клапаны пропускают кровь только в сторону брюшного сосуда. Пройдя по брюшному сосуду, кровь попадает в органы тела; в конце концов, она снова собирается в спинном сосуде. Кровь кольчатых червей разносит по телу кислород и питательные вещества, забирает углекислоту и метаболические отходы.

Кровеносная система членистоногих незамкнутая. Она предназначена для транспорта питательных веществ к органам и удаления продуктов жизнедеятельности (напомним, что газообмен у этого типа животных осуществляется через трахеи). Кровь идёт по спинному сосуду – аорте; движение обеспечивается сокращениями сердца, находящегося в заднем участке спинного сосуда. Аорта разветвляется на артерии, из которых кровь изливается в открытые полости и омывает внутренние органы.

У позвоночных ток крови обеспечивается сокращениями хорошо развитого мышечного сердца. Обратному ходу крови препятствует система сердечных клапанов. Сокращения сердца происходят автоматически, но могут регулироваться центральной нервной системой.

У рыб кровь, совершая в теле полный круг, проходит через сердце только один раз; говорят, что у них имеется один круг кровообращения. При сокращении сердца кровь выталкивается в брюшную аорту. Жаберные артерии приносят бедную кислородом кровь к жабрам, где она в тончайших капиллярах насыщается кислородом. От выносящих жаберных артерий кровь поступает в наджаберные артерии, а оттуда переходит в спинную аорту. Отходящие вперёд от спинной аорты сонные артерии несут кровь к голове; многочисленные артерии, отходящие от спинной аорты в задней части тела, снабжают кровью внутренние органы.

В связи с полуназемным образом жизни у земноводных сформировались лёгкие, а между сердцем и лёгкими появился новый круг кровообращения. Насыщенная кислородом кровь из лёгких и венозная кровь из органов попадают, соответственно, в левое и правое предсердия, откуда одновременно выталкиваются в единственный желудочек. Смешиванию крови в нём препятствуют специальные мышечные гребни и клапаны, но всё же круги кровообращения у земноводных ещё не вполне обособлены. Пройдя через желудочек, бедная кислородом кровь уходит к лёгким, а насыщенная кислородом – разносится по внутренним органам. В состоянии покоя лёгкие лягушки не работают, и кислород поступает в кровь через кожу.

У птиц и зверей сердце становится четырёхкамерным, артериальная и венозная кровь полностью разделены. Выйдя из лёгких, насыщенная кислородом кровь должна пройти через сердце, после чего под высоким давлением она поступает во внутренние органы. Кровеносная система у птиц и млекопитающих также сильно изменилась.

Кровь млекопитающих состоит из взвешенных в жидкости (плазме) клеток. Плазма составляет около 55 % объёма крови; это бледно-жёлтая жидкость, на 90 % состоящая из воды. Оставшиеся 10 % – растворённые вещества: различные белки, минеральные ионы, продукты пищеварения и экскреции, гормоны. Белки связывают в крови кальций, железо, некоторые витамины, участвуют в работе иммунной системы и свёртывании крови. Ионы играют важную роль в системе регуляции.

Эритроциты – красные кровяные клетки. У человека их диаметр составляет 7–8 мкм и приблизительно равен диаметру капилляров, а толщина равна 2 мкм. Специфическая форма эритроцита увеличивает эффективную поверхность газообмена. В 1 мл крови содержится около 5 миллионов эритроцитов. Они образуются, в основном, в костях черепа, грудине, рёбрах, позвонках и лопатках, существуют 3–4 месяца и разрушаются в печени или селезёнке в количестве 200 миллиардов в день. Благодаря гемоглобину эритроциты способны связывать кислород и переносить его к внутренним органам; фермент карбоангидраза связывает углекислый газ CO₂. Заметим, что гемоглобин хорошо реагирует не только с кислородом, но и с угарным газом CO. CO действует как конкурентный ингибитор; при его наличии перенос кислорода кровью становится невозможным. Недостаток эритроцитов в крови либо снижение содержания гемоглобина в них называются анемией (малокровием) и вызывают слабость, головокружение, одышку.

Молекула гема

Белые кровяные клетки – лейкоциты – играют важную роль в защите организма от болезней. В 1 мл крови содержится около 7000 лейкоцитов; продолжительность их жизни составляет несколько дней. Образуются лейкоциты в костном мозге.

Лейкоциты делятся на два типа. Гранулоциты имеют разделённое на лопасти ядро и зернистую цитоплазму и способны к амёбоидному движению. Их можно разделить на фагоциты, поглощающие болезнетворные бактерии, (70 % всех лейкоцитов), эозинофилы и базофилы. Агранулоциты содержат ядро овальной формы и незернистую цитоплазму. Они подразделяются на моноциты, поглощающие бактерии, (4 % всех лейкоцитов) и лимфоциты (24 % от общего числа лейкоцитов), вырабатывающие антитела.

Красные кровяные пластинки (тромбоциты) – это фрагменты клеток неправильной формы, обычно лишённые ядра. Они образуются в костном мозге; в 1 мл крови содержится около 250 000 тромбоцитов. Их основное значение – инициация свёртывания крови.

Стенки капилляров проницаемы для всех компонентов крови, за исключением белков и эритроцитов. Часть крови уходит через них, образуя межклеточную жидкость. Именно через эту жидкость и происходит обмен веществ между кровью и тканями. Значительная часть межклеточной жидкости возвращается в кровь через венозные концы капилляров или лимфатическую систему.

Основные функции крови:

- перенос питательных веществ к различным органам и тканям;

- перенос отходов жизнедеятельности к органам выделения;

- транспорт кислорода и углекислого газа;

- перенос гормонов к органам-мишеням;

- равномерное распределение тепла по всему организму;

- защитные функции;

- регуляция осмотического давления.

Защитные функции заключаются, в основном, в трёх механизмах:

- свёртывание крови – чрезвычайно сложный многоступенчатый процесс, необходимый для остановки кровотечения;

- фагоцитоз – поглощение и переваривание в лизосомах болезнетворных бактерий и посторонних частиц;

- воспаление – отёк окружающих тканей и повышение температуры в результате расширения кровеносных сосудов и просачивания плазмы сквозь стенки капилляров.