Genialiteten ved fosterets sirkulasjonssystem

Jonathan McLatchie; 3. august 2023. Oversatt herfra

Bilde 1. Nyfødt barn

Forrige uke ønsket min kone og jeg vårt første barn velkommen til verden. Det er vanskelig å forestille seg et dypere vitnesbyrd om design enn leveringen av en fullt utviklet baby som for bare ni måneder siden var en enkelt celle. Graden av regulatorisk kontroll og informasjonskompleksiteten til prosessen som driver embryonal utvikling er langt utenfor menneskelig forståelse. Få biologiske fenomener er så gripende og fryktinngytende som prosessen med reproduksjon og utviklingen av en baby i utero. Signaturen til design her er umiskjennelig, for så mye av prosessen - fra unnfangelse til fødsel - avhenger av framsyn og planlegging.

Fram til fødselen da vår sønn tok sitt første åndedrag, var han helt avhengig av oksygentilførselen sin av strømmen av mors blod gjennom morkaken og navlestrengen. Etter fødselen hans fikk jeg utlevert en saks av jordmor og invitert til å klippe navlestrengen. Ved å gjøre det brøt jeg sønnens forbindelse til morens blod og dermed til hans oksygentilførsel. Morkaken ble også forløst et øyeblikk etter fødselen, etter å ha tjent sin oppgave. Da han gjorde overgangen fra avhengighet av morkaken og navlestrengen for gassutveksling til å puste utenfor livmoren, trengte han oksygen - og det raskt. Dessuten må blodstrømmen i navlevenen umiddelbart slås av. Forandringene som må skje i babyens lunger og hjerte må skje raskt, ellers blir konsekvensen dødelig. Her vil jeg gjennomgå forskjellene mellom sirkulasjonssystemene til fosteret og spedbarnet, beskrive endringene som raskt må finne sted, og gi en evaluering av de respektive fordelene ved evolusjon og design. Informasjonen som følger er veletablert og kan finnes i en hvilken som helst anstendig lærebok om anatomi og fysiologi. Dette materialet er også dekket av medisinsk lege og president for UK Centre for Intelligent Design Dr. David Galloway, i sin bok, Design Dissected -- Is the Design Real? A Clinical Look at Life's Complexity, Design, and Ultimate Causation, en bok som jeg anbefaler.1 Dr. Galloway diskuterer den også i denne episoden av ID the Future-podcasten.

Oksygenert blod kommer inn i høyre side av hjertet gjennom to årer - vena cava superior og undervena cava. Vena cava superior bringer oksygenert blod fra overkroppen, og underkroppen vena cava bringer oksygenert blod fra underkroppen. Det oksygenerte blodet fra begge venene kommer inn i høyre atrium, som er det øvre høyre kammeret i hjertet. Når høyre atrium trekker seg sammen, skyver det det oksygenerte blodet gjennom trikuspidalklaffen og inn i høyre ventrikkel, som er det nedre høyre kammeret i hjertet. Hensikten med disse ventilene er å forhindre tilbakestrømning av blod, og sikre at det flyter i bare én retning. Ved sammentrekning av høyre ventrikkel tvinges oksygenert blod gjennom lungeklaffen og inn i lungearterien, hvor det føres bort fra hjertet mot lungene. I lungene går blodet gjennom kapillærene rundt små luftsekker kalt alveoler. Oksygen diffunderer fra alveolene inn i blodet, mens karbondioksid beveger seg fra blodet inn i alveolene for eventuell utånding.

Bilde 2. Hjertets tlblivelse er ikke dokumentert

Det oksygenerte blodet fra lungene går tilbake til hjertet via fire lungevener og går inn i venstre atrium. Venstre atrium trekker seg sammen, og skyver det oksygenerte blodet gjennom mitralklaffen inn i venstre ventrikkel, det nedre venstre kammeret i hjertet. Kraftig sammentrekning av venstre ventrikkel pumper det oksygenerte blodet gjennom aortaklaffen og inn i aorta, hovedpulsåren i kroppen. Aorta fører det oksygenrike blodet bort fra hjertet og distribuerer det til ulike organer og vev i hele kroppen gjennom små arterier, hvor det avleirer oksygen og næringsstoffer. Ettersom oksygenet er brukt opp og avfallsprodukter som karbondioksid produseres, blir blodet deoksygenert igjen og går tilbake til hjertet for å gjenta syklusen.

Tilstanden til fosterlungene
Hva er de viktigste forskjellene mellom sirkulasjonssystemet som spedbarnet (og voksen) besitter, beskrevet ovenfor, og det til fosteret i livmoren? Det viktigste er at lungene ennå ikke er aktive i gassutveksling, og er faktisk fylt med væske kjent som føtal lungevæske. Denne væsken hjelper til med vekst og utvikling av lungene, og forhindrer også at luftsekkene (alveolene) kollapser på grunn av det ytre trykket i livmoren. Rundt 24. til 28. svangerskapsuke begynner fosterlungene å produsere et stoff som kalles surfaktant, en kompleks blanding av lipider og proteiner som reduserer overflatespenningen i alveolene, og hindrer dem i å kollapse under hvert pust. Produksjonen av overflateaktive stoffer er avgjørende for at lungene skal fungere etter fødselen. Fosterlungene bidrar også til produksjon og vedlikehold av fostervann. Når fosteret svelger fostervann, tas noe av det opp av fosterets lunger. Denne væsken behandles deretter og skilles ut tilbake i fostersekken. Denne prosessen hjelper til med utviklingen av fordøyelses- og luftveiene og opprettholder det passende volumet av fostervann slik at fosteret kan bevege seg og vokse.

Forsyne fosteret med oksygen
Siden lungene ikke er aktive i gassutveksling under graviditet, hvordan tilføres fosteret oksygen? Fosteret er koblet til morens sirkulasjonssystem gjennom placenta, et spesialisert organ som dannes inne i livmoren og fungerer som grensesnittet mellom mors og fosterets blodforsyning. Oksygenrikt blod fra mors sirkulasjonssystem kommer inn i morkaken gjennom mors arterier. Fosterets blod og morens blod blandes aldri. Morkaken inneholder mange små blodårer kalt villøse kapillærer, som har tynne vegger som muliggjør effektiv gassutveksling. Oksygenmolekyler diffunderer fra mors blod inn i placenta villøse kapillærer på grunn av konsentrasjonsgradienten. Når oksygen diffunderer inn i de villøse kapillærene, binder det seg til hemoglobin i fosterets blod, noe som fører til at fosterets blod blir oksygenert. Det oksygenerte blodet fra morkaken føres tilbake til fosteret gjennom navlestrengen, en av de tre blodårene som finnes i navlestrengen. Navlestrengen frakter oksygenrikt blod rikt på næringsstoffer fra morkaken til fosterets lever. En del av det oksygenerte blodet i navlevenen går utenom fosterleveren gjennom en kort blodåre kalt ductus venosus. Ductus venosus leder dette oksygenerte blodet til den nedre vena cava som fører blod til høyre atrium i fosterhjertet.
I fosterhjertet er det en midlertidig åpning mellom høyre og venstre atria kalt foramen oval. Denne åpningen lar en del av det oksygenerte blodet fra høyre atrium passere direkte inn i venstre atrium. Ved å omgå de ikke-funksjonelle føtale lungene, hjelper foramen oval til å lede oksygenrikt blod til resten av kroppen mer effektivt. Det oksygenrike blodet som strømmer inn i høyre ventrikkel pumpes inn i lungearterien. Men siden fosterlungene ikke fungerer, leder en shunt kalt ductus arteriosus dette oksygenerte blodet bort fra lungesirkulasjonen og direkte inn i den synkende aorta, som leverer oksygenrikt blod til underkroppen. Oksygenert blod fra fosterets organer og vev samles i de to navlearteriene, som fører det tilbake til morkaken for reoksygenering og fjerning av avfallsstoffer.

Bilde 3. Blodsirkulasjon hos foster-nytfødt

BruceBlaus, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0,

via Wikimedia Commons.

Endringer i lungene
Hvilke endringer må skje ved fødselen for å lykkes med overgangen fra avhengighet av morkaken til å puste luft? Den første store endringen gjelder lungene, som forblir kollapset og inaktive frem til fødselen. Det første pusten som en baby tar etter fødselen utløser en rekke fysiologiske endringer i lungene, noe som fører til oppblåsing av alveolene og initiering av respirasjonsfunksjon. Når babyen passerer gjennom fødselskanalen, klemmes brystet. Denne trykkendringen og kompresjonen av brystet hjelper til med å drive ut noe av væsken som finnes i luftveiene og lungene. Når babyen kommer ut i omverdenen, er det betydelige endringer i nivået av karbondioksid og oksygen i blodet. Under fødselen fortsetter babyen å motta oksygen fra mors morkake. Etter fødselen kuttes imidlertid placentasirkulasjonen, noe som fører til en reduksjon i oksygentilførselen. Denne reduksjonen i oksygennivået og akkumuleringen av karbondioksid i blodet registreres av spesialiserte kjemoreseptorer i babyens kropp. Når babyen kommer i kontakt med den kalde luften og omgivelsene, stimuleres huden og nerveender, noe som fører til refleksive responser, inkludert gisp og å ta det første pusten. Strekkreseptorer i lungene sender signaler til hjernestammen, som igjen hemmer respirasjonssentrene som styrer pusten. Denne refleksen forhindrer overdreven utvidelse av lungene og opprettholder riktig lungefunksjon. Hvis disse strekkreseptorene svikter, kan resultatet bli overoppblåsing av alveolene under innånding, noe som resulterer i alveolær ruptur og kollaps.
Når lungene utvider seg, presses lungevæsken fra fosteret ut og absorberes eller utstøtes fra babyens luftveier. Etter fødselen fjernes lungevæsken fra fosteret gradvis fra lungene, og ved hjelp av overflateaktivt middel begynner lungene å utføre den essensielle funksjonen for gassutveksling. Overgangen fra den ikke-funksjonelle føtale lungetilstanden til den fullt funksjonelle voksenlungetilstanden er en av de mest avgjørende fysiologiske endringene som skjer under fødselsprosessen.

Stenging av Foramen Ovale
Som tidligere nevnt er det en midlertidig åpning mellom høyre og venstre forkammer kalt foramen oval, som lar en del av det oksygenerte blodet fra høyre forkammer passere direkte inn i venstre forkammer, og omgå de ikke-funksjonelle fosterlungene. Når babyen tar sitt første pust, utløser lungeekspansjonen og den økte oksygeneringen av blodet endringer i trykkdynamikken i hjertet. Det økte oksygenerte blodet som returnerer fra lungene til venstre atrium øker trykket i venstre atrie, mens den reduserte strømmen av oksygenert blod fra kroppen til høyre atrium reduserer trykket i høyre atrie. Disse trykkendringene fører til at den fleksible vevsklaffen som dekker foramen oval, kjent som septum primum, lukker åpningen. Septum primum smelter sammen med septum secundum, en stiv membranlignende struktur, som effektivt forsegler foramen oval og skaper en solid skillevegg mellom de to atriene. Denne separasjonen forhindrer blanding av oksygenert og deoksygenert blod, og sikrer at alt blod strømmer gjennom lungesirkulasjonen for å bli oksygenert av lungene

Lukking av Ductus Arteriosus
Som beskrevet i det foregående er ductus arteriosus en kort blodåre som forbinder lungearterien med den nedadgående aorta, og omgår de ikke-funksjonelle fosterlungene. Denne shunten lar en del av blodet som forlater høyre ventrikkel strømme direkte inn i den systemiske sirkulasjonen. Etter fødselen, når babyen trekker sitt første pust og lungene utvider seg, øker oksygennivået i blodet betydelig. De økte oksygennivåene fører til innsnevring og til slutt lukking av ductus arteriosus. Innen 12 til 24 timer etter fødselen gjennomgår ductus arteriosus en prosess som kalles funksjonell lukking, hvor den glatte muskulaturen i karveggen trekker seg sammen og stenger av passasjen. I løpet av de neste to eller tre ukene gjennomgår ductus arteriosus permanent lukking gjennom fibrose og blir til slutt et leddbånd kalt ligamentum arteriosum.
Plasseringen av foramen oval og ductus arteriosus, og deres tilstand i henholdsvis fosterets og nyfødte hjerte, er illustrert i følgende figur.

Darwin eller design?
Disse endringene i lungene, klaffene og vaskulære strukturer under fødselsprosessen er avgjørende for babyens vellykkede overgang til omverdenen og etableringen av et fullt funksjonelt, ikke-shuntert sirkulasjonssystem. Ved å effektivt lukke foramen ovale og ductus arteriosus, er babyens hjerte og sirkulasjonssystem klar til å påta seg rollen som effektiv gassutveksling gjennom lungene og levering av oksygenrikt blod til alle organer og vev, og støtter babyens uavhengige liv utenfor livmoren.

Bilde 4. Ikke alle biologger jatter med evolussjonsteorien

Lege Dr. David Galloway bemerker,
Utover den fantastiske fysiologien kommer vi til en annen gåte. Klart at et system som dette må fungere rett ut av startblokkene. Hvis en vesentlig komponent sviktet av en eller annen grunn, anatomisk anomali, biokjemisk feil eller signalsvikt, ville ikke bare de forskjellige endringene bli satt i fare, men selve overlevelsen til det nyfødte spedbarnet ville være alvorlig truet. Den fantastiske sannheten er at tusenvis av babyer navigerer i dette farlige territoriet, hvert minutt av hver dag. Så, gitt vår nåværende forståelse av opprinnelsen til komplekse systemer i biologi, hvordan kan et slikt utsøkt arrangement ha utviklet seg?
Dette er et godt spørsmål, og det ser ut til å være ganske usannsynlig at et slikt system kunne ha oppstått gjennom en trial-and-error trinnvis prosess slik som den neo-darwinistiske evolusjonsteorien ser for seg. På den annen side er komplekse systemer der flere ting må fungere sammen samtidig, akkurat det vi kan forvente på antagelsen om design.

Referanser:
1. Galloway, D. Design Dissected -- Is the Design Real? A Clinical Look at Life's Complexity, Design, and Ultimate Causation (John Ritchie Publishing, 2021).
2. Ibid., 137-138.

Bilde 5. Jonathan McLatchie

Jonathan McLatchie
RESIDENT BIOLOG & stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR

Dr. Jonathan McLatchie har en bachelorgrad i rettsmedisinsk biologi fra University of Strathclyde, en mastergrad (M.Res) i evolusjonsbiologi fra University of Glasgow, en andre mastergrad i medisinsk og molekylær biovitenskap fra Newcastle University, og en doktorgrad i evolusjonsbiologi fra Newcastle University. Tidligere var Jonathan assisterende professor i biologi ved Sattler College i Boston, Massachusetts. Jonathan har blitt intervjuet på podcaster og radioprogrammer, inkludert "Unbelievable?" på Premier Christian Radio og mange andre. Jonathan har snakket internasjonalt i Europa, Nord-Amerika, Sør-Afrika og Asia for å fremme bevis på design i naturen.