Tipi di sistemi circolatori: aperti vs. Chiuso

Il sistema circolatorio serve a muoversi sangue in un sito o siti in cui può essere ossigenato e dove i rifiuti possono essere smaltiti. La circolazione serve quindi a portare sangue appena ossigenato ai tessuti del corpo. Mentre l'ossigeno e altre sostanze chimiche si diffondono dalle cellule del sangue e nel fluido che circonda le cellule dei tessuti del corpo, i prodotti di scarto si diffondono nelle cellule del sangue per essere trasportati. Il sangue circola attraverso organi come il fegato e reni dove i rifiuti vengono rimossi e di nuovo al polmoni per una fresca dose di ossigeno. E quindi il processo si ripete. Questo processo di circolazione è necessario per la vita continua del cellule, tessuti e persino dell'intero organismo. Prima di parlare del cuore, dovremmo fornire una breve descrizione dei due grandi tipi di circolazione riscontrati negli animali. Discuteremo anche della progressiva complessità del cuore mentre si sale sulla scala evolutiva.

Molti invertebrati non hanno affatto un sistema circolatorio. Le loro cellule sono abbastanza vicine al loro ambiente perché ossigeno, altri gas, sostanze nutritive e prodotti di scarto possano diffondersi semplicemente fuori e dentro le loro cellule. Negli animali con più strati di cellule, in particolare gli animali terrestri, questo non funzionerà, poiché le loro cellule sono troppo lontane dall'ambiente esterno per osmosi semplice e

Negli animali superiori, ci sono due tipi principali di sistemi circolatori: aperto e chiuso. Artropodi e molluschi hanno un sistema circolatorio aperto. In questo tipo di sistema, non c'è né un vero cuore né capillari come si trovano negli umani. Invece di un cuore, ci sono vasi sanguigni che fungono da pompe per forzare il sangue. Invece dei capillari, i vasi sanguigni si uniscono direttamente con i seni aperti. "Sangue", in realtà una combinazione di sangue e fluido interstiziale chiamato 'emolinfina', viene forzato dai vasi sanguigni in grandi seni nasali, dove in realtà bagna gli organi interni. Altri vasi ricevono sangue forzato da questi seni e lo riconducono ai vasi di pompaggio. Aiuta a immaginare un secchio con due tubi che fuoriescono da esso, questi tubi collegati a un bulbo di compressione. Quando il bulbo viene schiacciato, forza l'acqua lungo il secchio. Un tubo spara acqua nel secchio, l'altro aspira acqua dal secchio. Inutile dire che questo è un sistema molto inefficiente. Gli insetti possono cavarsela con questo tipo di sistema perché hanno numerose aperture nei loro corpi (spiracoli) che permettono al "sangue" di entrare in contatto con l'aria.

Il sistema circolatorio chiuso di alcuni molluschi e di tutti i vertebrati e gli invertebrati superiori è un sistema molto più efficiente. Qui il sangue viene pompato attraverso un sistema chiuso di arterie, vene, e capillari. I capillari circondano il organi, assicurandosi che tutte le cellule abbiano pari opportunità di nutrimento e rimozione dei loro prodotti di scarto. Tuttavia, anche i sistemi circolatori chiusi differiscono man mano che avanziamo sull'albero evolutivo.

Uno dei tipi più semplici di sistemi circolatori chiusi si trova nelle anellidi come il lombrico. I lombrichi hanno due vasi sanguigni principali - un vaso dorsale e uno ventrale - che portano rispettivamente il sangue verso la testa o la coda. Il sangue viene spostato lungo la nave dorsale da ondate di contrazione nella parete della nave. Queste onde contratte sono chiamate "peristalsi". Nella regione anteriore del verme, ci sono cinque coppie di vasi, che chiamiamo vagamente "cuori", che collegano i vasi dorsale e ventrale. Questi vasi di collegamento funzionano come cuori rudimentali e forzano il sangue nel vaso ventrale. Poiché il rivestimento esterno (l'epidermide) del lombrico è così sottile ed è costantemente umido, vi sono ampie opportunità di scambio di gas, rendendo possibile questo sistema relativamente inefficiente. Esistono anche organi speciali nel lombrico per la rimozione dei rifiuti azotati. Tuttavia, il sangue può fluire all'indietro e il sistema è solo leggermente più efficiente del sistema aperto di insetti.

Quando arriviamo ai vertebrati, iniziamo a trovare reali efficienze con il sistema chiuso. I pesci possiedono uno dei tipi più semplici di cuori veri. Il cuore di un pesce è un organo a due camere composto da un atrio e un ventricolo. Il cuore ha pareti muscolari e una valvola tra le sue camere. Il sangue viene pompato dal cuore alle branchie, dove riceve ossigeno e elimina l'anidride carbonica. Il sangue passa quindi agli organi del corpo, dove vengono scambiati nutrienti, gas e rifiuti. Tuttavia, non vi è alcuna divisione della circolazione tra gli organi respiratori e il resto del corpo. Cioè, il sangue viaggia in un circuito che porta il sangue dal cuore alle branchie verso gli organi e torna al cuore per ricominciare il suo viaggio tortuoso.

rane ha un cuore a tre camere, composto da due atri e un singolo ventricolo. Il sangue che esce dal ventricolo passa in un'aorta biforcuta, dove il sangue ha le stesse opportunità di viaggiare attraverso un circuito di vasi che conducono ai polmoni o un circuito che conduce agli altri organi. Il sangue che ritorna nel cuore dai polmoni passa in un atrio, mentre il sangue che ritorna dal resto del corpo passa nell'altro. Entrambi gli atri si svuotano nel singolo ventricolo. Mentre questo si assicura che parte del sangue passi sempre ai polmoni e poi di nuovo al cuore, la miscelazione di sangue ossigenato e deossigenato nel singolo ventricolo significa che gli organi non si stanno saturando di sangue ossigeno. Tuttavia, per una creatura a sangue freddo come la rana, il sistema funziona bene.

Gli umani e tutti gli altri mammiferi, così come gli uccelli, hanno a cuore a quattro camere con due atri e due ventricoli. Il sangue deossigenato e ossigenato non viene miscelato. Le quattro camere assicurano un movimento rapido e efficiente di sangue altamente ossigenato agli organi del corpo. Questo aiuta nella regolazione termica e nei movimenti muscolari rapidi e sostenuti.