Đặc điểm cấu tạo thích nghi của hệ tuần hoàn ở động vật có vú

Động vật có hệ tuần hoàn Với các động vật đa bào, các khoảng cách khuếch tán là quá lớn đểtrao đổi đủ các chất dinh dưỡng và thải các chất qua một xoang vị mạch.. + Đôi cung thứ ba: Là

Hình 1: Trao đổi chất ở thủy tức

I CẤU TẠO CHUNG

1 Động vật chưa có hệ tuần hoàn

Các động vật chưa có hệ tuần

hoàn như động vật đơn bào hoặc một

số động vật đa bào như thuỷ tức, giun

dẹp

Vì chúng có kích thước nhỏ,

diện tích cơ thể lớn so với khối lượng,

nên các tế bào cơ thể có thể trao đổi

chất trực tiếp với môi trường bên

ngoài để lấy thức ăn, thu nhận ôxi, thải các sản phẩm không cần thiết

Ở động vật đơn bào: sự trao đổi đơn giản chỉ thực hiện trực tiếp quamàng tế bào

Ví dụ: Khi amip chuyển động, tế bào chất chảy từ sau tế bào ra trước.Mao trùng, các động vật không xương khác thì tế bào chất chuyển độngvòng quanh Các chất cặn bã lỏng bài tiết ra ngoài qua không bào co bóphoặc qua bề mặt cơ thể

Động vật đa bào (Hải miên, Ruột khoang, Giun dẹp), sự trao đổiphức tạp hơn, chưa có cơ quan luân chuyển các chất chuyên hóa Sự vậnchuyển các chất từ một tế bào này sang tế bào khác được thực hiện cũngbằng cách khuếch tán, hoặc do sự chuyển dịch của chất lỏng trong xoang cơthể do sự co rút của hệ cơ hoặc do cử động của tiêm mao

Ví dụ: Ở thủy tức và các động vật xoang tràng khác, một xoang vịmạch có cả chức năng tiêu hóa và phân phối các chất cho toàn cơ thể Mộtlỗ mở đơn duy trì sự liên tục giữa dịch bên trong và nước ở bên ngoài dovậy các lớp mô bên trong và bên ngoài được tắm trong dịch Chỉ có các tếbào của lớp trong tiếp cận trực tiếp với chất dinh dưỡng, nhưng vì thành cơ

thể chỉ gồm hai lớp tế bào, nên các chất dinh dưỡng khuếch tán qua mộtcách ngắn nhất để tới các tế bào của lớp ngoài cùng Các nhánh mỏng củaxoang vị mạch ở thủy tức mở vào trong các xúc tu Một số động vật xoangtràng, như sứa, có xoang vị mạch với kiểu phân nhánh rộng rãi Ở Planaria

và những loài giun dẹp khác, xoang vị mạch hay ruột phân nhánh kết hợpvới cấu tạo cơ thể dẹp là rất phù hợp với sự trao đổi chất với môi trường.Một cơ thể dẹp làm tối ưu hóa sự trao đổi kiểu khuếch tán bằng cách tăngdiện tích bề mặt và giảm thiểu khoảng cách khuếch tán

2 Động vật có hệ tuần hoàn

Với các động vật đa bào, các khoảng cách khuếch tán là quá lớn đểtrao đổi đủ các chất dinh dưỡng và thải các chất qua một xoang vị mạch Ởcác sinh vật này xuất hiện hệ tuần hoàn làm giảm thiểu khoảng cách cácchất phải khuếch tán để đi vào hoặc rời khỏi một tế bào Bằng cách vậnchuyển dịch qua toàn bộ cơ thể, hệ tuần hoàn liên kết chức năng giữa môitrường khí của tế bào cơ thể với các cơ quan trao đổi khí, hấp thu các chấtdinh dưỡng và thải bỏ các chất thải

Hình 2: Vận chuyển nội dịch trong các xoang vị mạch

- Hệ tuần hoàn chính thức xuất hiện ở ngành giun vòi ( Nemertini).

Cấu tạo còn đơn giản, chưa có tim lực co bóp lúc này là tế bào biểu mô cơ(thành cơ thể) và co bóp của thể xoang Chúng có một mạch máu lưng, haimạch máu bụng chạy dọc cơ thể và được nối nhau bởi hai mạch máu ngang

- Ở giun đốt: Hệ tuần hoàn đã có cấu tạo phức tạp hơn, hệ tuần hoànkín Có hệ mạch gồm mạch lưng, mạch bụng và mạch dưới thần kinh Đã

có tim đôi "tim bên" bơm máu vào mạch, tim ở giun đốt chỉ là một đoạnphình của động mạch

- Ở chân khớp, thân mềm là hệ tuần hoàn hở, có tim và hệ mạchnhưng chưa phát triển lắm, tim và hệ mạch đẩy máu đi nhưng còn yếu.Thành cơ thể có vỏ bao bọc nên lực co bóp chủ yếu là thể xoang

- Ở cá, hệ tuần hoàn kín, tim có hai ngăn là một tâm nhĩ và một tâmthất, ngoài ra còn có xoang tĩnh mạch, côn động mạch Máu từ các tĩnhmạch đổ vào xoang tĩnh mạch và khi tim co bóp máu đi từ côn động mạchtheo động mạch chủ bụng tới mang, ở đây máu hấp thụ đầy ôxi sau đó máu

đổ vào động mạch chủ lưng và phân bố cho toàn cơ thể

Ở lưỡng cư: Tim có 3 ngăn (2 tâm nhĩ một tâm thất) Tâm thất chưa

có vách ngăn nên máu có sự pha trộn, máu đi nuôi cơ thể là máu pha, tuynhiên vẫn tiến hóa hơn so với cá vì sống ở cạn mặc dù máu pha nhưng hàmlượng oxi vẫn cao hơn cá Hệ động mạch có nón động mạch với van xoắndẫn tới thân động mạch chung phát ra 3 đôi cung động mạch

+ Đôi cung thứ nhất: là động mạch cảnh chung, phân thành độngmạch cảnh trong và động mạch cảnh ngoài, dẫn máu lên đầu

+ Đôi cung thứ hai: Làm thành đôi cung động mạch chủ, sau khi phát

ra hai động mạch dưới đòn mang máu tới chi trước, quay ra sau rồi hợpthành động mạch chủ lưng

+ Đôi cung thứ ba: Là đôi cung động mạch phổi da ở gần tim, trướckhi tới phổi thì phát ra động mạch da lớn, dẫn máu đến da trao đổi khí

- Ở bò sát, trong tâm thất trái xuất hiện một vách ngăn hụt, khi tim cobóp vách này sẽ chia tâm thất thành hai nữa Có 3 ngăn (2 tâm nhĩ và 1 tâmthất), khác với lưỡng cư tâm thất đã có vách ngăn chưa hoàn toàn, chia làmhai Khi tim co, vách ngăn chưa hoàn toàn được nâng lên chạm tới nóc tâmthất làm cho hai nửa của tâm thất cách biệt nhau hoàn toàn, do đó máu tĩnhmạch ở tâm nhĩ phải và máu máu động mạch ở tâm thất trái không thể phatrộn Tim vẫn còn xoang tĩnh mạch, so với lưỡng cư thì phát triển yếu vàgắn với tĩnh mạch phải Bò sát có hệ động mạch khác với lưỡng cư: không

có thân chung mà chỉ có 3 cung động mạch rời nhau xuất phát từ 2 nửa củatâm thất:

+ Nhánh thứ nhất: động mạch phổi từ nửa phải tâm thất (mang máutĩnh mạch) tách ra thành 2 động mạch phổi đi tới phổi

+ Nhánh thứ 2: Từ nửa phải tâm thất và mang máu tĩnh mạch, uốnsang bên trái

+ Nhánh thứ 3: từ nửa trái tâm thất mang máu động mạch uốn sangbên phải, hình thành cung chủ động mạch phải và động mạch cảnh Nhưvậy máu lên đầu là máu đã được ôxy hoá hoàn toàn Tuy nhiên cung chủđộng mạch trái và phải uốn về phía sau hình thành nên chủ động mạch lưng.Máu ở chủ động mạch lưng là máu pha vì máu ở cung chủ động mạch trái

là máu tĩnh mạch, nhưng chứa máu động mạch nhiều hơn Từ động mạchchủ lưng hình thành nhiều động mạch lớn ở phía sau tới nội quan và độngmạch nhỏ tới thành cơ thể Sau cùng động mạch chủ lưng chia thành 2 độngmạch chậu đi tới chi sau và về đuôi thành động mạch đuôi

- Chim và thú tim đã chia hẵn hai nữa trái và phải thành tâm nhĩ trái,tâm nhĩ phải, tâm thất trái và tâm thất phải Do đó không có máu pha trộn

trong tâm thất trước khi được đưa đến các cơ quan Sự chia tim thành hainửa buộc máu phải qua tim hai lần trước khi máu muốn đi hết vòng tuầnhoàn.

+ Chim: Máu hồng cầu nhiều lồi hai mặt, có nhân, hemoglobin liênkết với oxi yếu Hệ động mạch chỉ có một cung động mạch phải, đi từ tâmnhĩ trái dẫn tới động mạch chủ lưng

Ở gốc động mạch chủ phát ra một cung động mạch không tê, mỗiđộng mạch không tên phân thành 3 động mạch: động mạch cảnh, độngmạch dưới đòn, động mạch ngực Thân chính của động mạch chủ đi vòngqua phế quản phải, kéo dài dọc cột sống thành động mạch chủ lưng, từ đóphát ra các động mạch tới nội quan

Tâm thất phải phát ra thân chung, rồi tách thành hai động mạch phổi.+ Thú: Máu của thú có các tế bào hồng cầu không nhân, lõm hai mặt

Hệ động mạch chủ xuất phát từ tâm thất trái, tuy nhiên cung động mạch chủlại vòng sang bên trái

Từ cung động mạch chủ phát ra động mạch không tên, động mạchcảnh lớn trái và động mạch dưới đòn trái Từ động mạch không tên phát rađộng mạch dưới đòn phải và động mạch cảnh lớn phải

Cung động mạch chủ đổ vào động mạch lưng, chạy dọc cột sống vàphát ra các động mạch đến các nội quan

Hệ tĩnh mạch không có tĩnh mạch gánh thận

II HỆ TUẦN HOÀN

nhỏ, oxi trong máu lại khuếch tán chỉ qua một khoảng cách ngắn trước khi

đi vào dịch kẽ bao quanh các tế bào

Ở các động vật đơn bào và đa bào bậc thấp chưa xuất hiện hệ tuầnhoàn, nhưng đến các nhóm động vật đa bào bậc cao hơn, hệ tuần hoàn xuấthiện như một hệ quả tất yếu, do các lí do sau đây:

1 Diện tích bề mặt cơ thể là nhỏ so với thể tích cơ thể, vì thế, sựkhuyếch tán các chất qua bề mặt cơ thể không đáp ứng được nhu cầu traođổi chất của cơ thể

2 Đối với các động vật sống ở trên cạn, bề mặt cơ thể phải là khôngthấm nước để đảm bảo giữ được lượng nước cần thiết trong cơ thể Vì vậy,

sự thải và lấy các chất trực tiếp qua bề mặt cơ thể là rất khó xảy ra

3 Các khoảng cách bên trong rất lớn, gây khó khăn cho việc khuyếchtán Những vấn đề trên có thể khắc phụ được trước tiên nhờ sự xuất hiệncác hệ cơ quan chuyên biệt có chức năng như trao đổi khí, tiêu hóa, bài tiết

và sau đó là sự liên kết các cơ quan này với nhau thông qua hệ thống tuầnhoàn Hệ thống này có thể vận chuyển nhanh chóng các chất từ nơi nàysang nơi khác, do đó mỗi cơ quan chuyên biệt kia có thể thực hiện tốt chứcnăng của

2 Cấu tạo của hệ tuần hoàn

Một hệ tuần hoàn có ba phần cơ bản: dịch tuần hoàn, hệ mạch và mộtbơm cơ là quả tim

Dịch tuần hoàn: là chất giúp vận chuyển các chất khí, các hormone,kháng thể, thức ăn và các sản phẩm thải dư thừa Ở nhiều loài động vật,dịch tuần hoàn còn có các sắc tố đặc biệt, giúp tăng khả năng vận chuyểnoxy của máu

Bơm máu: là cơ chế để tạo ra sự chênh lệch về áp lực, giúp dịch tuầnhoàn có thể lưu thông trong cơ thể Có nhiều cơ chế giúp dịch tuần hoàn có

thể chảy trong cơ thể Nhiều loài động vật ở mặt phẳng tiến hóa cao đã hìnhthành tim có khả năng co bóp tạo áp lực để đẩy máu đi trong mạch Tuynhiên, đối với nhiều loài động vật bậc thấp, tim chưa hình thành hoặc chưaphát triển hoàn thiện, chỉ là các mạch co bóp, thì để tạo áp lực đủ lớn giúpdịch tuần hoàn lưu thông thì phải có sự phối hợp với hoạt động vận động cơ

để tăng áp lực dòng chảy

Hệ mạch: máu tuần hoàn tới tim và từ tim qua một mạng lưới mạchmáu Tổng chiều dài của mạch máu ở một người trưởng thành trung bìnhbằng 2 lần chu vi trái đất ở xích đạo Là cấu trúc ống, giúp vận chuyển dịchtuần hoàn trong cơ thể, từ tim đến các mô cơ quan rồi lại trở về tim Ở cácnhóm động vật bậc cao, trong mạch máu có thể hình thành các van, đảmbảo cho máu chỉ lưu thông theo một chiều Trong hệ thống tuần hoàn, cácthành phần trên được bố trí sao cho sự trao đổi chất giữa máu và các tế bàocủa mô diễn ra một cách có hiệu quả

Mạch máu gồm 3 loại chính: Các động mạch, tĩnh mạch và các maomạch Các động mạch máu đưa máu từ tim đến các cơ quan trên toàn cơthể Ở trong các cơ quan, các động mạch phân nhánh thành các tiểu độngmạch, là các mạch máu nhỏ chuyển tiếp máu tới các mao mạch, các maomạch là các mạch máu nhỏ có thành mỏng và có các lỗ, các mạng lưới maomạch thâm nhập vào tất các các mô và tế bào Qua thành mỏng của các maomạch, các chất hóa học gồm các chất khí hòa tan, được trao đổi qua khếchtán giữa máu và dịch kẽ xung quanh các tế bào ở đầu "cuối nguồn" cácmao mạch gom thành các tiểu tĩnh mạch, và các tiểu tĩnh mạch gom lạithành các tĩnh mạch và các tiểu tĩnh mạch gom lại thành các tĩnh mạch, làcác mạch máu đưa máu trở về tim

Các động mạch và tĩnh mạch được phân biệt bởi chiều mà chúng đưamáu, chứ không phải là thành phân oxi hoặc các đặc điểm khác của máu màchúng chứa.

3 Các dạng hệ tuần hoàn

3.1 Hệ tuần hoàn hở

Ở các động vật chân khớp và hầu hết động vật thân mềm Có một hệthống tuần hoàn mở, trong đó các cơ quan tắm trong dich tuần hoàn Ở cácđộng vật này, dich tuần hoàn được gọi là bạch huyết, cũng là dịch kẽ Tim

co sẽ bơm bạch huyết qua các mạch máu tuần hoàn vào trong các xoang kếtnối, là khoảng trống bao quanh các cơ quan Ở trong các xoang, sự trao đổibạch huyết diễn ra giữa bạch huyết và các tế bào cơ thể Khi tim dãn sẽ rútbạch huyết trở về qua các lỗ về tim

Ưu điểm: Trong hệ tuần hoàn hở áp suất tạo ra thpa nên ít tiêu tốnnăng lượng hơn tuần hoàn kín Ở một số động vật không xương sống, các

hệ tuần hoang mở có những chức năng phụ Ví dụ: Ở nhện Áp suất của hệtuần hoàn hở còn tạo ra lực để duỗi chân con vật

Hình 5: Hệ tuần hoàn đơn ở cá

hệ mạch Một quả tim bơm máu vào các mạch máu lớn phân nhánh thànhcác mạch máu nhỏ hơn bao bọc lấy các cơ quan Các vật chất được trao đỗigiữa các mạch máu nhỏ và dịch kẽ tắm của các tế bào

Ưu điểm: Áp suất của hệ tuần hoàn kín lớn chúng cho phép phân phát

có hiệu quả oxi và các chất dinh dưỡng tới các tế bào của các động vật cókích thước lớn và hoạt động nhiều hơn

3.3 Tuần hoàn đơn

Ở cá loài cá xương, cá đuối, cá mập, tim có hai buồng: một tâm nhĩ

và một tâm thất Máu qua tim một lần trong mỗi vòng hoàn thiện, sự sắpxếp nàu được gọi là tuần hoàn đơn máu

đi vào tim góp lại ở tâm nhĩ trước khi

chuyển sang tâm thất tâm thất co bơm

máu tới mang, ở đây có sự khuếch tán

thực của oxi vào máu và CO 2 ra khỏi

máu Khi máu rời mang, các mao mạch

gom vào một mạch máu giàu oxi tới các

giường mao mạch ở khắp cơ thể sau đó

máu trở về tim

Trong tuần hoàn đơn, máu rời tim

đi qua hai giường mao mạch trước khi

trở về tim Khi máu chảy qua một

Hình 4: Hệ tuần hoàn kín ở giun đốt

giường mao mạch, huyết áp tụt xuống đáng kể, sự tụt huyết áp làm hạn chếtốc độ máu chảy trong phần còn lại của cơ thể động vật Tuy nhiên khi convật bơi, sự co và giãn của các cơ của nó giúp tăng tốc tuần hoàn vốn tươngđối chậm này

3.4 Tuần hoàn kép

Hệ thống tuần hoàn kép là hệ thống tuần hoàn trong đó máu sau khiđược oxi hóa sẽ trở lại tim lần thứ hai trước khi được phân phối đến các môtrong cơ thể Do đi qua tim hai lần nên áp lực của máu và tốc độ dòng chảyrất cao Hệ thống tuần hoàn kép gồm hai vòng tuần hoàn nhỏ hơn là vòngtuần hoàn phổi và vòng tuần hoàn hệ thống

Các hệ tuần hoàn của các động vật lưỡng cư, bò sát và các loài độngvật hai vòng tuần hoàn khác biệt, sự sắp xếp này được gọi là tuần hoàn kép.Các bơm cho hai vòng phục vụ cho các mô khác nhau nhưng được kết hợplại thành một cơ quan đơn nhất là quả tim Có cả hai bơm trong một quả timlàm đơn giản hóa sự phối hợp của các chu kỳ bơm

Một bơm bên phải tim phân phối máu nghèo oxi tới các giường maomạch của các mô trao đổi khí, nơi đó có sự di chuyển thực của oxi vào máu

và CO2 ra khỏi máu phần này của vòng tuần hoàn được gọi là vòng tuầnhoàn phổi nếu cá giường mao mạch liên quan đều ở trong phổi, như ở bò sát

và động vật có vú Nó được gọi là vòng tuần hoàn phổi da nếu nó bao gồm

cả mao mạch ở cả phổi và da, như nhiều động vật lưỡng cư

Sau khi máu giàu oxi rời các mô trao đổi khí, nó đi vào một bơmkhác, phần trái của tim Tim này sẽ co đẩy máu tới các giường mao mạch ởcác cơ quan và các mô khắp cơ thể Sau trao đổi oxi, CO2 cũng như cácchất dinh dưỡng và chất thải, máu nghèo oxi giờ trở về tim, hoàn thiện vòngtuần hoàn hệ thống

Vòng tuần hoàn kép cung cấp một dòng máu với áp lực cao tới não

và các cơ quan khác, vì tim tái thiết lập lại áp lực máu đi tới các mô sau khimáu đi qua các giường mao mạch của phổi và da Quả thật huyết áp ở vùng

hệ thống thường cao hơn nhiều so với vòng trao đổi khí Điều này tươngphản rõ với tuần hoàn đơn ở chổ máy chảy trực tiếp từ các cơ quan hô hấptới các cơ quan khác với áp lực thấp

4 Nguồn gốc của hệ tuần hoàn

Hệ tuần hoàn ở động vật xuất hiện gần như đồng thời với sự xuấthiện lá phôi thứ 3 Ở Giun vòi: hệ tuần hoàn hình thành do sự hình thành vàphát triển nhu mô đệm giữa thể xoang nguyên sinh, phần còn lại của thểxoang nguyên sinh tạo thành hệ tuần hoàn Từ Giun đốt: hệ tuần hoàn hìnhthành do sự phát triển thể xoang thứ sinh Thể xoang thứ sinh khi hìnhthành và phát triển sẽ chèn ép thể xoang nguyên sinh có từ trước đó, phầncòn lại của thể xoang nguyên sinh sẽ hình thành hệ tuần hoàn

III ĐẶC ĐIỂM TIẾN HÓA VÀ THÍCH NGHI CỦA HỆ TUẦN HOÀN

1 Đặc điểm thích nghi của hệ tuần hoàn ở các nhóm động vật

Hình 6: Vòng tuần hoàn kép ở lưỡng cư, bò sát, thú