Transportsysteme bei Tieren und Menschen

**Transportsysteme bei Tieren**

Transportsysteme verteilen die Nährstoffe, die für das Funktionieren des tierischen Stoffwechsels benötigt werden, im Körper und unter allen seinen Zellen. Abfallprodukte werden nach außen ausgeschieden. Tiere mit einfacher Struktur benötigen kein Transportsystem, da die Zellen Stoffe aus der Umwelt, in der sie leben, aufnehmen oder abgeben können. Allerdings benötigen Tiere mit hochkomplexen Anforderungen ein zirkulierendes Medium, um Nährstoffe zu verteilen und Abfallprodukte des Stoffwechsels zu sammeln. In vielen Fällen ist auch das Vorhandensein einer Pumpe erforderlich, um die Flüssigkeitsmenge im Körper zu mobilisieren.

**Die innere Umgebung**

Die innere Umgebung ist die Flüssigkeit, die Nährstoffe transportiert. Ihre Zusammensetzung und Farbe variiert und kann in vielen Fällen Zellen enthalten. Die verschiedenen inneren Umgebungen, die in Tieren gefunden werden können, sind Hydrolinfa, Hämolymphe, Blut und Lymphe.

• Hydrolinfa: Ist die innere Umgebung der Stachelhäuter. Ihre Zusammensetzung ist der des Meerwassers sehr ähnlich. Sie transportiert Nährstoffe und Abfallstoffe, enthält aber kein sauerstofftragendes Pigment. Sie zirkuliert durch ein System von Röhren, die in Strukturen, den sogenannten Füßchen, enden. Diese Strukturen dienen dazu, den Seesternen und Seeigeln Bewegung zu verleihen. Das Ambulakralsystem funktioniert durch hydrostatischen Druck. Der Ambulakralfuß haftet am Substrat, wenn der innere hydrostatische Druck abnimmt, wodurch er wie ein Saugnapf wirkt. Es gibt Ambulakralbläschen, die, wenn sie sich zusammenziehen, Hydrolinfa ausstoßen und zu den Füßchen gelangen. Aus diesem Grund steigt der hydrostatische Druck und der Ambulakralfuß löst sich vom Substrat, an dem er befestigt ist. Das Ambulakralsystem ermöglicht die Bewegung des Tieres, indem es Hydrolinfa in verschiedene Bereiche leitet.
• Hämolymphe: Findet sich bei Weichtieren und Gliederfüßern. Bei Muscheln und Schalentieren erscheint ein sauerstofftransportierendes Pigment. Bei Spinnentieren, Tausendfüßlern und Insekten ist es nicht notwendig, dass die innere Umgebung Sauerstoff transportiert, da ihr Tracheenatmungssystem die Luft direkt zu den Körperzellen transportiert.
• Blut: Ringelwürmer und Wirbeltiere haben eine innere Umgebung mit einem sauerstofftransportierenden roten Pigment. Bei Wirbeltieren heißt dieses Pigment Hämoglobin. Das Blut von Wirbeltieren ist besonders komplex, mit vielen Funktionen und Zelltypen. Diese Zellen sind Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten.
• Lymphe: Ist in Wirbeltieren vorhanden. Ihr fehlen sauerstofftragende Pigmente. Sie besteht aus Leukozyten-ähnlichen Zellen.

**Kreislaufsystem beim Menschen**

Menschen haben einen geschlossenen Blutkreislauf mit einem Herzen, das sich in der Brusthöhle zwischen der Lunge befindet und durch die Rippen geschützt ist. Es besteht aus zwei Vorhöfen und zwei Kammern. Das Herz schlägt etwa 72 Mal pro Minute, obwohl diese Rate je nach Aktivität und Art des Menschen variiert. Die Herzfrequenz wird maßgeblich durch einen Herzschrittmacher bestimmt:

• Sinusknoten (SCN): Produziert den ersten Impuls des Herzrhythmus. Er befindet sich in der Wand des rechten Vorhofs. Seine Fasern haben eine größere Erregbarkeit als der Rest des Herzens. Daher kontrolliert er die Herzfrequenz.
• Internodienfasern: Sind Fasern, die die Knoten miteinander verbinden und den im Vorhof erzeugten Impuls durch das Herz leiten.
• Atrioventrikularknoten (AV-Knoten): Ein Ort, an dem der Impuls verzögert wird (0,11 s), bevor er die ventrikuläre Kontraktion auslöst. Er befindet sich in der Vorhofscheidewand, die die rechte Herzkammer trennt. Er bewirkt, dass sich die Ventrikel kurz nach Abschluss der Kontraktion der Vorhöfe zusammenziehen.
• His-Bündel und Purkinje-Fasern: Sind Fasern, die sich in der Kammerscheidewand befinden und die koordinierte Kontraktion aller Muskelzellen fördern, die die Ventrikel bilden.

**Herzbewegung**

Das Herz befindet sich in einer Phase der Systole und einer Phase der Diastole. Systole ist die Kontraktion und Diastole die Entspannung. Es gibt eine Vorhofsystole und eine Kammersystole. Dies ist auf Verzögerungen im AV-Knoten zurückzuführen. Es gibt auch eine Vorhofdiastole und eine Kammerdiastole. Die Entspannung der Vorhöfe ermöglicht es, dass sich Blut, das aus den Venen kommt, ansammelt. Die Kammerdiastole ermöglicht es, dass sich die Herzkammern mit Blut aus den Vorhöfen füllen. Die Herzbewegung wird durch die Medulla oblongata in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Gewebes verändert.

**Transportsysteme**

Porifera und Nesseltiere können ihren inneren Hohlraum für den Stofftransport und die -verteilung nutzen. Auch die äußeren Zellen tauschen Stoffe mit dem Wasser aus. Plattwürmer transportieren Stoffe durch Diffusion von Zelle zu Zelle. Tiere, die über ein internes Transportsystem verfügen, transportieren eine zirkulierende Flüssigkeit durch ein offenes oder geschlossenes Kreislaufsystem. Besonders komplex ist das Kreislaufsystem bei Wirbeltieren.

**Offenes Kreislaufsystem**

Ein offenes Kreislaufsystem findet sich bei Arthropoden und Weichtieren (außer Kopffüßern). Die Flüssigkeitsmenge ist nicht immer kanalisiert. Es gibt Bereiche im Gewebe, in denen sich Flüssigkeit, die Hämolymphe genannt wird, ansammelt. Alle Bereiche, in denen Hämolymphe austritt, werden als Hämocoel bezeichnet. Der Treiber der Hämolymphe ist ein Herz, das durch Öffnungen, die Ostiolen genannt werden, mit dem Hämocoel verbunden ist. Dieses Herz hat eine röhrenförmige Form und befindet sich im hinteren Bereich des Tieres. Die Hämolymphe tritt durch Ansaugen ein und wird durch eine Arterie, die sich verzweigt und in das Hämocoel fließt, vorwärtsgetrieben. Die Lymphe bewegt sich langsam, so dass Tiere, die von diesem System abhängig sind, um Sauerstoff zu den Zellen zu transportieren, keine schnellen Bewegungen ausführen können. Die Weichtiere haben ein Hilfsherz, das aus kontraktilen Blutgefäßen besteht.

**Geschlossenes Kreislaufsystem**

Bei diesem Modell des Kreislaufsystems fließt die Flüssigkeitsmenge, die Blut genannt wird, immer durch Blutgefäße. Es kommt bei Ringelwürmern, Kopffüßern und Wirbeltieren vor. Bei Ringelwürmern ist das Herz röhrenförmig und befindet sich im dorsalen Bereich des Tieres. Bei Wirbeltieren erreicht das Kreislaufsystem je nach Evolutionsstufe des Tieres eine unterschiedliche Komplexität. Das Kreislaufsystem kann einfach oder doppelt sein, mit einer unvollständigen oder vollständigen Zirkulation.

• Einfache Zirkulation: Tritt bei Fischen auf. Im Blutkreislauf fließt das Blut bei jedem Schritt nur einmal durch das Herz. Das Herz ist röhrenförmig und zeigt einen venösen Sinus, der das Blut sammelt, einen Vorhof und einen Ventrikel. Das mit CO2 beladene Blut kommt aus den Venen des Körpers in das Herz. Der Ventrikel pumpt Blut in die Kiemen, um Sauerstoff zu erhalten, der durch Arterien fließt und im ganzen Körper verteilt wird. Der Rückfluss des Blutes zum Herzen erfolgt durch die Venen.
• Doppelte Zirkulation: Das Blut fließt bei jeder Umdrehung des Kreislaufs zweimal durch das Herz. Sie findet sich bei Landwirbeltieren. Die Route verläuft vom Herzen, verlässt die linke Herzkammer zu den Geweben des Körpers und kehrt durch den rechten Vorhof zum Herzen zurück. Diese Bewegung wird als großer Kreislauf bezeichnet. Der Kreislauf geht weiter von der rechten Herzkammer zur Lunge und kehrt über den linken Vorhof zum Herzen zurück. Diese Bewegung wird als kleiner Kreislauf bezeichnet. Der zweite Kreislauf kann eine unvollständige Sauerstoffversorgung des Blutes bei Amphibien und Reptilien oder eine vollständige bei Vögeln und Säugetieren sein.
• Kreislauf bei Amphibien: Das Herz von Kaulquappen ähnelt dem eines Fisches. Bei erwachsenen Amphibien ist es septiert und bildet drei Kammern, zwei Vorhöfe und eine Herzkammer. Das mit CO2 beladene Blut kommt aus dem Gewebe und gelangt durch den rechten Vorhof in das Herz. Es gelangt in den Ventrikel und wird aus dem Herzen ausgestoßen. Das Blut, das in die Lunge gelangt, wird mit Sauerstoff angereichert und kehrt durch die Lungenarterien in den linken Vorhof zurück. Im einzigen Ventrikel vermischt sich sauerstoffreiches und CO2-reiches Blut, so dass das System ineffizient ist, um die Lunge mit sauerstoffreichem Blut und den Körper mit CO2-reichem Blut zu versorgen.
• Reptilien: Haben ebenfalls eine doppelte und unvollständige Zirkulation, ähnlich wie Amphibien. Der Ventrikel ist jedoch teilweise geteilt, so dass die Mischung aus CO2-reichem und sauerstoffreichem Blut geringer ist und die Effizienz des Herzens höher ist. Krokodile haben ein Herz, das durch eine vollständige Kammerscheidewand geteilt ist, ähnlich wie bei Vögeln und Säugetieren.
• Vögel und Säugetiere: Sie haben eine vollständige Doppelzirkulation. CO2-reiches Blut gelangt durch den rechten Vorhof durch die Trikuspidalklappe in die rechte Herzkammer. Es verlässt das Herz durch die Lungenarterie in die Lunge, wo es mit Sauerstoff angereichert wird, und kehrt durch die Lungenvenen zum Herzen zurück. Es gelangt durch den linken Vorhof durch die Mitralklappe in den linken Ventrikel. Vom Herzen aus gelangt es in das Körpergewebe und transportiert den für die aerobe Leistungsfähigkeit der Zellen benötigten Sauerstoff. Kohlendioxid wird in das Blut abgegeben und kehrt durch die Venen zum Herzen zurück, um erneut in den rechten Vorhof zu gelangen.