开放循环系统

人类或其他脊椎动物的循环系统由心脏、血管和血液等器官组成，用于将血液输送到全身。它包括循环系统，也称为血管系统，由心脏和血管组成（源自拉丁语 vascular，意为血管，希腊语 kardia，意为心脏）。肺循环或回路和体循环或回路构成了循环系统的两个部分。某些来源也称循环系统为心血管系统或血管系统。

作为圆柱形血管网络，循环系统由动脉、静脉和毛细血管组成，它们从心脏分支出来，心脏充当泵。在任何脊椎动物中，血液都不是自由地存在于腔中，在某些无脊椎动物物种中也是如此；这是一个闭合回路系统。循环系统有两种类型：开放式，与组织液混合；封闭式，保持组织液分离。

在封闭式循环系统中，血液从心脏通过体循环途径单向循环，然后再返回心脏。血液在此系统中保存在血管内。所有脊椎动物，以及环节动物（例如，蚯蚓）和头足类动物（鱿鱼、章鱼及相关物种）都拥有封闭式循环系统。这些系统不断地将循环的血液保持在血管或心脏腔内。然而，鱼类、两栖类、爬行动物和鸟类的循环系统显示出该系统演化的不同阶段。在封闭式系统中，血液可以被引导到需要它的器官。

而在某些无脊椎动物中，血液由心脏泵入称为窦的开放区域，而不是像脊椎动物那样通过封闭的静脉网络，这就称为开放式循环系统。与鱼类、鸟类和哺乳动物中的封闭式循环系统相比，该系统明显不同。在开放式循环系统中，血液在组织和器官之间自由循环，这使得废物清除、营养输送和气体交换成为可能。结构、功能、优点、缺点以及具有开放式循环系统的生物的例子都将在此文中涵盖。

历史

开放式循环系统在数百万年前首次出现在动物身上。化石证据表明它存在于三叶虫等祖先海洋动物中。在较简单的生物体中，这种机制通过简化废物清除和营养交换而提供了适应性优势。它随着时间的推移在许多无脊椎动物谱系中继续存在，例如一些环节动物、软体动物和节肢动物。尽管脊椎动物中封闭式循环系统的出现是一个重大的变化，但许多无脊椎动物物种仍然拥有开放式循环系统。研究其历史有助于阐明塑造动物界各种生理适应的进化机制。

开放式循环系统的解剖结构

心脏

在具有开放式循环系统的生物体中，心脏通常是一个血腔或简单的肌肉泵，将血液泵入体腔。它由一个或多个腔室组成，称为血窦（Ostia），在收缩时将血液释放到周围的血腔中，在放松时将血液吸入其中。

血淋巴

血淋巴（Haemolymph）一词常用于描述开放式循环系统中的血液。它充满血腔（hemocoel），即身体的主要腔室，而不是被血管限制。它是一种用于细胞外和循环目的的组织液和血液的混合物。器官和组织直接浸泡在血淋巴中，这使得气体、营养和废物产物的交换更加容易。

鼻窦

血淋巴通过体腔内称为窦的开放区域流动。这些窦不被血管包围，而是环绕着器官和组织。窦促进交换，因为它们提供了血淋巴和细胞之间的直接接触。通常，血腔压力的变化或肌肉或肢体的收缩允许血淋巴通过窦流动。

开放式循环系统的功能

1. 营养物质的运输

营养物质的运输是开放式循环系统的一个主要功能。血淋巴将葡萄糖、脂质和氨基酸等营养物质从消化道或储存组织输送到身体各个需要它们进行生长、修复和能量生产的区域。

2. 气体交换

在具有开放式循环系统的生物体中，气体（如二氧化碳和氧气）在血淋巴与周围组织之间直接交换。扩散有助于促进这种交换，这种交换发生在身体的湿润表面。细胞呼吸产生的二氧化碳扩散到环境中，而周围空气中的氧气扩散到血淋巴中。

3. 废物清除

血淋巴将新陈代谢产生的废物（如尿素和氨）从细胞和组织运送到排泄器官，在那里被清除。在某些生物体中，废物产物可以直接从细胞扩散到血淋巴中，然后通过专门的结构从体内排出。

4. 免疫反应

此外，当其循环系统开放时，血淋巴对于生物体的免疫反应至关重要。它由免疫细胞组成，这些细胞可以抵抗感染、寄生虫和异物，例如血细胞（hemocytes）。血细胞要么产生抗体来中和入侵者，要么吞噬并杀死它们。

开放式循环系统的优点

能量利用效率

与封闭式循环系统相比，开放式循环系统通常需要更少的能量来运作。由于生物运动或周围肌肉收缩，血淋巴可以更自由地流过体腔，因此心脏的泵送功能负担较小。

适应性

由于循环系统是开放的，血淋巴的分布可以选择性更强。血淋巴可以在不被封闭的静脉网络限制的情况下流入许多窦，并根据需要到达不同的组织和器官。这种适应性对于具有复杂身体结构或不同代谢需求的生物体是有益的。

止血

在具有开放式循环系统的生物体中，组织受伤或损坏可能导致出血。然而，与具有封闭式循环系统的生物体相比，这些生物体中的止血（凝血过程）通常更简单。在损伤部位，血淋巴可以快速凝结，形成保护性屏障并减少出血。

开放式循环系统的缺点

控制有限

具有开放式循环系统的生物体对血淋巴分布的控制不如具有封闭式循环系统的生物体，后者的血流可以得到精确管理。血淋巴流动可能受到活动水平或身体姿势变化的影响，尽管精确控制某些组织或器官的血流可能很困难。

压力降低

总的来说，开放式循环系统的运作压力比封闭式循环系统低。因此，特别是对于较大的动物或代谢率较高的动物，氧气和营养物质输送到组织的速度可能较慢。如果生物体的循环系统是开放的，这种限制可能会限制其最大尺寸或代谢能力。

暴露于外部影响

由于循环系统是开放的，生物体更容易受到污染、感染和温度波动等环境因素的影响，因为血淋巴暴露于外界。环境变化可以直接影响血淋巴的成分和循环，这可能影响生物体的生存和整体健康。

具有开放式循环系统的生物体示例

节肢动物

许多节肢动物（如昆虫、蜘蛛和甲壳类动物）的循环系统是开放的。昆虫的心脏将血淋巴泵入体腔，血淋巴通过窦进入并接触组织。在这些物种中，血淋巴对于废物清除、气体交换和营养物质运输至关重要。

软体动物

具有开放式循环系统的软体动物包括章鱼、蛤蜊和蜗牛。它们的器官和组织浸泡在血淋巴中，血淋巴由心脏泵入血腔。软体动物的血淋巴在免疫防御、气体交换和营养输送方面与节肢动物的血淋巴发挥着类似的作用。

一些环节动物

封闭式循环系统是某些环节动物（如蚯蚓）中出现的开放式循环系统的改良版本。尽管它们含有血管，但器官浸泡在称为体腔液的流体中，该流体携带血液。尽管这种系统比正常的开放式循环系统更有效，但它仍然无法像脊椎动物的封闭式循环系统那样完全分离血液和组织液。

结论

总之，开放式循环系统存在于某些无脊椎动物中，允许血液在整个体腔内自由循环，而不是通过封闭的毛细血管。该系统有助于废物清除、免疫防御、气体交换和营养物质运输。虽然它具有灵活性和节能等优点，但也存在血流管理不善和易受外部影响等缺点。软体动物、一些环节动物和节肢动物是一些具有开放式循环系统的生物体的例子。理解开放式循环系统的构造和运作，能够为我们理解生物体如何适应其周围环境和生理需求提供有价值的见解。