Herz-Kreislauf-Systeme: Arten, Kreisläufe und Evolution bei Wirbeltieren

Das Herz-Kreislauf-System

Es gibt zwei Hauptarten von Herz-Kreislauf-Systemen:

Geschlossenes Kreislaufsystem

Bei einem geschlossenen Kreislaufsystem zirkuliert das Blut ausschließlich innerhalb eines Netzwerks von Blutgefäßen, ohne diese zu verlassen. Die vom Blut transportierten Stoffe gelangen durch Diffusion ins Gewebe. Dieses System ist charakteristisch für Anneliden, Kopffüßer und Wirbeltiere.

Offenes Kreislaufsystem

Bei einem offenen Kreislaufsystem wird das vom Herzen gepumpte Blut durch Blutgefäße direkt in die Zellzwischenräume geleitet, wo es die Zellen umspült. Es kehrt dann durch verschiedene Mechanismen zum Herzen zurück. Dieses System findet sich bei Arthropoden und den meisten Weichtieren (z.B. Muscheln), jedoch nicht bei Kopffüßern, die ein geschlossenes System besitzen.

Unterteilung der Kreisläufe

Das Herz-Kreislauf-System des Menschen besteht scheinbar aus zwei Hauptkreisläufen, die vom Herzen ausgehen:

• Großer Kreislauf (Systemischer oder Körperkreislauf): Dieser Kreislauf beginnt im linken Ventrikel des Herzens, von wo aus sauerstoffreiches Blut über die Aorta und ihre Verzweigungen in die Arterien und Kapillarsysteme des gesamten Körpers gepumpt wird. Dort gibt es Sauerstoff und Nährstoffe an die Gewebe ab und nimmt Kohlendioxid und Abfallprodukte auf. Das nun sauerstoffarme Blut sammelt sich in den Venen und fließt über die obere und untere Hohlvene zurück in den rechten Vorhof des Herzens.
• Kleiner Kreislauf (Lungenkreislauf): Das sauerstoffarme Blut wird vom rechten Ventrikel des Herzens über die Lungenarterie, die sich in zwei Hauptäste für jede Lunge teilt, in die Lunge gepumpt. In den Kapillaren der Lungenbläschen (Alveolen) findet der Gasaustausch statt (Hämatose): Das Blut nimmt Sauerstoff auf und gibt Kohlendioxid ab. Das nun sauerstoffreiche Blut fließt über die vier Lungenvenen zurück in den linken Vorhof des Herzens.
• Der vollständige Blutkreislauf: Weder der große noch der kleine Kreislauf sind isoliert zu betrachten, da das Blut das Herz verlässt und zu verschiedenen Kammern zurückkehrt. Der eigentliche, geschlossene Kreislauf wird erst deutlich, wenn man den gesamten Weg des Blutes betrachtet. Der Lungenkreislauf wurde vom Arzt Michael Servetus beschrieben, während William Harvey die allgemeine (systemische) Zirkulation detailliert darlegte. Der vollständige Kreislauf verläuft wie folgt:
  • Linker Ventrikel → Aorta → Arterien & Kapillaren (Körper) → Hohlvenen → Rechter Vorhof → Rechter Ventrikel → Lungenarterie → Arterien & Kapillaren (Lunge) → Lungenvenen → Linker Vorhof → Linker Ventrikel (Ende, wo die Strecke begann).
  Interessanterweise konnten die Kapillaren lange Zeit nicht direkt beobachtet werden, und man nahm an, dass das Blut in den Geweben "verbraucht" würde.
• Pfortaderkreislauf (Portalkreislauf): Dies ist ein Subtyp des großen Kreislaufs, bei dem Venen, die aus einem Kapillarsystem stammen, sich erneut zu Kapillaren (Sinusoiden) in einem anderen Organ verzweigen, bevor das Blut in den systemischen Kreislauf zurückkehrt. Im menschlichen Körper gibt es zwei Haupt-Pfortadersysteme:
  1. Hepatische Pfortader (Leberpfortader): Venen, die in den Kapillaren des Magen-Darm-Trakts (vom Magen bis zum Rektum) entstehen und Verdauungsprodukte transportieren, münden in die Pfortader. Diese verzweigt sich erneut in Kapillaren (Sinusoide) in der Leber. Von dort aus sammeln sich neue Venen, die über die Lebervenen in die Vena cava und somit in den systemischen Kreislauf münden.
  2. Hypophysen-Pfortadersystem: Die obere Hypophysenarterie, die aus der A. carotis communis entspringt, verzweigt sich in ein erstes Kapillarnetz im Bereich der Eminentia mediana des Hypothalamus. Aus diesen Kapillaren bilden sich Venen, die entlang des Hypophysenstiels verlaufen und in ein zweites Kapillarnetz im Vorderlappen der Hypophyse münden, bevor das Blut in die Vena jugularis interna abfließt.

Blutkreislauf bei Wirbeltieren: Vielfalt der Systeme

Der Kreislauf bei Fischen

Der Kreislauf bei Fischen ist einfach und vollständig. Das Blut fließt pro Umlauf nur einmal durch das Herz. Das fischtypische Herz ist röhrenförmig und besteht aus einem Sinus venosus (der das Blut sammelt), einem Vorhof und einer Kammer. Sauerstoffarmes, CO2-reiches Blut aus den Körpervenen gelangt in den Sinus venosus und dann in den Vorhof und die Kammer. Die Kammer pumpt das Blut in die Kiemenarterie, die die Kiemen mit Blut zur Sauerstoffanreicherung versorgt. In den Kiemen wird das Blut mit Sauerstoff angereichert und verteilt sich von dort über Arterien im gesamten Körper. Der Rückfluss des sauerstoffarmen Blutes zum Herzen erfolgt über die Venen.

Zusammenfassend ist der Blutkreislauf bei Fischen geschlossen, einfach (nur ein Kreislauf) und vollständig (keine Mischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut im Herzen). Es gibt also nur einen Kreislauf, und es kommt zu keiner Mischung von Blut im Herzen.

Der Kreislauf bei Amphibien

Bei den ersten landlebenden Wirbeltieren mit Lungen (Amphibien und Reptilien, ausgenommen Krokodile) weist das Herz eine doppelte Zirkulation auf. Dies bedeutet, dass es einen kleinen Kreislauf (Lungenkreislauf) gibt, der Blut zu den Lungen transportiert und sauerstoffreiches Blut von dort zum Herzen zurückbringt, sowie einen großen Kreislauf (Körperkreislauf), der Blut in den Körper transportiert und sauerstoffarmes Blut zum Herzen zurückführt.

Das Herz dieser Tiere hat drei Kammern: zwei Vorhöfe (rechts und links) und eine einzige, eher muskulöse Kammer (Ventrikel). Der rechte Vorhof empfängt venöses Blut aus dem Körper und leitet es an den Ventrikel weiter, der es über die Lungenarterie in die Lunge pumpt. Der linke Vorhof empfängt arterielles Blut aus der Lunge und leitet es ebenfalls an den Ventrikel weiter, der es über die Aorta in den Körper pumpt. Die Vorhöfe kontrahieren nacheinander, sodass die Mischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut im Ventrikel zwar stattfindet, aber minimiert wird. Dennoch ist dieser doppelte Kreislauf unvollständig, da es im Ventrikel zu einer Blutvermischung kommt.

Der Kreislauf bei Reptilien

Bei den meisten Reptilien (außer Krokodilen) ist der Ventrikel nur unvollständig durch eine Scheidewand geteilt, was zu einer gewissen Mischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut führt. Der Kreislauf ist daher doppelt und unvollständig.

Bei Krokodilen hingegen ist der Ventrikel vollständig in zwei Kammern (links und rechts) geteilt, wodurch das Herz vierkammerig ist. Es gibt zwei Aortenbögen: Der linke Aortenbogen entspringt dem rechten Ventrikel und führt venöses Blut, während der rechte Aortenbogen dem linken Ventrikel entspringt und arterielles Blut führt. Durch eine Verbindung zwischen den Aortenbögen (Foramen Panizza) kann es jedoch zu einer geringen Blutvermischung in der absteigenden Aorta kommen. Daher wird der Kreislauf bei Krokodilen oft als anatomisch vollständig, aber funktionell unvollständig betrachtet, da eine Shunt-Möglichkeit besteht.