Physiologie des Kreislaufsystems

Homöostase

Die Bedingungen in der äußeren Umgebung eines Organismus können sich schnell und drastisch ändern. Um zu überleben, müssen Organismen eine ziemlich konstante innere Umgebung aufrechterhalten, die eine kontinuierliche Regulierung von Temperatur, pH-Wert und anderen Faktoren beinhaltet. Dieser ausgeglichene Zustand wird als Homöostase bezeichnet und beschreibt die Prozesse, durch die Organismen ihre optimalen inneren Bedingungen aufrechterhalten. Um die Homöostase aufrechtzuerhalten, haben Organismen Strukturen mit unterschiedlichen Funktionen entwickelt. Physiologie ist das Studium der normalen Funktionen und Mechanismen der verschiedenen Systeme im Körper. Wenn zum Beispiel die äußere Umgebung wärmer wird als die ideale Innentemperatur, aktiviert der Organismus physiologische Prozesse, die den Körper davon abhalten, sich auf die Außentemperatur zu erwärmen. Der Mensch und viele andere Tiere erreichen die Homöostase durch unterschiedliche physiologische Prozesse in spezialisierten Zellen.

Organsysteme beim Menschen

Ein oder mehrere Zelltypen mit unterstützenden Funktionen bilden Gewebe, die wiederum Organe mit spezialisierten Körperfunktionen bilden. Organsysteme bestehen aus zwei oder mehr Organen, die zusammenarbeiten, um eine gemeinsame Funktion zu erfüllen. Das physiologische System der Wirbeltiere besteht aus 11 Hauptorgansystemen. Obwohl alle Organsysteme miteinander verbunden sind, funktionieren sie in gewisser Weise unabhängig voneinander.

Der Körper wird vom Integumentärsystem bedeckt, das aus Haut, Haaren, Nägeln, sensorischen Rezeptoren und verschiedenen Drüsen besteht. Neben dem Schutz der inneren Strukturen nehmen die integumentären Organe viele Merkmale der äußeren Umgebung wahr und helfen, die Körpertemperatur zu regulieren. Intern werden die Organe durch das Skelettsystem geschützt und unterstützt, das Knochen, Knorpel, Sehnen und Bänder umfasst. Das Skelettsystem sorgt auch für die Befestigung der Muskeln, aus denen die Muskulatur besteht. Muskeln können den Körper bewegen, indem sie das Skelett bewegen, oder sich zusammenziehen, um Substanzen durch Hohlorgane zu transportieren. Das Nervensystem besteht aus dem Gehirn, dem Rückenmark und den peripheren Nerven. Es interpretiert sensorische Reize und steuert das Verhalten des Organismus, um physiologische Prozesse zusammen mit anderen Systemen zu steuern. Das endokrine System besteht aus hormonausschüttenden Drüsen und Organen wie Hypophyse, Schilddrüse, Bauchspeicheldrüse, Eierstöcken und Hoden. Es reguliert zusammen mit anderen Systemen das Wachstum, den Stoffwechsel und die Fortpflanzung. Das Atmungssystem steuert den Gasaustausch, um den Körper mit Sauerstoff zu versorgen, da es Kohlendioxid aus der Lunge entfernt, nachdem die Luft durch die Nasenhöhle, den Rachen, den Kehlkopf, die Luftröhre und den Bronchus gelangt ist. Das Verdauungssystem verarbeitet und zerlegt die Nahrung, die über die Mundhöhle und die Speiseröhre aufgenommen und dann durch den Magen, den Dünn- und Dickdarm transportiert wird, bevor sie über den Enddarm und den Anus ausgeschieden wird. Nährstoffe werden im Dünn- und Dickdarm aufgenommen und dann von der Leber verarbeitet. Das Harnsystem konzentriert und scheidet stickstoffhaltige Abfälle über die Niere, die Blase und die Harnröhre aus. Es befreit den Körper auch von überschüssigem Wasser. Das Herz-Kreislauf- oder Kreislaufsystem besteht aus dem Herzen, den Blutgefäßen und dem Blut und versorgt das Gewebe mit Sauerstoff und Nährstoffen, während Kohlendioxid und Abfallprodukte im ganzen Körper abtransportiert werden. Das Lymphsystem hält die Immunantwort des Körpers über weiße Blutkörperchen oder Lymphozyten (die im roten Knochenmark untergebracht sind), den Thymus, die Lymphgefäße, den Thoraxgang, die Milz und die Lymphknoten aufrecht. Schließlich bereitet das Fortpflanzungssystem die Fortpflanzungszellen von Organismen vor. Bei Männern bilden Hoden und Penis das Fortpflanzungssystem, während bei Frauen die Gebärmutter, die Eierstöcke und die Vagina das Fortpflanzungssystem bilden.

Physiologie des Kreislaufsystems

Die Physiologie von einzelligen Organismen und basalen mehrzelligen Tieren, wie z.B. Schwämmen, ist oft einfach. Die geringe Größe und das große Oberflächen-Volumen-Verhältnis von Mikroorganismen ermöglichen es ihnen beispielsweise, eine Regulation durch Diffusion über die Zellmembran zu erreichen. In ähnlicher Weise zirkuliert Meerwasser durch die Poren von Schwämmen und transportiert Nährstoffe und Abfallprodukte zu und von seinen Zellen. Komplexere Tiere haben ein Kreislaufsystem entwickelt, um Blut durch den Körper zu transportieren, um Nährstoffe, Abfallprodukte, Hormone und andere Moleküle zu transportieren, während das Atmungssystem den Gasaustausch zwischen dem Kreislaufsystem und der äußeren Umgebung ermöglicht.

Das Kreislaufsystem bei Tieren kann offen oder geschlossen sein. Offene Kreislaufsysteme sind typischerweise bei vielen wirbellosen Tieren vorhanden und bestehen aus einem oder mehreren einfachen Herzen, einem Gefäßnetzwerk und miteinander verbundenen Räumen, die die inneren Organe direkt in einer Flüssigkeit baden, die den Austausch von Materialien ermöglicht. Wirbeltiere haben ein geschlossenes Kreislaufsystem, in dem das Blut in einem geschlossenen Gefäßsystem eingeschlossen ist, das sich großflächig in das Gewebe verzweigt, um den Materialaustausch zu gewährleisten. Dieses geschlossene Gefäßsystem ist mit einem Herzen verbunden, dessen Venen das Blut vom Gewebe zum Herzen transportieren, und Arterien, die das Blut vom Herzen zum Rest des Körpers transportieren. Vierkammerherzen, wie beim Menschen, sind mit zwei Gefäßschlingen verbunden. Beim Menschen gelangt sauerstoffarmes Blut aus Organen durch den rechten Vorhof in das Herz, der sich zusammenzieht, um Blut in den rechten Ventrikel zu drücken, der wiederum Blut in die Lunge leitet. Nach dem Gasaustausch in der Lunge kehrt sauerstoffreiches Blut in den linken Vorhof zurück und wird später in die linke Herzkammer gedrückt. Diese letzte Kammer ist muskulöser als die anderen und mit einer starken Kontraktion in der Lage, das Blut in den Rest des Körpers zu pumpen.

Geschlossene Kreislaufsysteme ermöglichen eine schnelle Zirkulation des Blutes, was wiederum einen schnellen und effizienten Transport von Substanzen durch den Körper sowie einen höheren Blutdruck als in offenen Systemen ermöglicht. Der Blutdruck wird durch die Kontraktion der Herzventrikel erzeugt, wenn Blut in die Arterien gepresst wird. Wenn sich die Herzkammern entspannen, sinkt der Blutdruck.

Blutdruck

Beim Menschen kann die Funktion des Kreislaufsystems durch Messung des Blutdrucks und der entsprechenden Herzfrequenz bei einer Person beurteilt werden. Der Blutdruck wird in Millimetern Quecksilbersäule (mmHg) gemessen, d. h. der Höhe in Millimetern, auf die Quecksilber in einer Säule aufgrund des auf sie ausgeübten Drucks angehoben wird. Die Herzfrequenz wird in Schlägen pro Minute gemessen. Aufgrund der Kontraktions- und Entspannungsbewegungen des Herzens bestehen die Blutdruckwerte aus zwei Zahlen – systolisch und diastolisch. Der systolische Druck wird während der Kontraktionen der Ventrikel gemessen, und der diastolische Druck ist der minimale Druck in den Arterien während der Ruhe zwischen den Wehen. Im Allgemeinen gelten systolische Drücke von 90-120 mmHg und diastolische Drücke von 60-80 mmHg als gesund. Wenn es um die Herzfrequenz geht, gelten 60-100 Schläge pro Minute für Erwachsene als gesund. Sportler haben in der Regel eine niedrigere Herzfrequenz, da Herz-Kreislauf-Übungen die Herzfrequenz erhöhen und das Herz darauf konditionieren, effizienter zu pumpen, was schließlich die Ruheherzfrequenz senkt¹.

Erhöhter Blutdruck über einen längeren Zeitraum oder Bluthochdruck können die Blutgefäße schädigen und wurden mit Herzinfarkt und Schlaganfall in Verbindung gebracht². Die Forscher entdeckten, dass die kardiovaskulären Wirkungen des systolischen und diastolischen Drucks unterschiedlich sind, so dass die Raten kardiovaskulärer Ereignisse stark mit dem systolischen Druck verbunden sind. Daher ist die Anzahl der Patienten mit systolischer Hypertonie, die an kardiovaskulären Ereignissen leiden, höher als die Anzahl der Patienten mit diastolischer Hypertonie³. Genetische Faktoren sowie Lebensstil- und Umweltfaktoren können Bluthochdruck und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachen. Zum Beispiel führt der Verzehr großer Mengen Salz zu einer Ansammlung von überschüssigem Wasser im Körper, was den Blutdruck erhöht und die Blutgefäße belastet. Jede Beleidigung der Blutgefäße macht sie anfällig für Verletzungen, was Oberflächen für die Bildung von Plaque bietet, die schließlich die Blutgefäße versteift und die Effizienz des Blutflusses verringert.

Blutdruckmessungen

Blutdruckmessgeräte werden zur Messung des Blutdrucks verwendet. Sie bestehen aus einer aufblasbaren Manschette, die mit einer Pumpe (manuell oder automatisch) verbunden ist, und einem Manometer. Die effizienteste Art, ein Blutdruckmessgerät zu verwenden, ist an der Armarterie am Oberarm, die sich auf Höhe des Herzens befindet. Blutdruckmessgeräte werden in Verbindung mit einem Stethoskop verwendet, einem akustischen medizinischen Gerät, das verwendet wird, um interne Geräusche über eine Metallscheibe oder einen Resonator zu hören. Das Stethoskop wird direkt unter das Blutdruckmessgerät gehalten, direkt über der Innenseite des Ellbogens der Person, um die Geräusche des systolischen und diastolischen Blutdrucks zu messen. Die Manschette wird auf 200 mmHg aufgeblasen, wodurch der Blutfluss gestoppt wird, indem die Blutgefäße eingeklemmt werden, und es ist ein sicherer Druck, der auf den Arm ausgeübt wird. Wenn sich die Manschette entleert, beginnen sich die Blutgefäße zu öffnen und das Blut kann wieder durchfließen. Der systolische Blutdruck wird durch das erste gehörte Geräusch und der diastolische Druck durch das zuletzt gehörte Geräusch bestimmt. Diese Geräusche werden Korotkoff-Töne genannt, d.h. das Geräusch von Blut, das vom Herzen gewaltsam durch die Gefäße gedrückt wird⁴.

Atmungssystem

Das Kreislaufsystem arbeitet eng mit den Atemwegen zusammen, um das Gewebe mit Sauerstoff zu versorgen und gleichzeitig Kohlendioxid zu entfernen. Verschiedene Organismen haben unterschiedliche Atmungsstrukturen für den Gasaustausch entwickelt. Zum Beispiel tauschen viele Wassertiere Gase über Kiemen aus. Kiemenbewegungen sind leicht zu beobachten und können zur Berechnung der Atmungsrate von Wasserorganismen verwendet werden, indem gezählt wird, wie oft der Organismus seinen Kiemendeckel oder sein Operculum bewegt. Die Atemfrequenz kann sich mit der Temperatur ändern, da Sauerstoffmoleküle unterschiedlich schnell transportiert werden, je nachdem, wie warm oder kühl eine Umgebung ist. In einer aquatischen Umgebung nimmt die Menge an verfügbarem gelöstem Sauerstoff im Wasser mit steigender Temperatur ab. Der verminderte Sauerstoff wirkt sich auf die Atmungsrate von Wasserorganismen aus, da sie in der Lage sind, Sauerstoff in ihrem Körper zu verteilen. Auf der anderen Seite haben Landtiere innere Atmungsstrukturen, wie z. B. die Lunge. Beim Menschen beinhaltet die Atmung das Einatmen, indem das Zwerchfell zusammengezogen wird, um Luft anzusaugen. Wenn sich das Zwerchfell entspannt, wird die Luft passiv aus der Lunge abgegeben.

Rauchen ist die Hauptursache für Lungenkrebs und für 80-90 % der Todesfälle durch Lungenkrebs verantwortlich. Jedes Jahr sterben mehr als 120.000 Amerikaner an rauchbedingtem Lungenkrebs und stellen einen großen Teil der vermeidbaren Todesfälle dar⁵. Zusammengenommen trägt der Lebensstil zur Gesundheit sowohl des Kreislauf- als auch des Atmungssystems bei, und eine beträchtliche Anzahl von Todesfällen kann durch Änderungen des Lebensstils verhindert werden.

Referenzen

1. Wilson, MG, Ellison, GM und Cable, NT. Die Grundlagenforschung hinter den kardiovaskulären Vorteilen von Bewegung. Br J Sport Med . 2016, 50(93-99).
2. Psaty, BM, et al. Zusammenhang zwischen Blutdruck und dem Risiko für Myokardinfarkt, Schlaganfall und Gesamtmortalität: die Studie zur kardiovaskulären Gesundheit. Arch Intern Med. 2001 , Bd. 161, 9 (1183-92).
3. Kannel, WB. Erhöhter systolischer Blutdruck als kardiovaskulärer Risikofaktor. Am. J. Cardiol. 2000, Bd. 85, 2 (251-5).
4. Perloff, D, et al. Bestimmung des menschlichen Blutdrucks durch Blutdruckmessung. Kreislauf. 1993, Bd. 88, 5 (2460-70).
5. U.S. Department of Health and Human Services. Die gesundheitlichen Folgen des Rauchens: Ein Bericht des Surgeon General. 2004.