循環系統

  一個細胞的生存乃是藉著不斷地與周圍交換物質,這些交換的物質一般都是靠著單純的擴散作用進出細胞膜。這個交換物質的過程對海綿、水母及扁蟲類而言較單純。他們沒有龐大的身驅,物質藉著簡單的擴散原理與細胞周圍的組織液交換物質。然而在大多數的無脊椎動物與所有的脊椎動物中,體內的細胞距體表甚遠,食物消化後所產生的小分子養分,雖可藉擴散作用自消化管轉移至其他部位的細胞,但擴散進行很慢,一般多細胞動物若單靠擴散作用運輸養分,顯然無法應付全身各部細胞對養分的迫切需求;同時體內細胞所產生的代謝廢物,也急需排出體外,以免本身中毒。解決此一問題的方法,乃是藉循環系統以負擔運輸物質的任務。這些動物具有一套循環系統,大致可分為兩類

(一)閉鎖循環系統(closed circulation system):
        大多數的動物為閉鎖循環系統,其中心臟壁與血管腔緊密結合。脊椎動物具有大口徑的血管,作為快速運輸液體之用;另外有許多小口徑的血管,以便從容地進行擴散作用。閉鎖循環系統並非完全的密封,有一小部份的體液將由微血管濾出,微血管與周圍組織不斷的進行交換物質。另外有一套輔助的管狀網路稱為淋巴管系統(lymph vascular system),回收過剩的體液及蛋白質,將它們帶回循環系統之內。

(二)開放循環系統(open circulation system):
       節肢動物(包括昆蟲與蜘蛛)及大多數的軟體動物(蝸牛、貝類及牠們的近親)都具有開放循環系統。它們的體液從心臟被打 入一組管腔之後,即流到體組織內,在它們進入回到心臟的血管之前,會與組織液充分混合。蝸牛與貝類的體液傾注到海綿狀的網狀空間內,在此提供了廣大的擴散表面。而昆蟲的體液無法注入一個具有擴張性的空間之內(因為昆蟲具有堅硬的外殼)。流 出的體液除了流回心臟之外無路可走。它們回到心臟後,隨即再被唧出。

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圖一﹑蝗蟲的開放循環系統

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圖二﹑蜘蛛的開放循環系統和青蛙的閉鎖循環系統

        紐蟲,(Nememea"俗名probosci,worms)是具有循環系統的最簡單的動物,它的循環系統包括伸展及於身體全長的一條背血管和二條側血管,並有構血管相互連絡。蚯蚓具有較為複雜的循環系統,有一條背血管,血液在其中向前流動,一條腹血管和一條神經下血管,血液在其中向後流動,在前端還有五對跳動的脈管。驅便血液由背血管流向腹血管。在身體的其他體節中,則有血管網連接背腹血管,分枝遍佈於體壁,及腸壁。這些血管中的血液並非有規則的向一個方向流動,而是在血管收縮或鬆弛時,忽漲忽退乍流乍停的。

  環節動物和脊椎動物的循環系統是"閉鎖"式的。血液在整個循環過程中始終留在血管中。相反的,節肢動物和軟體動物的循環系統是開放式的,血管開口於體腔,稱為血腔(hemocoel),血液的循環一部分在血管中,一部分經過血腔,才完成了循流。典型的節肢動物,心臟和其他器官在血腔中不受拘束:浸浴在血液中。環節動物和脊椎動物的器官位於體腔中,受由閉鎖血管中所送來的血液的供應。節肢動物的心臟通常為位於背側中央的一條單一的延長的肌肉質之管。在每一體節上有一對開孔,上有瓣膜以阻止血液逆流。血液由圍心竇進入心臟,圍心竇為血腔之一部,血液經心門(ostia)以一種蠕動波向前移動,這種蠕動波是收縮波接著寬弛波沿管狀的心臟向前移動的。血液在血管中被帶到頭部和身體的其他部分,回流倒心臟則須經過血腔。

  多數無脊椎動物的心臟祇是一個肌肉質管,在它壓送血液時,只能產生很低的壓力一相當於幾毫米水銀柱。在脊椎動物的閉鎖式循環系統中,將血液壓送過無數狹窄的微血管須要一較高的壓力,高至100至200毫米水銀柱。所以必須演化成一個有力而心壁很厚的心臟。脊椎動物心臟中之一室為心室,其壁部肌肉相當厚。然而,這肌肉質的心室須要相當大的壓力去擴充它,使血液在心舒期能夠流入並充滿它。脊椎動物靜脈中的低壓力不足以任此,因此脊椎動物心臟另有第二室,稱為心房,心房有較薄之壁部,能被較低之靜脈壓力所擴張,但收縮時亦能產生足夠強大之壓力,使血液泵入心室,使之擴張。章魚之心臟亦同樣分為二不同之小室,其血壓為所有無脊椎動物中之最高者,達30至40毫米水銀柱,脊椎動物的心臟包裹在特別的腔室內,稱為圍心腔,以一層薄而強韌之結締組織,圍心膜,與身體其他部分隔離。圍心腔在心臟搏動改變其體積時,供給其所需之空間。

        所有脊椎動物的循環系統在本質上是相同的:這是一個由心臟,大動脈、動脈、微血管和靜脈按照一個根本一致的形式所組成的閉鎖系統。動脈由心臟運送血液至組織,靜脈由組織把血液送回心臟,微血管為連接動脈與靜脈之纖細的薄壁的血管,完成血液從心出來回到心臟之循流。微血管的壁很薄,是血液和組織交換食物、氣體以及廢物的唯一場所。


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