Entwicklung und Funktion des Herz-Kreislauf-System

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. Januar 2017
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Je vielzelliger der Organismus eines Lebewesens, desto komplizierter ist sein Blutkreislauf bzw. herz-Kreislauf-System. Bei primitiven Vielzellern genügt ein einfaches Kanalsystem, das zugleich Darm und Kreislauf darstellt. Aber schon der Regenwurm hat ein primitiv ausgebildetes Kreislaufsystem. Von Entwicklungsstufe zu Entwicklungsstufe wurde es komplizierter und erreicht in den hochentwickelten Säugetieren, wie auch der Mensch eines ist, seine höchste Form.

Inhaltsverzeichnis

Evolution des Stoffwechselkreislaufes

Wie wohl allgemein bekannt sein dürfte, ist das Leben an Stoffwechselvorgänge in den Zellen gebunden. Kein Lebewesen - ob aus einer oder einer Vielzahl von Zellen zusammengesetzt - kann ohne die Aufnahme von Nährstoffen und die Abgabe von Stoffwechselprodukten existieren. Sie stellen den wesentlichen Teil der Einheit zwischen dem Organismus und der Umwelt dar. Im Wasser existierende einzellige Lebewesen nehmen ihre "Nahrung" direkt aus der Umgebung, aus dem Wasser auf und geben ihre Stoffwechselabbauprodukte an das Wasser ab. Beides braucht nur die Zellmembran in beiderlei Richtung zu passieren.

Aber auch jede einzelne Zelle eines Zellverbandes oder eines kompliziert gebauten vielzelligen Organismus unterliegt im Hinblick auf ihren Stoffwechsel den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie der Einzeller. Auch sie erhält die Nahrung aus ihrer Umgebung, dem extrazellulären Raum, und gibt ihre Abbauprodukte wieder dorthin ab. Aber die Flüssigkeit, aus der solch eine Zelle ihre Nahrung erhält, ist kein Wasser wie das See- oder Meerwasser, sondern die Körperflüssigkeit, die, in Jahrmillionen herausgebildet, dem jeweiligen Lebewesen und seinen Lebensbedingungen sehr genau angepasst ist und ständig erneuert werden muss.

Aus dieser Notwendigkeit entstand der sogenannte Kreislauf, der die unabdingbare Voraussetzung für den Stoffwechsel jeder einzelnen Zelle eines höher organisierten Lebewesens darstellt. Er transportiert lebensnotwendige Stoffe - Sauerstoff und andere Nährsubstanzen - zu jeder einzelnen Zelle und bringt deren Stoffwechselprodukte dorthin, wo sie verarbeitet oder ausgeschieden werden.

Aufbau & Funktion des Kreislaufsystems

Auf welche Grundprozesse ist der Kreislauf zurückzuführen? Um diese Frage beantworten zu können, müssen wir von den niederen Tierarten ausgehen. Wenn wir uns vorstellen, dass mehrzellige Organismen aus der Teilung einzelner Zellen hervorgingen, die sich aber nicht ganz voneinander trennten, dann verstehen wir, dass es bei primitiven Vielzellern lediglich eines Kanalsystems bedarf, in das die Flüssigkeit von außen eindringt und die in ihr enthaltenen Nährstoffe in direkte Berührung mit den Zellen bringt. Bei solchen Lebewesen sind also Darm und Kreislaufsystem identisch; der primitive Schluckreflex befördert immer neues nährstoffhaltiges Wasser in das Kanalsystem hinein. Im Laufe der Entwicklung entstand das gastrovasculäre (gastrum - Magen, vasculum - Gefäß) System, bei dem vom Magen Kanäle ausgehen, in die das "geschluckte" Wasser einströmt und an die Zellen gelangt.

Die im Wasser vorhandenen Nährstoffe dringen also über einen Schluckreflex in das Innere des Organismus und werden von dort über ein Kanalsystem an die einzelnen Zellen herangeführt. Wir alle wissen, dass die Verbrennung ein Hauptelement des Stoffwechsels im Zellinnern darstellt und dass es ohne Sauerstoff keine Verbrennung gibt. Je größer und vielzelliger der Organismus wurde, desto höher wurde der Bedarf an Sauerstoff. Daraus resultierte, dass nahe der oberen Körperöffnung, wo der Schluckreflex das Wasser in den Darm pumpte, sich spezielle Zellen herausbildeten, die den Sauerstoff aus dem Wasser aufnahmen und an den Körper weitergaben. Etwa gleichzeitig mit diesem Differenzierungsprozess entwickelte sich das früher mit dem Darm zusammenhängende Kanalsystem zu einem selbständigen System.

In den hier vorhandenen speziellen Körpersaft - die sogenannte Hämolymphe - konnten jetzt nur noch durch Därmwandzellen hindurchgefilterte Nährstoffe gelangen. Es entstand also:

1. der äußere Stoffwechsel mit seinen zwei Anteilen, die Aufnahme von Sauerstoff und die Aufnahme von Nahrung mit ihrer innerhalb des Darms ablaufenden Aufbereitung in wasserlösliche, von den Darmzellen aufnehmbare Stoffverbindungen,

2. der innere Stoffwechsel, der in der Zufuhr von Sauerstoff und anderen Nahrungsstoffen, die mit Hilfe der Hämolymphe an jede einzelne Zelle befördert werden, seine Voraussetzung hat.

Das Gefäßsystem, durch das solche spezifischen Flüssigkeiten zu den Zellen gelangen, ist auf niederen Entwicklungsstufen ein offenes System und geht in Flüssigkeitsräume über, von denen aus die Zellen mit Nährstoffen versorgt werden. Erst auf höherer Entwicklungsstufe hat es sich zu einem geschlossenen System herausgebildet. Die kreisende Bewegung der Körperflüssigkeit wird bei solchen Tierarten noch durch den Schluckreflex der oberen Körperöffnung ausgelöst, der mit der Rhythmik, mit der er das Wasser in den Darm pumpt, auch rhythmisch die Flüssigkeit in allen anderen Kanalsystemen in Bewegung hält.

Diese Rhythmik wurde zum Anlass einer stärkeren Umbildung von besonders reizempfindlichen Zellen, die zunächst die im Schlundteil mit dem Schluckakt eingeleitete Bewegung auf tiefere Abschnitte des Darmrohrs und der Gefäßsysteme übertragen und später ihre eigene durch Nervenverbindungen untereinander abgestimmte Rhythmik fanden. (Dies erklärt, dass Darm und Gefäßsystem von dem gleichen Anteil des Nervensystems, dem sogenannten vegetativen Nervensystem, in Funktion gehalten werden.)

Funktion & Entwicklung des Blutes im Herzkreislauf

Eine besonders reichliche Durchblutung benötigt auch der Herzmuskel, da er ohne Unterbrechung Tag und Nacht das Blut in Bewegung halten muss. Er wird über die Herzkranzgefäße versorgt.

Jetzt ist es nicht mehr schwierig, zu verstehen, weshalb Fische — auch wenn sie nicht gerade Nahrung aufnehmen, immer ihr Maul und gleichzeitig ihre Kiemen bewegen, denn in den Kiemen haben sich die Zellen konzentriert, die den Sauerstoff aus dem Wasser aufnehmen und an das Blut weitergeben. Hier müssen wir zum ersten Mal das Wort "Blut" nennen, denn da, wo früher nur mit Nährstoffen gesättigte Hämolymphe kreiste, bewegt sich auf dieser Entwicklungsstufe bereits das aus zahlreichen Einzelzellen, Wasser, gelösten Eiweiß- und Salzstoffen zusammengesetzte Blut. Der Schritt bis dahin ist relativ leicht zu begreifen, wenn man bedenkt, dass auch die Zellverbände, die weit von den Kiemen entfernt lagen, mit Sauerstoff versorgt werden mussten. Dies machte die Entwicklung von Zellen notwendig, deren einzige Funktion der Sauerstoff transport ist.

Diese Zellen kreisen in der Blutflüssigkeit, füllen sich jedesmal, wenn sie die Kiemen passieren, mit Sauerstoff und befördern ihn in die fernsten Körperteile. Im Laufe der weiteren Entwicklung reichte die vom Schluckreflex auf das Gefäßsystem übertragene Rhythmik nicht mehr aus, den Bedarf des Organismus an Nährstoffen und Sauerstoff zu gewährleisten. So bildete sich allmählich ein zentrales "Blutpumpwerk" heraus, das Herz, und zwar in der Mitte des Kreislaufsystems, wo die Blutbewegung die stärkste Belastung der Gefäßwandungen mit sich brachte und die ständige Rhythmik schließlich zur Rhythmik "qualifizierte" Zellen hervorbrachte.

Bekanntlich entstanden alle diese Entwicklungsstufen bei Tieren, die im Wasser lebten. Auf dem Land wäre das nicht möglich gewesen. Aber nachdem Darm und Gefäßsystem getrennt waren, nachdem das Kiemensystem, das zellenhaltige Blut und das Herz entstanden waren, brauchten die Kiemen sich "nur" zur Lunge umzubilden, indem sie sich daran gewöhnten, Sauerstoff aus der Luft zu entnehmen anstatt aus dem Wasser, und schon war eine notwendige Bedingung für die Existenz der Lebewesen auf dem Land gegeben: der äußere Stoffwechsel.

Dabei musste für den zweiten Anteil des äußeren Stoffwechsels noch die Möglichkeit vorhanden sein, gelegentlich Flüssigkeit in den Darm aufzunehmen. Darüber hinaus bedurfte es bestimmter Drüsen (Speicheldrüsen) für die Vermengung fester Nahrungsmittel mit Flüssigkeit, damit auch weiterhin im Wasser gelöste Nährstoffe die Darmwand passieren und von da ins Blut gelangen konnten. Jedem ist heute bereits von der Schule her bekannt, dass das Herz in bestimmte Kammern geteilt ist, von denen die einen (rechten) das sauerstoffarme Blut aus dem Körper in die Lungen, die anderen (linken) das in der Lunge neu mit Sauerstoff beladene Blut in die Körperperipherie pumpen.

Aus dem Darm gelangen, zum Teil mit der Pfortader über die Leber, zum Teil über ein besonderes Lymphsystem, die eigentlichen Nährstoffe vor dem Herzen in das Blut. Das Herz-Kreislauf-System hat also eine wichtige Hilfsfunktion für die Aufrechterhaltung des Lebens. Der aufgenommene Sauerstoff oder die über den Darmkanal in das Blut gelangten Nährstoffe erreichen die Peripherie, die kleinsten Blutgefäße, von wo aus die Versorgung jeder einzelnen Körperzelle erfolgt, nachdem die genannten Stoffe die Blutbahn verlassen und komplizierte Austauschvorgänge stattgefunden haben.

Bedeutung von Sauerstoff im Herz-Kreislauf-System

Aus unserem Überblick über die Entwicklungsgeschichte der Herz- und Kreislauffunktion lässt sich also ableiten, dass der Kreislauf im Vielzellerorganismus aus dem Bedarf jeder Zelle nach Stoffwechsel entstanden ist. Haben wir das verstanden, dann werden wir auch die Maßnahmen begreifen, die notwendig sind, um den Kreislauf - so weit es geht - in Ordnung zu halten. Zuvor müssen aber noch einige Tatsachen erwähnt werden. Es wurde bereits die Rhythmik erwähnt, die von Nervenzellen und ihren Verbindungen untereinander und durch die Kraft von Muskelzellen, gegenseitig koordiniert und aufrechterhalten wird. Sie ist aber, wie die Leistung jeder Zelle, abhängig vom Stoffwechsel - benötigt also die Zufuhr von Sauerstoff und anderen Nährstoffen.

Demnach müssen alle Organe mit ihren einzelnen Zellen zur Aufrechterhaltung ihrer Lebenstätigkeit mit Blut versorgt werden, auch das Gehirn. Gerade das Gehirn reagiert gegenüber Sauerstoffmangel sehr empfindlich: Sogenannte Ohnmacht bzw. Bewusstlosigkeit beruhen meist darauf. Genau so aber kann der Sauerstoffmangel in den koordinierenden Zentren des Gehirns die Abstimmungen der Funktionen einzelner Organe durcheinander bringen. Solche Regulationen betreffen auch das System der Drüsen mit innerer Sekretion, von dessen Produkten (Hormonen) eine geregelte Tätigkeit der anderen Organfunktionen abhängig ist.

Eine besonders reichliche Durchblutung benötigt auch der Herzmuskel, da er ohne Unterbrechung Tag und Nacht das Blut in Bewegung halten muss. Er wird über die Herzkranzgefäße versorgt. Ihr Verschluss durch Verkalkungsherde und Blutgerinnsel oder ihre Verengung durch länger dauernde Gefäßkrämpfe haben deshalb eine große Bedeutung für das Leben des Menschen und stellen die organische Grundlage für eine Anzahl von Herzbeschwerden dar. Wir sehen, dass die Aufrechterhaltung des gesunden Lebensprozesses die Regelmäßigkeit einer Unsumme gegenseitig abhängiger Vorgänge verlangt.

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Vorbeugung gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Wie können wir - auch wenn wir diese Vorgänge nicht alle kennen - trotzdem selbst dazu beitragen, unseren Kreislauf in Ordnung zu halten? Die Tiere wissen zum Beispiel nichts über ihren Kreislauf, und doch sterben sie nicht - vorausgesetzt sie leben in freier Wildbahn - vorzeitig an Herz- oder Kreislaufstörungen. Die Suche nach Nahrung und Wasser, ihre durch die Umwelt bedingte Aktivität schützen sie vor solchen Erkrankungen. Ihre Muskeln müssen sich bewegen; deren Stoffwechsel wird dadurch stärker beansprucht, und gleichzeitig wird das Blut dem Heren zugetrieben.

Nie aber werden sie - wenn sie nicht vom Menschen dazu verführt werden - mehr fressen, als ihr Hungergefühl es zuläßt. Die Menschen dagegen haben sich ihren Lebensprozess weitgehend erleichtert. Die Fahrmöglichkeiten ersparen ihnen das Laufen. Sie essen gern, oft viel zuviel, und empfinden das Ruhen danach als angenehm. Dabei bedarf aber der Kreislauf des Menschen genauso der Muskelbewegung wie der des Tieres. Wird beispielsweise eine körperliche Arbeit geleistet, die eine verstärkte Muskeltätigkeit verursacht, greifen verschiedene Prozesse ineinander, um mehr Blut zu den tätigen Organen zu bringen. Ein tätiges Organ wird immer stärker mit Blut versorgt als ein untätiges.

Bei einer geringeren Belastung genügt dann eine Verschiebung der zirkulierenden Blutmenge. Wird aber eine schwere Muskelarbeit durchgeführt, die große Muskelgebiete betrifft, so wird das Blutängebot durch Entleerung der sogenannten Blutspeicher erhöht. Das Herz arbeitet dabei stärker, um die größere zirkulierende Blutmenge durch den Körper zu "pumpen". Dadurch wird es den erhöhten Anforderungen gerecht. Aber auch vom Zentralnervensystem aus werden gleichzeitig mit der veränderten motorischen Tätigkeit, der Muskelarbeit, die Blutgefäße, die die Muskulatur versorgen, beeinflußt. Dadurch wird die Blutzufuhr in dieses stark beanspruchte Gebiet erleichtert.

Außerdem greifen die durch die verstärkte Muskeltätigkeit anfallenden Stoffwechselprodukte regulierend in das Herz-Kreislauf-Geschehen ein. Auch die Atmung wird deutlich verstärkt, denn sie muss sich ebenfalls den neuen Bedingungen anpassen.

Mit anderen Worten: Körperliche Arbeit bzw. Sport und Bewegung trainiert auch den Kreislauf des Menschen. Aber auch andere Faktoren können die Herz-Kreislauf-Tätigkeit verändern, so zum Beispiel positive oder negative Emotionen über das Zentralnervensystem. Freude und Erwartung lassen das Herz schneller schlagen; Ärger, Angst und ständige Konflikte können die Herztätigkeit negativ beeinflussen. Ein allgemeines körperliches Training, wie wir es durch das Betreiben mehrerer Sportarten erreichen können, wirkt sich positiv auf den Gesamtorganismus und damit auf die Herz-Kreislauf-Tätigkeit aus. Die Erziehung zur Freude an Sport und Bewegung und an allem Schönen macht das Leben des einzelnen reicher an positiven Emotionen.

Gutes Wissen, erfolgreiche Arbeit, Vertrauen auf den anderen und gegenseitige Achtung machen es ärmer an Angst, Ärger und Konflikten. Somit hat der Mensch in unserer Zeit und unserer Gesellschaftsordnung, die ihm ausreichende Möglichkeit zur Bildung und Sportausübung sowie zu beruflichen Erfolgen gibt, zahlreiche Gelegenheiten, mit seinem Leben, seinen Gewohnheiten und den Anforderungen, die er an seinen Organismus in physischer und psychischer Hinsicht stellt, seinen Kreislauf vor Schäden zu bewahren. Die große Anpassungsfähigkeit des menschlichen Organismus gestattet es auch dem, der durch Erkrankungen oder schädigende Lebensgewohnheiten früher einmal einen Kreislaufschaden erlitten hat, wieder gesund zu werden, wenn der Betreffende durch Veränderung seiner Lebensweise allmählich immer höhere Anforderungen an seinen Kreislauf stellt.

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