Den "springande punkten" i ett mycket tidigt kycklingembryo, se svaret nedan. Hjärtat börjar slå när embryot är 44 timmar gammalt och har här slagit i cirka ett dygn. Färg injiceras i den ven som transporterar näring från gulan till embryot. Färgen följer med det venösa blodet till hjärtat som ligger till vänster nedanför embryots huvud. Hjärtat pumpar sedan snabbt ut färgen i aortan som löper från hjärtat åt höger mot embryots bakände. Därifrån sprids färgen snabbt ut i de solfjäderlikt förgrenade artärer som försörjer gulan. Så småningom sprids färgen även utanför blodomloppet. Man ser då embryot avteckna sig mot den svarta bakgrunden. För att se bättre, använd gärna full skärm. Video from YouTube, courtesy of Anna Franz.
Till Helsingfors stadsbiblioteks frågespalt har det igen kommit frågor som du kanske kan hjälpa mig med: Vad är det som sätter igång fostrets hjärta så att det börjar slå? Finns det något slags säkerhetssystem? Blodkärlen måste väl vara färdiga innan hjärtat börjar pumpa? Finns det ett någorlunda lättförståeligt svar på detta? Tack på förhand.
Hjärtat är det första organ som börjar fungera i det embryo som uppkommer när den befruktade äggcellen börjat dela sig. Det sker innan embryot har utvecklats så långt att man kallar det för foster. Det är viktigt att blodcirkulationen kommer igång så fort som möjligt. Embryot behöver nämligen ta upp vissa ämnen (t.ex. syrgas och näringsämnen) och avge andra ämnen (t.ex. koldioxid och avfallsprodukter) via moderkakan. Blodkärlen börjar utvecklas innan blodcirkulationen startar, annars skulle blodomloppet inte fungera.
Hjärtat kan betraktas som ett par specialiserade blodkärlsdelar som ligger intill varandra och utvecklas till en muskeldriven pump. Vissa muskelceller i hjärtat förvärvar förmågan att spontant och med jämna mellanrum fyra av elektriska signaler. De fungerar som pacemakerceller. De mekanismer som leder till att vissa celler i embryot utvecklas till hjärtmuskelceller är komplicerade och dåligt kända. Flera kemiska ämnen utanför cellerna påverkar dem. Detta leder till att vissa gener aktiveras i dem och styr deras utveckling till hjärtceller. Orsakerna till att vissa hjärtceller utvecklar en spontan elektrisk aktivitet är också dåligt kända.
Den spontana elektriska aktiviteten i vissa hjärtceller leder i sin tur till att de börjar dra ihop sig med en viss rytm, olika för olika celler. Så småningom bildar emellertid cellerna kontakter med varandra, så kallade interkalarplattor, se en bild med hjärtmuskelceller på en annan sida. Genom små hål i dessa plattor kan signalerna från en cell spridas till andra celler i hjärtat. Det finns många celler med spontan rytm, men den cell som har den snabbaste rytmen kommer att aktivera de andra, innan de hinner aktivera sig själva. Alla celler i hjärtat är förbundna med varandra via interkalarplattor. Celler utan spontan rytm kommer därför också att aktiveras av de elektriska signalerna från den snabbaste pacemakercellen. Därmed kommer alla celler i hela hjärtat dra ihop sig nästan samtidigt och hela hjärtat slår med en viss slagfrekvens, mätt i slag per minut. Förmaken drar dock ihop sig något tidigare än kamrarna och stimulerar då dessa till att dra ihop sig.
Om den snabbaste pacemakercellen skulle dö tar cellen med den näst snabbaste rytmen över kontrollen. Det finns således ett säkerhetssystem. Texten fortsätter under bilden.
Embryonala hjärtmuskelceller som odlas i en näringslösning. Alla cellerna slår med samma rytm, fastän de egentligen har olika inneboende slagfrekvenser. Men de är också i kontakt med varandra. I kontakterna finns mycket små hål som leder elektriska strömmar. Cellen med den högsta slagfrekvensen skickar elektriska signaler till de andra cellerna via dessa hål. På så sätt stimulerar denna cell de andra till att dra ihop sig, innan de hunnit stimulera sig själva. Video from YouTube, courtesy of Ipscira, CiRA Kyoto University.
Det finns ett sådant säkerhetssystem också i det vuxna hjärtat. Cellerna som normalt styr hjärtats rytm, det vill säga pulsen, finns i den så kallade SA-knutan i höger förmak. Men celler med spontan rytmisk aktivitet finns också i det så kallade retledningssystemet som samordnar hjärtats sammandragningar. Dessa celler har en långsammare rytm än SA-knutans och aktiveras av denna innan de hinner aktivera sig själva. Men om SA-knutan skadas kan en sådan cell ta över, till exempel en cell i AV-knutan som ligger mellan förmaken och kamrarna. Kamrarna fortsätter då att slå, men med en lägre slagfrekvens än tidigare. Hjärtat fungerar emellertid sämre och medicinsk behandling blir nödvändig. Ofta opererar man in en konstgjord elektronisk pacemaker.
Redan den gamle greken Aristoteles iakttog det slående hjärtat i ett kycklingembryo. Han kallade det för "den hoppande punkten" vilket på latin blev "punctum saliens" och på tyska "der springende Punkt". Detta översattes felaktigt till svenska som "den springande punkten". Uttrycket används fortfarande i betydelsen "det viktigaste" eller "det som är avgörande". 2012.
Blodets väg genom hjärtat Läs i de två svaren nedan om blodomloppet under fosterutvecklingen samt vad som händer med blodomloppet vid födelsen. Bilden ovan visar schematiskt blodcirkulationen i hjärtat hos människan och andra däggdjur efter födelsen. 1. Syrefattigt blod (blått) från kroppens organ kommer med de båda hålvenerna till höger förmak (Hö Fö) och sedan till höger kammare (Hö Ka). 2. Höger kammare pumpar blodet till lungorna via lungartären. 3. I lungorna tar blodet upp syrgas och det syrerika blodet (rött) når sedan via de fyra lungvenerna (Lv) först vänster förmak (Vä Fö) och sedan vänster kammare (Vä Ka). 4. Vänster kammare pumpar ut det syrerika blodet via aortan till alla kroppens organ, i vilka syret avges. 5. Det syrefattiga blodet kommer sedan tillbaka till hjärtat via de båda hålvenerna och det dubbla blodomloppet är nu slutet. Höger kammares yttervägg är i verkligheten tunnare än vänster kammares. Notera att syrefattigt blod i verkligheten är brunrött, syrerikt klarrött. Modified image, original copyright Corel Corporation.
Vad händer med blodomloppet när man föds och tills man dör? - Om fostrets blodcirkulation och om hur cirkulationen drastiskt förändras vid födelsen.
Den mest dramatiska förändringen i hjärtats funktion hos människan och andra däggdjur sker i samband med födelsen.
Under fostertiden sker det inget syreupptag i lungorna. Fostret får syre från mamman via moderkakan. I moderkakan transporteras lösta syremolekyler från moderns blod, över en tunn barriär av celler, till fostrets blod. Moderns och fostrets blod blandas alltså inte. Fostrets syreupptag gynnas av att fostrets hemoglobin binder syre starkare än moderns. Hemoglobinet är det röda syretransporterande ämnet som finns i blodets röda blodkroppar.
Det syrerika fosterblodet når fostrets kropp via navelsträngen. Läs mer om navelsträngen nedan på denna sida. Men detta syrerika blod går inte till vänster förmak och sedan till vänster kammare, som det syrerika blodet från lungorna gör efter födelsen, se bilden ovan. I stället går det till höger förmak tillsammans med det syrefattiga blodet från fostrets alla organ.
Efter födelsen går blodet i höger förmak vidare till höger kammare och pumpas sedan till lungorna för att syrsättas, se bilden ovan. Men under fostertiden sker ju inget syreupptag i lungorna och blodet som når höger förmak inkluderar ju det syrerika blodet från moderkakan. Hos fostret går i stället bara ca 15 procent av blodet som når höger förmak till lungorna. Resten av blodet från höger förmak (alltså 85 procent) går över till den vänstra sidan av blodomloppet och hamnar i aortan, den stora artär som försörjer kroppens organ med syre. Detta sker via två vägar. Till en del går blodet genom ett hål i skiljeväggen mellan förmaken (foramen ovale) från höger förmak till vänster förmak och pumpas sedan av vänster kammare ut i aortan. Till en del går detta blod genom den så kallade ductus arteriosus, en kort artär som förbinder lungartären, som för blod till lungorna, med aortan.
I samband med födelsen fylls lungorna med luft och tar över syreutbytet. Dessutom stängs foramen ovale och ductus arteriosus förtvinar. Vi får därmed två separata kretslopp. Syrefattigt blod från kroppens organ går via höger förmak och höger kammare till lungorna. Syrerikt blod från lungorna går via vänster förmak och vänster kammare till kroppens organ. Resten av livet fungerar hjärtat på detta sätt. Se figuren ovan.
När vi åldras försämras dock hjärtats pumpande förmåga. En viktig orsak till detta är att hjärtats maximala slagfrekvens (d.v.s. maxpulsen) ändras med åldern. Hos unga vuxna kan hjärtat maximalt slå ca 200-210 slag per minut, men när vi blir äldre minskar den maximala slagfrekvensen successivt.
Fostrets blodcirkulation För den intresserade följer här med hjälp av figuren ovan en utförlig genomgång av blodomloppet hos ett foster. Vill du bara ha en översikt, hoppa till svaret nedan. De strukturer som finns hos fostret, men tillbakabildas vid födelsen, är markerade med röd text. De diskuteras i svaren på frågorna ovan och nedan. Röd färg betecknar syrerikt blod, blå syrefattigt. Violett färg betecknar blandat syrerikt och syrefattigt blod. Lägg märke till att det blod som går ut till nedre delen av kroppen i fostrets aorta är blandat, med bara cirka 60 procents syremättnad. Blodet som når övre delen av kroppen, inklusive hjärnan, är också blandat, men har högre syremättnadsgrad. Efter födelsen är allt aortablod mättat till cirka 98 procent. En mättnad på 60 procent hos en vuxen är ett tecken på allvarlig sjukdom. Fostrets blodcirkulation är alltså inte utformad på bästa möjliga sätt, något som stödjer evolutionsläran och talar emot så kallad "intelligent design".
Syrerikt blod från moderkakan med cirka 80 procents syremättnad når fostret via navelvenen i navelsträngen. En del av detta blod går till levern, men det mesta passerar genom ductus venosus till den nedre hålvenen som också mottar syrefattigt blod från nedre delen av kroppen. Blandat blod från den nedre hålvenen och syrefattigt blod från övre delen av kroppen i den övre hålvenen når höger förmak. Det mesta blodet från nedre hålvenen leds genom foramen ovale till vänster förmak, sedan till vänster kammare från vilken det pumpas ut i aortan. Det mesta blodet från övre hålvenen når, via höger förmak, höger kammare och pumpas ut i lungartären. Men lungorna är hopsjunkna och används inte. Därför är resistansen ("motståndet") mot blodflöde stort i dem och de får inte mycket blod. I stället förs det mesta av lungartärblodet över till aortan via ductus arteriosus. Via aortan förs blod ut till kroppens organ och avger syre. Det nu syrefattiga blodet återvänder till hjärtat via de både hålvenerna. En del av aortablodet förs dock genom de båda navelartärerna via navelsträngen till moderkakan, där det upptar syre. Modified image, original from "Gray's Anatomy", 20th ed, 1918, in the public domain.
Läste i din frågelåda, där jag hittade svar på en fråga jag länge haft om blodomloppets omställning vid födseln. Men vilken mekanism försluter navelkärlen och passagen mellan förmaken så snabbt som det väl måste ske? - Mer om hur cirkulationen förändras vid födelsen.
Navelkärlen drar ihop sig vid födseln. Orsakerna till detta tycks vara ofullständigt utredda. Några kemiska budbärare anses medverka, bland annat endotelin. När barnets fötts lossnar också moderkakan (placentan) från livmodern. Därmed upphör helt den del av fostrets cirkulation som går till och från moderkakan.
Den korta förbindelsen mellan lungartär och aorta (ductus arteriosus) sluts också normalt vid födelsen genom att dra ihop sig. Även här är orsakerna ofullständigt kända. En viktig faktor är den ökade syrehalten i blodet efter födelsen, men olika kemiska budbärare anses också medverka. Så småningom förtvinar ductus arteriosus helt. Texten fortsätter under videon.
Videon ovan visar ett slående fosterhjärta avbildat med hjälp av ultraljud. Man ser till vänster de båda kamrarna och till höger de båda förmaken. Man ser också, mellan förmaken, ett hål, foramen ovale, vars klaff rör sig fram och tillbaka och enkelriktar flödet mellan förmaken. Läs mer i texten nedan. From YouTube, courtesy of nwardrip.
Under graviditeten är blodtrycket högre i fostrets högra förmak än i det vänstra. Blod flödar då genom förbindelsen mellan förmaken (foramen ovale) till vänster förmak. Foramen ovale är försedd med en klaff som bara tillåter flöde från höger till vänster. Vid födseln får barnet syrebrist och tar snart sitt första andetag. När lungorna utvidgas minskar resistansen ("motståndet") mot blodflöde i lungorna och blodet tar sig lättare genom lungorna till vänster förmak. Då blir trycket i vänster förmak högre än i höger, vilket leder till att klaffen mellan förmaken, och därmed foramen ovale, stängs. Så småningom växer den också fast så att vi får en obruten vägg mellan förmaken.
Som du säkert vet så förekommer det att foramen ovale eller ductus arteriosus inte sluts på ett normalt sätt efter födelsen. Detta kan föranleda operativa ingrepp. 2011, 2012.
Levern sedd underifrån hos en vuxen människa. Ryggsidan är uppåt och buksidan neråt. Den övre delen av kroppen är bakom bildens plan och den nedre framför.Lig[amentum] teres [hepaticis] nertill på bilden kommer från navelns insida och är en rest av navelvenen. Ligamentet dyker in i en fåra i levern. I denna fåras förlängning ligger en annan fåra som döljer lig[amentum] ven[osum]. Detta ligament är en rest av ductus venosus. Under fostertiden var ductus venosus en fortsättning på navelvenen som förde det syrerika blodet från moderkakan till nedre hålvenen (upptill på bilden) för vidare befordran till hjärtat. På bilden kan man också se att levern har en dubbel blodförsörjning: portådern med näringsämnen från magtarmkanalen och leverartären med syrerikt blod från lungorna. Modified image, original copyright Corel Corporation.
Vart tar naveln vägen på insidan?
Även inne i kroppen finns det faktiskt rester från fosterperioden. Naveln markerar ju det ställe där navelsträngen under fosterperioden utgår från kroppen. Navelsträngen innehåller tre blodkärl som för blod till och från moderkakan (placentan). I moderkakan tar fostrets blod upp syre och näring från moderns blod samt avger koldioxid och avfallsprodukter. Moderns och fostrets blod är dock skilda från varandra av en tunn barriär av celler.
Från fostret går från vardera sidan av kroppen de båda navelartärerna med syrefattigt blod in i navelsträngen. Dessa artärer utgår från de båda artärer som försörjer bäckenregionen med blod och löper alltså uppåt från bäckenet. Från navelsträngen kommer navelvenen med syrerikt blod och löper uppåt mot levern. Där avgrenas ett kärl som försörjer levern med syrerikt blod och navelvenen fortsätter i form av ductus venosus till nedre hålvenen som i sin tur mynnar i hjärtats högra förmak. Läs mer om fostercirkulationen ovan på denna sida.
Navelsträngens kärl degenererar efter födseln. Men rester av dem finns kvar hos den vuxne i form av bindvävsstråk. Navelartärerna bildar vardera ett ligamentum umbilicale laterale, som vid sidan av kroppen medellinje löper upp på främre bukväggens insida till naveln. Navelvenen bildar ett ligamentum teres hepaticis som, med sitt sista avsnitt inbäddat i levern, sträcker sig från naveln till leverporten (det område där blodkärl går in i och gallgången ut ur levern). Ductus venosus bildar ett ligamentum venosum som ligger inbäddat i levern.
Två andra strukturer löper från fostret in i navelsträngen. Den ena är gulesäckens stjälk. Gulesäcken är en utbuktning från tarmen och innehåller hos reptiler och fåglar näring till fostret i form av äggets gula. Däggdjursägget innehåller nästan ingen gula. Fostret får ju sin näring från modern via moderkakan. Gulesäcken har därför hos oss däggdjur förlorat sin funktion och är tom. Den andra strukturen är en utbuktning från den tidiga tarmen som kallas allantois. Hos många däggdjur är allantois stor och kommer att ingå i moderkakan, men hos människan är den reducerad. Den utgår från den del av den ursprungliga tarmen som sedan blir urinblåsa.
En rest av gulesäckens stjälk kan ibland finnas kvar i form av en utbuktning av tunntarmen som kallas Meckels divertikel. En rest av allantoisstjälken finns alltid kvar på främre bukväggens insida i form av ligamentum umbilicale medianum som löper i kroppens medellinje från urinblåsan till naveln. 2000, 2013.
