Compartimentele fluide ale animalelor constau din componente intracelulare și extracelulare. Componenta intracelulară include celulele corpului și, acolo unde este prezentă, celulele sanguine, în timp ce componenta extracelulară include fluidul țesutului, lichidul celomic și plasma sanguină. În toate cazurile, constituentul major este apa derivată din mediu. Compoziția fluidului variază semnificativ în funcție de sursa sa și este reglată mai mult sau mai puțin precis de homeostazie.

sistem

Sângele și lichidul celomic sunt adesea separate fizic de pereții vaselor de sânge; în cazul în care există un hemocoel (o cavitate a corpului care conține sânge), totuși, sângele mai degrabă decât lichidul celomic ocupă cavitatea. Compoziția sângelui poate varia de la ceea ce este puțin mai mult decât apa din mediu care conține cantități mici de substanțe nutritive și gaze dizolvate la țesutul extrem de complex care conține multe celule de diferite tipuri găsite la mamifere.

Limfa constă în esență din plasmă de sânge care a părăsit vasele de sânge și a trecut prin țesuturi. În general, se consideră că are o identitate separată atunci când este returnată în sânge printr-o serie de vase independente de vase de sânge și de spațiul celomic. Lichidul celomic în sine poate circula în cavitatea corpului. În majoritatea cazurilor, această circulație are o natură aparent aleatorie, în principal din cauza mișcărilor corpului și a organelor. Cu toate acestea, în unele filme, lichidul celomic are un rol mai important în distribuția internă și este circulat de tractul ciliar.

Compartimente pentru fluide

Sângele este circulat prin vasele sistemului vascular al sângelui. Sângele este deplasat prin acest sistem printr-o formă de pompă. Cea mai simplă pompă sau inimă nu poate fi mai mult decât un vas de-a lungul căruia trece un val de contracție pentru a propulsa sângele. Această inimă tubulară simplă este adecvată acolo unde tensiunea arterială scăzută și ratele de circulație relativ lente sunt suficiente pentru a furniza cerințele metabolice ale animalului, dar este inadecvată la speciile mai mari, mai active și mai solicitante. La ultimele animale, inima este de obicei o pompă musculară specializată, camerată, care primește sânge sub presiune scăzută și îl readuce sub presiune mai mare în circulație. În cazul în care fluxul de sânge este într-o singură direcție, așa cum se întâmplă în mod normal, supapele sub formă de clape de țesut împiedică refluxul.

O trăsătură caracteristică a inimilor este că pulsează pe tot parcursul vieții și orice încetare prelungită a bătăilor inimii este fatală. Contracțiile mușchiului cardiac pot fi inițiate într-unul din cele două moduri. În prima, mușchiul inimii poate avea o proprietate contractilă intrinsecă, care este independentă de sistemul nervos. Această contracție miogenică se găsește la toate vertebratele și la unele nevertebrate. În al doilea rând, inima este stimulată de impulsurile nervoase din afara mușchiului inimii. Inimile altor nevertebrate prezintă această contracție neurogenă.

Inimile camerate, așa cum se găsesc la vertebrate și unele nevertebrate mai mari, constau dintr-o serie de compartimente musculare interconectate separate prin valve. Prima cameră, auriculă, acționează ca un rezervor pentru a primi sângele care trece apoi la a doua și principală cameră de pompare, ventriculul. Extinderea unei camere este cunoscută sub numele de diastolă și contracție ca sistolă. Pe măsură ce o cameră suferă sistolă, cealaltă suferă diastolă, forțând astfel sângele înainte. Seria de evenimente în timpul cărora sângele este trecut prin inimă este cunoscută sub numele de ciclul cardiac.

Contracția ventriculului forțează sângele în vasele sub presiune, cunoscute sub numele de tensiune arterială. Pe măsură ce contracția continuă în ventricul, presiunea în creștere este suficientă pentru a deschide supapele care au fost închise din cauza încercării fluxului de sânge invers în timpul ciclului anterior. În acest moment, presiunea ventriculară transmite o undă de mare viteză, pulsul, prin sângele sistemului arterial. Volumul de sânge pompat la fiecare contracție a ventriculului este cunoscut sub numele de volumul accident vascular cerebral, iar ieșirea este de obicei dependentă de activitatea animalului.

După părăsirea inimii, sângele trece printr-o serie de vase ramificate cu diametru în continuă scădere. Cele mai mici ramuri, cu doar câțiva micrometri (există aproximativ 25.000 micrometri într-un centimetru) în diametru, sunt capilarele, care au pereți subțiri prin care partea fluidă a sângelui poate trece pentru a scălda celulele tisulare. Capilarele ridică, de asemenea, produse finale metabolice și le transportă în vase colectoare mai mari, care în cele din urmă returnează sângele în inimă. La vertebrate există diferențe structurale între arterele cu pereți musculari, care transportă sângele sub presiune ridicată din inimă, și venele cu pereți mai subțiri, care îl returnează la o presiune mult mai redusă. Deși astfel de diferențe structurale sunt mai puțin evidente la nevertebrate, termenii de arteră și venă sunt utilizați pentru vasele care transportă sânge de la și către inimă, respectiv.

Sistemul circulator închis găsit la vertebrate nu este universal; un număr de filme nevertebrate au un sistem „deschis”. La ultimele animale, sângele care iese din inimă trece într-o serie de spații deschise, numite sinusuri, unde scaldă direct organele interne. O astfel de cavitate corporală se numește hemocoel, un termen care reflectă fuziunea sistemului sanguin și celomului.

Sisteme circulatorii nevertebrate

Considerații fizico-chimice de bază

Pentru a menține un metabolism optim, toate celulele vii necesită un mediu adecvat, care trebuie menținut în limite relativ înguste. O fază gazoasă adecvată (adică niveluri adecvate de oxigen și alte gaze), un aport adecvat și adecvat de nutrienți și un mijloc de eliminare a produselor nedorite sunt toate esențiale.

Difuzia directă prin suprafața corpului furnizează gazele și substanțele nutritive necesare pentru organismele mici, dar chiar și unele protozoare unicelulare au un sistem circulator rudimentar. Cicloza în multe ciliate poartă vacuole alimentare - care se formează la capătul înainte al esofagului (citofaringe) - pe o cale mai mult sau mai puțin fixă ​​în jurul celulei, în timp ce digestia are loc într-un punct fix de descărcare.

Pentru majoritatea celulelor animale, aportul de oxigen este în mare măsură independent de animal și, prin urmare, este un factor limitativ în metabolismul său și, în cele din urmă, în structura și distribuția sa. Aprovizionarea cu nutrienți a țesuturilor este însă controlată de animalul însuși și, deoarece ambii produși finali catabolici principali ai metabolismului - amoniac (NH3) și dioxid de carbon (CO2) - sunt mai solubili decât oxigenul (O2) în apă și faza apoasă a fluidelor corporale, acestea tind să nu limiteze ratele metabolice. Rata de difuzie a CO2 este mai mică decât cea a O2, dar solubilitatea sa este de 30 de ori mai mare decât cea a oxigenului. Aceasta înseamnă că cantitatea de CO2 care difuzează este de 26 de ori mai mare decât cea pentru oxigen la aceeași temperatură și presiune.

Oxigenul disponibil unei celule depinde de concentrația de oxigen din mediul extern și de eficiența cu care este transportat în țesuturi. Aerul uscat la presiunea atmosferică conține aproximativ 21% oxigen, al cărui procent scade odată cu creșterea altitudinii. Apa bine aerată are același procent de oxigen ca și aerul din jur; cu toate acestea, cantitatea de oxigen dizolvat este guvernată de temperatură și de prezența altor substanțe dizolvate. De exemplu, apa de mare conține cu 20% mai puțin oxigen decât apa dulce în aceleași condiții.

Viteza de difuzie depinde de forma și dimensiunea moleculei de difuzie, de mediul prin care se difuzează, de gradientul de concentrație și de temperatură. Aceste constrângeri fizico-chimice impuse de difuzia gazoasă au o relație cu respirația animalelor. Investigațiile au sugerat că un organism sferic cu o rază mai mare de 0,5 milimetri (0,02 inch) nu ar obține suficient oxigen pentru rata metabolică dată și, prin urmare, ar fi necesar un mecanism suplimentar de transport. Multe nevertebrate sunt mici, cu distanțe directe de difuzie mai mici de 0,5 milimetri. Cu toate acestea, specii considerabil mai mari supraviețuiesc încă fără un sistem circulator intern.

Animale fără sisteme vasculare independente

O sferă reprezintă cel mai mic raport posibil dintre suprafață și volum; modificări ale arhitecturii, reducerea ratei metabolice sau ambele pot fi exploatate pentru a permite creșterea dimensiunii. Bureții depășesc problema aprovizionării cu oxigen și cresc șansele de captare a alimentelor trecând apa prin numeroșii lor pori folosind acțiunea ciliară. Nivelul de organizare a bureților este cel al unei agregări coordonate a celulelor în mare măsură independente, cu țesuturi slab definite și fără sisteme de organe. Întregul animal are o suprafață relativ masivă pentru schimbul gazos și toate celulele sunt în contact direct cu curentul de apă care trece.

Dintre animalele eumetazoane (multicelulare), cnidarienii (anemoni de mare, corali și meduze) sunt diploblastici, endodermul interior și ectodermul exterior fiind separați de o mezoglea celulară. Anemonele marine și coralii pot crește, de asemenea, până la dimensiuni considerabile și pot prezenta o structură externă complexă care, din nou, are ca efect creșterea suprafeței. Structura lor fundamental simplă - cu o cavitate gastrovasculară continuă cu apa exterioară din mediu - permite atât celulelor endodermale cât și cele ectodermice ale peretelui corpului acces la apa aerată, permițând difuzarea directă.