Biologia 4: Sydän ja verenkierto

Verenkiertoelimistön tehtävät

Verenkiertoelimistöön kuuluvat sydän ja verisuonet. Verisuonia on kolmea tyyppiä: valtimoita, laskimoita ja näitä yhdistäviä hiussuonia. Verenkierron avulla pidetään yllä elimistön tasapainotilaa eli homeostasiaa. Solut tarvitsevat verenkierron mukana tulevia aineita elintoimintoihinsa. Solujen aineenvaihdunta tuottaa myös kuona-aineita, jotka verenkiertoelimistö kuljettaa erityselimistölle. Tämän lisäksi veren mukana kulkevat elimistön toimintaa säätelevät hormonit. Verenkierron avulla elimistö myös ylläpitää oikeaa lämpötilaa.

Sydän

Sydäntä ympäröi ohut, kaksikerroksinen sidekudoskalvo, sydänpussi. Kerrosten välissä on kapea, nesteen täyttämä sydänpussiontelo. Nesteen ansiosta sydän pystyy sykkiessään liikkumaan sydänpussin sisällä lähes kitkattomasti. Sydänlihaksen verkkomainen rakenne puolestaan auttaa sydämen supistumista leviämään nopeasti ja tehokkaasti eteisistä kammioihin.

Sydämen väliseinät estävät hapekasta ja hiilidioksidipitoista verta sekoittumasta toisiinsa. Sydämen puoliskot toimivat kuin erillisinä pumppuina. Sydämen oikea puolisko pumppaa verta pieneen verenkiertoon eli keuhkoverenkiertoon ja vasen puolisko aortan välityksellä muualle elimistöön eli isoon verenkiertoon. Isossa verenkierrossa on suurempi verenpaine kuin keuhkoverenkierrossa. Sen takia vasemman kammion seinämä on paksumpi kuin oikean kammion. Eteisten ja kammioiden sekä kammioiden ja valtimoiden läppien tehtävä on varmistaa, että veri virtaa vain yhteen suuntaan.

Sydämen toimintakierto

Sydän pumppaa levossa yhden supistuksen aikana noin 70 ml verta suuriin valtimoihin. Aikuisen sydämen minuuttitilavuus eli sydämen läpi minuutissa kulkeva verimäärä on noin viisi litraa (syke x minuuttitilavuus), eli saman verran kuin koko elimistön verimäärä. Sinussolmuke säätelee sydämen sykettä. Se synnyttää itsenäisesti sähköimpulssin, joka saa eteiset ja sittemmin kammiot supistumaan. Impulssit kulkevat eteiskammiosolmukkeeseen, josta ne etenevät sähköimpulsseja johtavien lihassolujen kautta kammioihin. Ensin supistuvat eteiset, sitten kammiot.

Sydämen toiminnassa vuorottelevat lepovaihe eli diastole ja supistumisvaihe eli systole. Lepovaiheen aikana verta virtaa laskimoista eteisiin. Vasempaan eteiseen tulee keuhkoista happea sisältävää verta ja oikeaan eteiseen muualta elimistöstä hiilidioksidipitoista verta. Supistumisvaihe alkaa, kun eteiset supistuvat ja pumppaavat verta kammioihin. Kammiot supistuvat pian eteisten jälkeen, jolloin veri puristuu niistä valtimoihin. Verta virtaa vasemmasta kammiosta aorttaan ja oikeasta kammiosta keuhkovaltimorunkoon.  

 

Sydämen johtoratajärjestelmä.

Sydänlihas saa tarvitsemansa ravintoaineet sepelvaltimoiden kautta. Sepelvaltimot lähtevät kahtena päähaarana aortan tyvestä. Luovutettuaan happensa veri virtaa sepellaskimoihin ja niistä oikeaan eteiseen.

Hermosto ja hormonit säätelevät sydämen toimintaa

Sinussolmuke tahdistaa sydämen sykkeen, mutta myös hermosto ja hormonit vaikuttavat syketiheyteen. Autonomisen hermoston sympaattinen osa lisää sykettä ja parasympaattinen osa hidastaa sitä. Lisämunuaisista erittyvät adrenaliini- ja noradrenaliinihormonit vahvistavat osaltaan sympaattisen hermoston toimintaa. Urheilusuorituksen aikana veren virtaus ihoon lisääntyy, koska lihasten tuottamaa lämpöä on haihdutettava ihon kautta.

Paine-erot saavat veren virtaamaan verisuonissa

Veri virtaa korkeammasta paineesta matalampaan paineeseen. Nämä paine-erot aiheutuvat sydämen supistumisesta. Kun kammiot supistuvat, niiden paine kohoaa korkeammaksi kuin suurten valtimoiden paine, ja verta virtaa valtimoihin. Kun veri etenee kauemmas sydämestä yhä pienempiin valtimoihin, verenpaine suonissa laskee. Kun lihakset veltostuvat, laskimoissa olevat läpät estävät verta valumasta takaisinpäin.

Valtimoiden vastus lisääntyy, jos niissä on ahtautumia tai ne ovat kovettuneet. Tällöin verenpaineen säätely ei onnistu, ja seurauksena voi olla pysyvästi kohonnut verenpaine. Jos sydämen teho puolestaan heikkenee, verenpaine voi laskea liian alas. Näin voi käydä esim sydänsairauksien vuoksi, suuressa verenhukassa tai shokkitilanteessa, kun pikkuvaltimot laajenevat.

Verenkierto

Isosta verenkierrosta tulee hiilidioksidipitoista verta ylä- ja alaonttolaskimoa pitkin oikeaan eteiseen. Oikea kammio pumppaa veren keuhkovaltimoita pitkin keuhkoihin, joiden hiussuonissa hiilidioksidia poistuu verestä keuhkorakkuloihin ja happea siirtyy keuhkorakkuloista vereen. Keuhkoverenkierrosta happipitoinen veri palaa keuhkolaskimoita pitkin vasempaan eteiseen. Solut käyttävät veren kuljettamaa happea energian vapauttamiseen soluhengityksessä. Siinä syntyy hiilidioksidia, joka siirtyy laskimoita pitkin sydämen oikeaan eteiseen ja sieltä keuhkoihin.

Hemoglobiini

Happi sitoutuu erytrosyyteissä hemoglobiiniin, jota on erytrosyyttien proteiineista noin 95 %. Hemoglobiinimolekyyli rakentuu neljästä aminohappoketjusta, ja neljästä hemiryhmästä, joissa jokaisessa on keskellä rauta-atomi. Jokainen rauta-atomi pystyy sitomaan yhden happimolekyylin. Molekyyli on sitä punaisempi mitä enemmän siinä on happea.

Imusuonisto

Imusuonisto palauttaa kudosnestettä laskimoihin. Valtimoista haaroittuvista hiussuonista tihkuu verenpaineen vaikutuksesta veriplasmaa eli verinestettä kudoksiin. Näin muodostuu solujen väleissä olevaa kudosnestettä. Suurin osa kudosnesteestä palaa takaisin hiussuoniin laskimoiden puoleisessa päässä. Loppuosa keräytyy imusuoniin muodostaen imunesteen.

Imusuonissa on läppiä kuten laskimoissakin, ja imuneste etenee niissäkin lihasten supistumisen vaikutuksesta. Imusuonisto kulkee verisuoniston kanssa samoja reittejä ja yhdistyy solislaskimoon, jossa imuneste sekoittuu vereen. Imusuonisto liittyy myös ihmisen puolustusjärjestelmään. Imuneste nimittäin kulkee imusolmukkeiden läpi, joissa on runsaasti mikrobeja tuhoavia leukosyyttejä.

Imusuonet alkavat hiusverisuonten läheltä päistään umpinaisina imusuonina, jotka yhtyvät suuremmiksi imusuoniksi ja lopulta rintatiehyeksi, jota pitkin suurin osa imunesteestä laskee solislaskimon kautta yläonttolaskimoon.

Kuva: solunetti.

Veri

Veri on nestemäistä sidekudosta. Veressä on mm. erytrosyyttejä, leukosyyttejä ja trombosyyttejä. Kaikki verisolut syntyvät luuytimessä verisolujen kantasoluista erilaistumalla. Plasman osuus verestä on noin 55 % ja solujen osuus noin 45 %., joista yli 90 % on erytrosyyttejä.

Plasmassa on runsaasti proteiineja, joista osa toimii erilaisten aineiden, kuten kolesterolin, kuljettajina. Jotkin proteiinit ovat vasta-aineita eli immunoglobuliineja. Fibrinogeeni on proteiini, joka on tärkeä veren hyytymisessä. Lisäksi plasmassa on ravintoaineita, kuten glukoosia ja aminohappoja, kivennäisaineita sekä hiilidioksidia, kuona-aineita ja hormoneja.

Erytrosyytit ovat tumattomia, eikä niillä ole myöskään mitokondrioita eikä muita soluelimiä. Ne elävät keskimäärin 120 vuorokautta. Erytrosyyttien aineenvaihdunta on anaerobista, joten ne eivät itse kuluta kuljettamaansa happea.

Munuaisten tuottama erytropoietiini (epo) säätelee erytrosyyttien tuotantoa elimistössä. Veren hapenkuljetuskyvyn heikentyessä erytropoietiinin tuotanto lisääntyy. Sen vaikutuksesta erytrosyyttien tuotanto luuytimessä vilkastuu ja veren hapenkuljetuskyky tehostuu.

Leukosyyteillä sen sijaan on oma tuma ja muita soluelimiä. Veri toimii niiden kuljetusväylänä. Leukosyyttejä löytyy kudoksista, imunesteestä ja erityisen runsaasti imusolmukkeista. Leukosyyttien tehtävänä on puolustaa elimistöä sen omia haitallisia soluja ja erilaisia mikrobeja vastaan. Mikrobeja ei ole juuri koskaan veressä! vaan verisuoniston ulkopuolella.

Trombosyytit ovat pieniä, tumattomia soluja. Niissä on kuitenkin runsaasti soluelimiä ja rakkuloita, joiden sisällä olevat entsyymit ovat välttämättömiä veren hyytymisessä. Tietyn veren hyytymistekijän puute johtaa hemofiliaan eli verenvuototautiin. Sairauden aiheuttaa resessiivinen X-kromosomissa sijaitseva alleeli. Periytymistavasta johtuen tauti on yleisempi miehillä kuin naisilla. Pienikin haava voi aiheuttaa hemofiliaa sairastavalle vakavia verenvuotoja, mutta nykyään ongelma hoidetaan antamalla potilaalle hyytymistekijää.