Allometrisk skalering

Alle hjerter slår omkring 1,5 milliarder gange!

Det konstante antal hjerteslag i pattedyrenes levetid er omkring 1,5 milliarder. Små dyr kan så at sige leve med en høj puls i overhalingsbanen og dø efter 1-2 år, mens store dyr kan leve med livet ved lav puls i slæbesporet og opnå en høj alder på 40-50 år.

For at holde stofskiftet i gang hos pattedyr må cellerne forsynes med sukker og ilt via blodet. Det viser sig, at der findes en hel del konstante parametre i denne proces.

For det første sker det i et kredsløb, hvor hjertets vægt (0,7%), det samlede blodvolumen (7%) og blodvolumenet i det enkelte hjerteslag udgør en fast procentdel af kropsvægten. Hertil kommer, at kapillærernes diametre og blodtrykket også er uafhængige af kropsvægten.

For det andet indeholder blodet lige mange og lige store røde blodlegemer pr. mL hos alle pattedyr – de har samme hæmatokrit, og cellerne optager den samme brøkdel af iltmængden i blodet.

Da dyrenes stofskifte pr. kg legemsvægt aftager med kropsvægten i potensen 1/4 må det tilsvarende derfor gælde for blodtilførslen og dermed også for pulsen. Hjertet slår altså omkring 30 gange hurtigere hos musen sammenlignet med pulsen hos elefanter. På grund af den lavere hjerte- og celleaktivitet lever elefanten derfor meget længere end musen. Musens febrilske aktivitet slider den ganske enkelt hurtigt op.

Det viser sig endvidere, at livslængden hos pattedyr stiger med kropsvægten i potensen 1/4, og da pulsen aftager med kropsvægten i potensen 1/4, må det samlede antal hjerteslag således være nogenlunde konstant.

Hjertet som pumpe

Hos mennesket strømmer blodet fra hjertet ud i aorta, hvorfra det fordeles videre ud i arterierne. Når hjertemuskulaturen trækker hjertet sammen sendes blodet ud i arterierne med et maksimalt tryk – det systoliske tryk – der for normale unge mennesker ligger på omkring 120 mm Hg over luftens normaltryk.

Arterierne forgrenes til mindre arterier, arteriolerne, der igen forgrenes i myriader af tynde kapillærer, se figuren. Blodet vender derefter tilbage til hjertet gennem venerne.

I fasen mellem to hjerteslag, hvor hjertet er i hvile, finder man det laveste tryk – det diastoliske tryk – der normalt ligger på omkring 80 mm Hg over omgivelsernes tryk.

Det lave diastoliske tryk sikrer, at der til stadighed er et tilstrækkeligt stort blodtryk og dermed blodtilførsel til hjernen. Trykket på 80 mm Hg svarer til trykket fra lidt over en meter vandsøjle (eller blod, da blodets densitet stort set svarer til vands densitet). Afstanden fra hjertet til hjernen er ca. en halv meter, så hjerte-hjerne-afstanden volder normalt ikke noget problem. Men vi kender alle fornemmelsen af at trykket falder, når vi rejser os pludseligt.

Det osmotiske tryk

Kapillærerne udgør kontaktfladen mellem blodet og det omliggende væv. Radius er ganske vist lille i en enkelt kapillar, men på grund af det store antal kommer blodet alligevel til at strømme væsentlig langsommere end i aorta, og blodet får berøring med et utroligt stort overfladeareal i lang tid.

En forøget partikelkoncentration på den ene side af en halvgennemtrængelig membran giver et forhøjet tryk i væsken – det såkaldte osmotiske tryk.

Kapillærernes overflade udgør en halvgennemtrængelig membran, idet kun mindre molekyler som fx vand er i stand til at trænge gennem overfladen. Blodbanen indeholder røde blodlegemer og plasmaproteiner og dermed en højere koncentration af partikler end i vævsvæsken ude mellem kroppens celler. Herved opstår der en osmotisk trykforskel, der er rettet fra vævet ind mod blodbanen.


Blodet transporterer næringsstoffer ud til cellernes mitochondrier, hvor energien omsættes til kemisk energi i form af stoffet ATP, der senere kan udnyttes af fx muskler.

I planternes fotosyntese går processen den modsatte vej, idet solenergi sammen med CO2 og H2O danner sukker i planternes grønkorn.

På arteriesiden er blodtrykket større end det osmotiske tryk, hvorfor de mindre molekyler (næringsstoffer) presses fra blodbanen ud i vævsvæsken. På venesiden, der ligger langt fra hjertet, er blodtrykket imidlertid faldet så meget, at det osmotiske tryk nu er størst. Derfor sker der her en transport af mindre molekyler (affaldsstoffer) den modsatte vej ud i blodet.

Hvorfor kan en giraf leve?

Giraffens hjerte er placeret et stykke over vores hovedhøjde, og giraffer kan blive op til 5,8 m høje. Det kræver derfor et godt hjerte, at pumpe blod op til giraffens hjerne. Hjertet er derfor også en velfungerende pumpe på 11 kg, der kan pumpe 60 L blod ud i minuttet. Hjerte-hjerne-afstanden kan blive to til tre meter, så blodtrykket i hjertehøjde skal være mere end dobbelt så stort som hos mennesket. På den måde får giraffen det rette blodtryk i hjernehøjde, hvor trykket svarer nogenlunde til trykket i menneskehjernen.

Når giraffen bøjer hovedet for at drikke, vil man imidlertid forvente en trykstigning svarende til 5 meter væskesøjle. Et sindrigt system af elastiske blodkar i hjernen og et indviklet system af veneklapper i halsen sørger heldigvis for at udligne trykforskellene.

Ser man derimod på giraffens ben, så vil trykket uundgåeligt være langt større end hos mennesket både på arterie og på venesiden.

Når trykket på venesiden bliver for stort hindres væsken i vævet i at blive transporteret bort. Det giver hos mennesket hævede ben, der dog normalt forsvinder igen når vi ligger ned og sover. I liggende stilling formindskes det venøse tryk nemlig.

Hos giraffen er problemet blevet løst ved at have en tyk elastisk hud omkring benene, der kan modstå trykket, så hævelser undgås. Det svarer til den behandling med elastikbind, man giver ældre mennesker med vedvarende væskeansamlinger i benene.

Dinosaurerne løste et problem

Giraffen er det højeste nulevende dyr. For mere end 60 millioner år siden færdedes dinosaurerne på Jorden. Deres hjerte-hjerne-afstand kunne komme op på ca. 8 meter med hjertet placeret i ca. 4 meters højde.

Hjernens højde over jorden overstiger derfor atmosfærens evne til at presse væsken op, så dinosaurerne må have været udstyret med tilbageløbsklapper i blodårerne og benyttede sig af jævnlige hovedsænkninger for at få løftet blodet op til hjernen.