Сердце человека четырехкамерное. Кровеносные системы позвоночных У кого однокамерное сердце

Тесты

26-01. Четырёхкамерное сердце у
А) аллигатора
Б) черепахи
В) змеи
Г) ящерицы

Ответ

26-02. У животных какой систематической группы сердце двухкамерное?
А) Насекомые
Б) Плоские черви
В) Земноводные
Г) Рыбы

Ответ

26-03. Какой признак характеризует кровеносную систему у рыб?
А) сердце наполняется только венозной кровью
Б) имеется два круга кровообращения
В) сердце трёхкамерное
Г) превращение артериальной крови в венозную происходит в спинном кровеносном сосуде

Ответ

26-04. Формирование у земноводных в процессе эволюции трёхкамерного сердца привело к тому, что клетки их тела стали снабжаться кровью
А) венозной
Б) артериальной
В) смешанной
Г) богатой кислородом

Ответ

26-05. Появление трехкамерного сердца у земноводных способствовало
А) их выходу на сушу
Б) кожному дыханию
В) увеличению размеров их тела
Г) развитию их личинок в воде

Ответ

26-06. У представителей какого из приведённых классов хордовых один круг кровообращения?
А) птицы
Б) рыбы
В) млекопитающие
Г) рептилии

Ответ

26-07. В процессе эволюции появление второго круга кровообращения у животных привело к возникновению
А) жаберного дыхания
Б) лёгочного дыхания
В) трахейного дыхания
Г) дыхания всей поверхностью тела

Ответ

26-08. Верны ли суждения о кровеносной системе рыб?
1. Рыбы имеют двухкамерное сердце, в нём содержится венозная кровь.
2. В жабрах рыб венозная кровь обогащается кислородом и превращается в артериальную.
А) верно только 1
Б) верно только 2
В) верны оба суждения
Г) оба суждения неверны

Из материалов предыдущих курсов биологии вспомните особенности строения сердца представителей разных классов позвоночных животных. У каких ещё животных сердце четырёхкамерное? Какие преимущества даёт такое строение?

Ответ

Четырехкамерное сердце впервые появляется у млекопитающих. У животных с таким сердцем артериальная кровь не смешивается с венозной.

В процессе дыхания позвоночных задействованы жабры, легкие, кожа. Присутствует двухкамерное, трехкамерное или четырехкамерное сердце, а кровеносная система имеет замкнутое строение.

У всех птиц и млекопитающих (в том числе и человека), а также (недоразделенное) — у крокодила

Считается, что впервые четырёхкамерное сердце появилось у динозавров и примитивных млекопитающих.

В дальнейшем такое строение сердца унаследовали прямые потомки динозавров — птицы и потомки примитивных млекопитающих - современные млекопитающие.

Единственная современная рептилия, имеющая хотя и неполноценное (межпредсердиевая перегородка не полностью разделяет предсердия), но уже четырёхкамерное сердце - крокодил.

Появление четырехкамерного сердца дало возможность снабжать органы тела животного богатой кислородом артериальной кровью. Это привело к повышению уровня обмена веществ и теплокровности.

Ответить на вопрос, сколько камер в сердце человека, может любой учащийся средней школы, который хотя бы раз заглядывал в учебник биологии или присутствовал на уроке анатомии. Устройство кровеносной системы и особенно кровообращения - это один из факторов эволюции, отличающий высших позвоночных млекопитающих, к которым относятся люди, от других видов живых организмов.

Особенности строения главного органа

Особое строение сердечно-сосудистой системы позволяет ей выдерживать большие нагрузки. Это сложная физическая работа и сильные стрессы, которым подвергается современный человек в течение всей жизни. Знание устройства и функционирования главного органа в человеческом организме помогает современной медицине оказывать своевременную помощь и спасать тысячи жизней.

Человека называют венцом творения. В научном мире признано, что Homo sapiens находится на верхней ступени эволюции. Главным отличием людей и животных является способность мыслить. Но развитый интеллект не единственное отличие. В ходе эволюции все системы органов человека приобрели сложную структуру. Сердечно-сосудистая система не стала исключением.

Сердце в теле человека выполняет роль двигателя. Его работа не останавливается ни на секунду в течение всего жизненного цикла. Остановка сердца означает смерть. Это связано с тем, что сердце поддерживает кровообращение, необходимое для постоянного насыщения всех органов человека кислородом. Как только поступление кислорода прекращается, клетки отмирают, работа жизненно важного органа останавливается.

Камеры человеческого сердца

Сердце представляет собой небольшой полый орган, состоящий из мышечной ткани и по форме напоминающий конус. Оно располагается в области грудной клетки с небольшим отклонением влево. Мышечную ткань, из которой состоит сердце, называют миокардом. Она покрыта густой сетью капилляров и сосудов с внешней стороны и большим количеством нервных окончаний - с внутренней.

Определить примерный размер своего сердца может каждый человек без проведения сложных диагностических исследований. Для этого достаточно сжать кулак. Вес этого жизненно важного органа составляет около 250-300 г. Чтобы понять, насколько напряженной является работа сердца, достаточно знать, что при среднем количестве сокращений, равном 70, орган перекачивает до 5 л крови в минуту. Это возможно благодаря его особому строению.

Сердце человека называют четырехкамерным. Это значит, что в его структуре есть 4 особых полости, поддерживающих кровообращение:

1. Левое предсердие.
2. Левый желудочек.
3. Правое предсердие.
4. Правый желудочек.

Каждая из камер сердца выполняет особую функцию, поэтому отклонения в работе хотя бы одной из них могут иметь серьезные последствия для здоровья.

Особенности работы сердечных отделов

Левый и правый отделы органа разделены сердечной перегородкой. А внутри каждого отдела существуют особые клапаны, посредством которых предсердие сообщается с желудочком. Наполнение кровью каждой камеры сердца проходит по очереди, что позволяет поддерживать большой круг кровообращения.

Функцию насосов в сердце человека выполняют желудочки. Они находятся в нижней части сердца и имеют более толстые мышечные стенки, позволяющие при сокращении перекачивать нужный объем крови. Сокращения этих камер и называют сердцебиением. Предсердия расположены в верхней части органа. Они имеют более тонкие стенки, которые позволяют этим сердечным камерам растягиваться и вмещать кровь, поступающую из вен.

В правый отдел сердца поступает отработанная кровь из органов. Она бедна кислородом. Поступление крови в данном случае обеспечивают 2 крупных сосуда, соединенных с правым предсердием: верхняя полая вена и нижняя полая вена. Каждый из сосудов отвечает за прохождение крови из верхней и нижней частей тела. Из правого предсердия бедная кислородом кровь проходит в правый желудочек. Сокращаясь, он направляет ее в крупную легочную артерию, а из нее - в легкие.

Проходя по венам легких, кровь насыщается необходимым кислородом и вновь поступает в сердце через левое предсердие, а из него - в левый желудочек, который является самой мощной частью сердца, так как выполняет основную работу по выталкиванию крови в большой круг кровообращения. Сокращаясь, левый желудочек направляет обогащенную кислородом кровь в самую крупную артерию человека - аорту. Она имеет диаметр до 2,5 см у основания, а внизу разветвляется на сеть более мелких кровеносных сосудов, которые питают не только все системы органов человека, но и само сердце.

Последовательность включения

Все камеры человеческого сердца выполняют свою работу последовательно. Между предсердиями и желудочками существуют специальные клапаны из эластичной коллагеновой ткани. Они не дают крови двигаться в обратном направлении. Время, за которое кровь проходит через все камеры сердца, называют сердечным циклом. За это время каждая из сердечных камер успевает сократиться и расслабиться.

Правое предсердие сокращается первым. Оно выталкивает кровь в правый желудочек. Следом за ним сокращается левое предсердие. После этого оба предсердия расслабляются, наполняясь кровью из вен. А желудочки, в свою очередь, сокращаются, направляя кровь в легкие и в большой круг кровообращения. Сердечный цикл, как правило, составляет 6-7 секунд. Именно столько необходимо сердцу, чтобы перекачать кровь из полых вен в легкие, а затем из легких в аорту.

Сердце - единственный человеческий орган, который способен к самопроизвольным сокращениям, не требующим для этого нервных импульсов, посылаемых мозгом. Дело в том, что в самом сердце возникают электрические сигналы, которые заставляют его биться. Количество сердечных сокращений в норме составляет 60-80 уд./мин у взрослого человека. Проверить эту цифру можно простым измерением сердечного пульса. Любое отклонение частоты сердечных сокращений от нормы может быть связано с различными факторами: от обычной физической нагрузки до серьезных нарушений в работе сердечно-сосудистой системы.

Сложное строение сердца объясняется важностью функции, которую оно выполняет. Поэтому даже самые незначительные, на первый взгляд, симптомы, которые указывают на проблемы с сердцем, не должны остаться незамеченными. Поводом обратиться к врачу могут стать следующие факторы:

1. Сонливость, повышенная утомляемость.
2. Частые обмороки и головная боль.
3. Нестабильное артериальное давление.
4. Одышка (особенно в состоянии покоя).
5. Лишний вес.
6. Храп.
7. Учащенное сердцебиение.
8. Отеки.
9. Боль в области грудной клетки, шеи, лопаток, верхней части живота.

Лучшей профилактикой заболеваний сердца может стать здоровый образ жизни. Прогулки на свежем воздухе, правильное питание, регулярные физические нагрузки, занятия спортом, отсутствие стрессов и своевременная диагностика помогают избежать многих серьезных последствий, связанных с болезнями сердца и системы кровообращения.

Выход позвоночных на сушу был связан с развитием легочного дыхания, что потребовало радикальной перестройки кровеносной системы. У дышащих жабрами рыб один круг кровообращения, а сердце, соответственно, двухкамерное (состоит из одного предсердия и одного желудочка). У наземных позвоночных - трех- или четырехкамерное сердце и два круга кровообращения. Один из них (малый) прогоняет кровь через легкие, где она насыщается кислородом. Затем кровь возвращается к сердцу и попадает в левое предсердие. Большой круг направляет обогащенную кислородом(артериальную) кровь ко всем прочим органам, где она отдает кислород и по венам возвращается к сердцу, попадая в правое
предсердие.
У животных с трехкамерным сердцем кровь из обоих предсердий попадает в единый желудочек, откуда она затем направляется и к легким, и ко всем прочим органам. При этом артериальная кровь смешивается с венозной. У животных с четырехкамерным сердцем в ходе развития изначально единый желудочек подразделяется перегородкой на левую и правую половины. В результате два круга кровообращения оказываются полностью разделены: бедная кислородом кровь попадает из правого предсердия в правый желудочек и идет оттуда к легким, насыщенная кислородом - из левого предсердия только в левый желудочек и идет оттуда ко всем прочим органам.
Формирование четырехкамерного сердца было необходимой предпосылкой развития теплокровности у млекопитающих и птиц. Ткани теплокровных потребляют очень много кислорода, поэтому им необходима “чистая” артериальная кровь, максимально насыщенная кислородом. А смешанной артериально-венозной кровью
могут довольствоваться холоднокровные позвоночные с трехкамерным сердцем. Трехкамерное сердце характерно для амфибий и большинства рептилий, хотя у последних намечается частичное разделение желудочка на две части (развивается неполная внутрижелудочковая перегородка). Настоящее четырехкамерное сердце развилось независимо в трех эволюционных линиях: у крокодилов,птиц и млекопитающих. Это яркий пример параллельной эволюции.
Биологам из США, Канады и Японии удалось частично расшифровать молекулярно-генетические основы этого важнейшего эволюционного события (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Ключевую роль в нем сыграли изменения в работе гена Tbx5. Этот ген, кодирующий регуляторный белок, по-разному экспрессируется в развивающемся сердце у амфибий (шпорцевой лягушки Xenopus) и теплокровных (курицы и мыши). У первых он равномерно экспрессируется по всему будущему желудочку, у вторых его экспрессия максимальна в левой части зачатка (в будущем левом желудочке) и минимальна справа. А как обстоит дело у рептилий? Выяснилось, что у рептилий - ящерицы и черепахи - на ранних эмбриональных стадиях ген Tbx5 экспрессируется так же, как у лягушки, т. е. равномерно по всему будущему желудочку. У ящерицы все так и остается до конца развития. Как и у лягушки, у ящерицы не формируется ничего похожего на перегородку (хотя бы частичную) между желудочками.
Что касается черепахи, то у нее на поздних стадиях формируется градиент экспрессии - такой же, как у цыпленка, только выражен ный слабее. Иными словами, в правой части желудочка активность гена постепенно снижается, а в левой остается высокой. Таким образом, по характеру экспрессии Tbx5 черепаха занимает промежуточное положение между ящерицей и курицей. То же самое можно сказать и о строении сердца. У черепахи формируется неполная перегородка между желудочками, но на более поздних стадиях, чем у цыпленка. Сердце черепахи занимает промежуточное положение между типичным трехкамерным (как у амфибий и ящериц) и четырехкамерным, как у крокодилов и теплокровных.
Чтобы подтвердить ведущую роль гена Tbx5 в эволюции сердца,были проведены опыты с модифицированными мышами. У этих мышей можно было по желанию экспериментатора отключать ген Tbx5 в той или иной части сердечного зачатка. Оказалось, что если выключить ген во всем зачатке желудочков, то зачаток даже
не начинает подразделяться на две половинки: из него развивается единый желудочек без всяких следов перегородки. Получаются мышиные зародыши с трехкамерным сердцем! Такие зародыши погибают на 12-й день эмбрионального развития.
В другом эксперименте авторам удалось добиться, чтобы ген Tbx5 равномерно экспрессировался во всем зачатке желудочков мышиного эмбриона - так же как у лягушки и ящерицы. Это опять-таки привело к развитию мышиных эмбрионов с трехкамерным сердцем.
Конечно, было бы еще интереснее сконструировать таких генно-модифицированных ящериц или черепах, у которых Tbx5 экспрессировался бы как у мышей и кур, т. е. в левой части желудочка сильно, а в правой - слабо, и посмотреть, не станет ли у них от этого сердце больше похожим на четырехкамерное. Но это пока неосуществимо: генная инженерия рептилий еще не продвинулась так далеко.
Ясно, что эволюция для создания теплокровности и всего того, что обеспечивает это преображение (сердце, система кровообращения, покровы, система выделения и т. д.), пользовалась простыми инструментами: чем меньше требуется менять настроек, тем лучше.И если трехкамерное сердце можно превратить в четырехкамерное за один шаг, то нет причин этим не воспользоваться.

Марков, Наймарк, 2014

Биологам удалось найти ключевой белок, который превращает сердце эмбриона из трехкамерного в четырехкамерное. По словам ученых, их открытие поможет людям предотвратить развитие многих сердечных аномалий.

Зачем человеку четырехкамерное сердце

Только у птиц и млекопитающих, в том числе и у человека, сердце состоит из четырех камер – левого и правого предсердия, а также двух желудочков. Такое строение обеспечивает разделение насыщенной кислородом артериальной и бедной кислородом венозной крови. Один поток, с венозной кровью, направляется в легкие, а другой -- с артериальной снабжает весь организм. С энергетической точки зрения такое кровообращение максимально выгодно. Поэтому, по мнению ученых, именно благодаря четырехкамерному сердцу животные научились поддерживать постоянную температуру тела. В отличие от теплокровных у холоднокровных, например амфибий, сердце трехкамерное. С рептилиями дело обстоит сложнее. Они -- особая группа. Дело в том, их желудочки разделены перегородкой, но в ней находится отверстие. Вроде четырехкамерное сердце, но не совсем. Не достает одной детали – пленочной перегородки, которая закрывала бы межжелудочковое отверстие и создавала бы полную изоляцию левого и правого желудочка. Такая пленочная перегородка появилась у птиц и млекопитающих значительно позже.

Как формируется перегородка

Как возникла эта перегородка, выяснила большая группа американских, канадских и японских ученых под руководством доктора Бенуа Бруно (Benoit G. Bruneau) из Авторы работы обнаружили, что перегородка начинает формироваться в том случае, если количество транскрипционных факторов Tbx5- белков, связывающих ДНК и запускающих транскрипцию генов, отвечающих за синтез кардиомиоцитов, неравномерно распределяется в обоих желудочках. Там, где количество Tbx5 начинает убывать, и формируется перегородка.

Сердце черепахи и ящерицы

Доктор Бруно и его коллеги изучали развитие сердца у эмбрионов красноухой черепахи (Trachemus scripa elegans) и ящерицы анолиса каролинского (Аnolis carolinensis). «Нам важно было посмотреть, как формируется межжелудочковая перегородка у эмбрионов того и другого вида. У черепахи, у которой только начинает формироваться четырехкамерное сердце, и у ящерицы с трехкамерным сердцем», -- объясняют ученые.

Оказалось, что у черепахи белок Tbx5 распределяется неравномерно. Концентрация этого белка уменьшалась, правда, очень постепенно, от левой к правой части желудочка. А у ящерицы содержание Tbx5 вообще было одинаковым по всему желудочку, поэтому и никакой необходимости в появлении перегородки не было. «Исходя из этого мы решили, что возникновение межжелудочковой перегородки связано с разной концентрацией Tbx5», -- рассказывают ученые.

Мыши с холодным сердцем черепахи

Эксперимент прошел успешно. Оставалось только понять, действительно ли концентрация Tbx5 -- причина, а появление перегородки -- следствие, или это простое совпадение. Доктор Бруно и его коллеги модифицировали ДНК мышей так, чтобы уровень Tbx5 у них совпал с уровнем Tbx5 у черепахи. Так родились мыши с черепашьим трехкамерным сердцем -- без пленки, закрывающей межжелудочковое отверстие. К сожалению, все мышата умерли практически сразу после рождения. Зато благодаря этому опыту ученые смогли понять, что распределение уровня транскрипционного фактора действительно приводит к формированию перегородки, закрывающей межжелудочковое отверстие.

С помощью Tbx5 можно лечить сердечные аномалии

ВПС Врожденные пороки сердца встречаются у каждого сотого новорожденного. По частоте занимают второе место после врожденных пороков нервной системы.

Сам вопрос об эволюции межжелудочковой перегородки очень важен с точки зрения медицины. Дело в том, что у людей врожденные аномалии сердца встречаются очень часто. Как говорит доктор Бруно, примерно один человек из ста рождается с теми или иными сердечными аномалиями. Более того, достаточно часто рождаются дети с трехкамерным сердцем, то есть с одним желудочком, как у амфибий. Большинство таких новорожденных без необыкновенно сложной операции по восстановлению перегородки между желудочками обречены на смерть.

«То, что нам удалось обнаружить, – важный этап в понимании эволюции сердца. Понимание того, как формировалась межжелудочковая перегородка, позволит нам пойти еще дальше. И выяснить, как появляются врожденные дефекты у людей, почему у некоторых эмбрионов не формируется межжелудочковая перегородка, и как можно воздействовать на это процесс», -- говорят авторы работы.