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40.3: 哺乳动物的心脏和血管

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    培养技能

    • 描述心脏的结构并解释心肌与其他肌肉有何不同
    • 描述心脏周期
    • 解释动脉、静脉和毛细血管的结构，以及血液如何流过人体

    心脏是一种复杂的肌肉，它通过循环系统的三个部分泵送血液：冠状动脉（为心脏服务的血管）、肺部（心脏和肺部）和全身（身体系统），如图所示\(\PageIndex{1}\)。 心脏固有的冠状动脉循环直接从来自心脏的主动脉（主动脉）抽血。 为了实现肺循环和全身循环，心脏必须分别将血液泵送到肺部或身体其他部位。 在脊椎动物中，肺部在胸腔中相对靠近心脏。 抽血距离越短意味着心脏右侧的肌肉壁不如左侧那么厚，左侧的肌肉壁必须有足够的压力才能将血液一直输送到你的大脚趾。

    插图显示了哺乳动物全身和肺部回路的血液循环。 血液通过全身回路的静脉进入左心房，即心脏的左上室。 从上半身喂养心脏的主要静脉是上腔静脉，而从下半身供给心脏的主要静脉是下腔静脉。 血液从左心房向下流向左心室，然后流向肺动脉。 血液从肺动脉进入肺部毛细血管。 然后通过肺静脉收集血液，然后通过心脏的左上腔即左心房重新进入心脏。 血液向下流向左心室，然后通过主动脉重新进入全身回路，主动脉从心脏顶部流出。 血液通过全身回路的毛细血管进入人体组织。
    图\(\PageIndex{1}\)：哺乳动物循环系统分为三个回路：全身回路、肺回路和冠状动脉回路。 血液从全身回路的静脉泵送到心脏的右心房，然后进入右心室。 然后，血液进入肺回路，由肺部充氧。 血液从肺回路通过左心房重新进入心脏。 血液从左心室通过主动脉重新进入全身回路，并分布到身体的其他部位。 没有显示为心脏提供血液的冠状动脉回路。

    练习

    以下关于循环系统的陈述中哪一项是错误的？

    1. 肺静脉中的血液脱氧。
    2. 下腔静脉中的血液脱氧。
    3. 肺动脉中的血液脱氧。
    4. 主动脉中的血液被氧化。
    回答

    C

    心脏的结构

    由于血液在肺和全身回路中必须传播的距离，心肌是不对称的。 由于心脏的右侧将血液输送到肺回路，因此它比左侧小，左侧必须在全身回路中将血液输送到全身，如图所示\(\PageIndex{2}\)。 在人类中，心脏大约相当于握紧拳头的大小；它分为四个腔室：两个心房和两个心室。 右侧有一个心房和一个心室，左侧有一个心房和一个心室。 心房是接收血液的腔室，心室是抽血的腔室。 右心房接收来自上腔静脉的脱氧血液，上腔静脉排出来自大脑的颈静脉和来自手臂的静脉的血液，以及来自下腔静脉的血液，下腔静脉排出来自下腔静脉的血液器官和腿部。 此外，右心房从冠状动脉窦接收血液，冠状动脉窦排出心脏本身的脱氧血液。 然后，这种脱氧血液通过房室瓣膜或三尖瓣进入右心室，三尖瓣是结缔组织的皮瓣，只能向一个方向打开，以防止血液回流。

    分隔心脏瓣膜左侧腔室的瓣膜被称为 biscuspid 或二尖瓣。 填充后，右心室通过肺动脉泵送血液，绕过半月瓣膜（或肺瓣膜）进入肺部进行再氧合。 血液通过肺动脉后，右半月瓣膜关闭，防止血液向后流入右心室。 然后，左心房通过肺静脉从肺部接收富含氧气的血液。 这种血液通过二尖瓣或二尖瓣（心脏左侧的房室瓣膜）进入左心室，在那里血液通过人体的主要动脉主动脉抽出，将含氧血液输送到人体的器官和肌肉。 一旦血液从左心室抽出到主动脉，主动脉半月瓣（或主动脉瓣）就会关闭，防止血液向后流入左心室。 这种抽水模式被称为双循环，存在于所有哺乳动物中。

    插图 A 显示了心脏的各个部分。 血液通过上腔静脉上下腔静脉和下腔静脉进入右心房。 血液从右心房流过漏斗状的三尖瓣进入右心室。 然后，血液向上流动，穿过肺瓣膜进入肺动脉。 血液通过肺静脉重新进入心脏，然后从左心房向下流动，穿过二尖瓣进入右心室。 然后，血液通过主动脉瓣向上流动，进入主动脉。 三尖瓣和二尖瓣呈房室和漏斗状。 肺动脉瓣和主动脉瓣呈半月状且略微弯曲。 插图显示了心脏的横截面。 心肌是厚厚的肌肉层。 心脏内部受心内膜保护，外部受心包保护。 插图 B 显示了心脏的外部。 冠状动脉和冠状动脉自上而下沿左右两侧延伸。
    图\(\PageIndex{2}\)：（a）心脏主要由厚厚的肌肉层组成，称为心肌，周围环绕着膜。 单向阀将四个腔室分开。 (b) 冠状动脉系统的血管，包括冠状动脉和静脉，保持心脏肌肉组织充氧。

    练习

    以下关于心脏的陈述中哪一项是错误的？

    1. 二尖瓣将左心室与左心房分开。
    2. 血液通过二尖瓣流向左心房。
    3. 主动脉瓣和肺动脉瓣都是半月瓣膜。
    4. 二尖瓣是房室瓣膜。
    回答

    B

    心脏由三层组成：心外膜、心肌和心内膜，如图所示\(\PageIndex{2}\)。 心脏的内壁有一层叫做心内膜。 心肌由构成中间层和大部分心壁的心肌细胞组成。 细胞的外层被称为心外膜，其中第二层是称为心包的膜状分层结构，它环绕和保护心脏；它为剧烈的泵送提供了足够的空间，但也可以使心脏保持在原位，以减少心脏之间的摩擦和其他结构。

    心脏有自己的血管，为心肌提供血液。 冠状动脉从主动脉分支，像冠状一样环绕心脏的外表面。 它们分散到毛细血管中，为心肌提供氧气，然后再次汇聚到冠状动脉静脉，将脱氧的血液带回右心房，在那里血液将通过肺回路再充氧。 如果没有稳定的血液供应，心肌就会死亡。 动脉粥样硬化是由于脂肪斑块的积聚而阻塞动脉。 由于冠状动脉的大小（狭窄）及其为心脏本身服务的功能，动脉粥样硬化在这些动脉中可能致命。 动脉粥样硬化导致的血流减缓和随后的缺氧会导致严重的疼痛，称为心绞痛，而动脉完全阻塞将导致心肌梗塞：心肌组织死亡，俗称心脏病发作。

    心脏周期

    心脏的主要目的是通过人体泵送血液；它以称为心脏周期的重复顺序泵送血液。 心脏周期是指通过电信号协调心脏血液的填充和排空，电信号使心肌收缩和放松。 人类的心脏每天跳动超过100,000次。 在每个心脏周期中，心脏都会收缩（收缩），排出血液并将其泵入人体；随后是放松期（舒张），心脏充满血液，如图所示\(\PageIndex{3}\)。 心房同时收缩，迫使血液通过房室瓣膜进入心室。 关闭房室瓣膜会产生单音节 “lup” 的声音。 经过短暂的延迟，心室收缩的同时迫使血液通过半月瓣进入主动脉，动脉（通过肺动脉）将血液输送到肺部。 关闭半月球阀会产生单音节的 “dup” 声音。

    图 A 显示心肌舒张。 心肌放松，血液流入心房和心室。 图 B 显示心房收缩；心房收缩，将血液推入心室，心室放松。 图 C 显示心房舒张；心房松弛后，心室收缩，将血液排出心脏。
    图\(\PageIndex{3}\)：（a）心脏舒张期间，心肌放松，血液流入心脏。 在 (b) 心房收缩期间，心房收缩，将血液推入心室。 在 (c) 心房舒张期间，心室收缩，迫使血液流出心脏。

    心脏的泵送是构成心肌的心肌细胞或心肌细胞的功能。 如图所示，心肌细胞是独特的肌肉细胞\(\PageIndex{4}\)，它们像骨骼肌一样有条纹，但像平滑肌一样有节奏和不由自主地抽水；它们通过心肌专有的插层椎间盘相连。 它们会在一段时间内自我刺激，如果营养和电解质保持正确的平衡，分离的心肌细胞就会跳动。

    显微照片显示心肌细胞，它们是长方形的，有明显的条纹。
    图\(\PageIndex{4}\)：心肌细胞是在心脏组织中发现的横纹肌细胞。 （来源：安东·贝克尔 S. Girod 博士对作品的修改；来自 Matt Russell 的比例尺数据）

    心肌细胞的自主跳动受心脏内部起搏器的调节，该起搏器使用电信号来计时心脏跳动。 如图\(\PageIndex{5}\)所示，电信号和机械动作紧密交织在一起。 内部起搏器从窦房 (SA) 节点开始，该节点位于右心房壁附近。 电荷自发地从 SA 节点脉冲，导致两个心房一致收缩。 脉冲到达右心房和右心室之间的第二个节点，称为房室结（AV），在那里它暂停了大约 0.1 秒，然后扩散到心室壁。 电脉冲从 AV 节点进入 His 束，然后进入穿过室间隔的左右束分支。 最后，浦肯野纤维将冲动从心脏顶点传导到心室心肌，然后心室收缩。 这种暂停可以让心房在心室抽出血液之前完全排入心室。 心脏中的电脉冲产生流过人体的电流，可以使用电极在皮肤上测量。 这些信息可以作为心电图 (ECG) 来观察，即心肌电脉冲的记录。

    窦房结位于右心房的顶部，房室结位于右心房和右心室之间。 心跳始于窦房结处的电脉冲，电脉冲遍心房壁，导致心电图读数上升。 然后，信号在房室结处聚合，导致心电图读数短暂持平。 接下来，信号从房室结传递到浦肯野纤维，浦肯野纤维从房室结向心脏中间向下传播，在两个心室之间，然后向上传播心室两侧。 当信号从浦肯野纤维向下传递时，心电图读数下降。 然后，信号传播到整个心室壁，心室收缩，导致心电图急剧上升。 尖峰之后是一条平线，比第一个更长，然后是颠簸。
    图\(\PageIndex{5}\)：心跳由导致心电图特征读数的电脉冲调节。 信号从窦房瓣发起。 然后，信号（a）扩散到心房，导致它们收缩。 信号 (b) 在传递到 (c) 心顶点之前在房室结处延迟。 延迟允许心房在（d）心室收缩之前放松。 心电图周期的最后一部分让心脏为下一次跳动做好准备。

    链接到学习

    访问此网站并选择 “您的心脏电气系统” 下拉菜单，查看心脏的 “起搏器” 的运行情况。

    动脉、静脉和毛细血管

    来自心脏的血液通过复杂的血管网络通过人体传输（图\(\PageIndex{6}\)）。 动脉将血液从心脏带走。 主动脉是分支成主要动脉的主动脉，将血液输送到不同的四肢和器官。 这些主要动脉包括将血液输送到大脑的颈动脉、将血液输送到手臂的臂动脉，以及分别将血液输送到胸部，然后进入肝、肾和胃的肝、肾和胃动脉的胸动脉。 腓骨动脉将血液输送到下肢。 主要动脉分裂成小动脉，然后分裂成称为小动脉的较小血管，以便更深入地进入人体的肌肉和器官。

    插图显示了人类的主要血管。 血液从心脏被泵入主动脉并分布到全身动脉。 颈动脉将血液带到头部。 臂动脉将血液输送到手臂。 胸主动脉将血液沿着脊柱从身体躯干流下来。 从胸主动脉分支的肝、胃和肾动脉分别向肝脏、胃和肾脏输送血液。 胫动脉将血液输送到腿部。 血液通过两条主要静脉返回心脏，上腔静脉位于顶部，下腔静脉位于底部。 颈静脉从头部返回血液。 基底静脉从手臂返回血液。 肝、胃和肾静脉分别从肝脏、胃和肾脏返回血液。 胫静脉从腿部返回血液。
    图\(\PageIndex{6}\)：显示了人类的主要动脉和静脉。 （来源：玛丽安娜·鲁伊斯·比利亚雷尔对作品的修改）

    小动脉分散成毛细血管床。 毛细血管床含有大量（10 至 100）毛细血管，这些毛细血管在人体的细胞和组织中分支。 毛细血管是直径较窄的管道，可以将红细胞放入单个档案中，是在细胞层面上与组织交换营养、废物和氧气的场所。 液体也会从毛细血管进入空隙空间。 毛细血管再次汇聚成静脉，这些静脉与小静脉相连，这些小静脉最终与主要静脉相连，将二氧化碳含量高的血液带回心脏。 静脉是将血液带回心脏的血管。 主要静脉从主要动脉供应的相同器官和四肢排出血液。 液体也通过淋巴系统带回心脏。

    不同类型血管的结构反映了它们的功能或层次。 血管壁由三层不同的层或束腰外衣构成（图\(\PageIndex{7}\)）。 第一件束腰外衣是与红细胞接触的内皮细胞的光滑内膜。 内皮束腰外衣与心脏的心内膜是连续的。 在毛细血管中，这种单层细胞是氧气和二氧化碳在内皮细胞和红细胞之间扩散的位置，也是通过内吞作用和外吞作用进行交换的部位。 毛细血管部位物质的运动受血管收缩、血管狭窄和血管舒张的调节，血管扩大；这对于血压的总体调节很重要。

    静脉和动脉在内皮周围还有另外两件束腰外衣：中间的束腰外衣由平滑肌组成，最外层是结缔组织（胶原蛋白和弹性纤维）。 弹性结缔组织伸展和支撑血管，平滑肌层通过血管收缩和血管舒张改变血管阻力，从而帮助调节血液流动。 动脉的平滑肌和结缔组织比静脉更厚，可以承受刚抽出的血液的更高压力和速度。 静脉壁变薄，因为压力和流速要低得多。 此外，静脉在结构上与动脉不同，因为静脉有瓣膜以防止血液回流。 由于静脉必须对抗重力才能使血液返回心脏，因此骨骼肌的收缩有助于血液流回心脏。

    插图 A 和 B 显示动脉和静脉由三层组成：一层叫做 tunica intima 的内部内皮，一层叫做 tunica media 的平滑肌和弹性纤维的中间层，以及称为 tunica externa 的结缔组织和弹性纤维的外层。 静脉中的外两层比动脉中的薄一层。 中心腔被称为管腔。 静脉有延伸到管腔的瓣膜。
    图\(\PageIndex{7}\)：动脉和静脉由三层组成：外层 tunica externa、中间 tunica media 和内部 tunica intima。 毛细血管由一层上皮细胞，即 tunica intima 组成。 （来源：NCI、NIH 对作品的修改）

    摘要

    心肌通过循环系统的三个部分泵送血液：冠状动脉、肺部和全身。 右侧有一个心房和一个心室，左侧有一个心房和一个心室。 心肌细胞是心肌细胞的功能，心肌细胞是独特的肌肉细胞，像骨骼肌一样有条纹，但像平滑肌一样有节奏和不由自主地抽水。 内部起搏器从窦房结开始，窦房结位于右心房壁附近。 来自 SA 节点的电荷脉冲导致两个心房一致收缩；然后脉冲到达右心房和右心室之间的房室结。 暂停电信号可以让心房在心室抽出血液之前完全排入心室。 来自心脏的血液通过复杂的血管网络通过人体传输；动脉将血液从心脏带走，静脉将血液带回心脏。

    词汇表

    心绞痛
    由于斑块积聚导致冠状动脉部分阻塞和心肌缺氧引起的疼痛
    主动脉
    把血液从心脏带走的身体主要动脉
    小动脉
    连接动脉和毛细血管床的小血管
    动脉
    将血液从心脏带走的血管
    动脉粥样硬化
    心脏冠状动脉中脂肪斑块的积聚
    房室瓣膜
    心房和心脏右侧心室之间的结缔组织的单向膜状皮瓣；也称为三尖瓣
    二尖瓣膜
    （也包括二尖瓣；左房室瓣膜）心房和心脏左侧心室之间的单向膜状皮瓣
    毛细管
    允许单个血细胞通过的最小血管以及氧气和营养交换的扩散部位
    毛细管床
    大量的毛细血管会聚在一起，将血液输送到特定的器官或组织
    心脏周期
    通过导致心肌收缩和放松的电信号填充和排空心脏的血液
    心肌细胞
    专门的心肌细胞，有横纹但像平滑肌一样不由自主地收缩
    冠状动脉
    为心脏组织提供血液的血管
    冠状静脉
    将血液从心脏组织带回心脏腔的血管
    舒张
    心脏周期的松弛阶段，当心脏放松且心室充满血液时
    心电图 (ECG)
    记录心肌的电脉冲
    心内膜
    心脏最内层的组织层
    心外膜
    心脏最外层的组织层
    下腔静脉
    排出来自下部器官和腿部的静脉血液
    心肌梗塞
    （也是心脏病发作）冠状动脉完全阻塞和心肌组织死亡
    心肌
    构成中间层和心壁大部分的心肌细胞
    心包
    保护心脏的膜层；也是心外膜的一部分
    半月阀
    主动脉和心室（主动脉或肺半月瓣膜）之间的结缔组织的膜状皮瓣
    窦房 (SA) 结
    心脏的内部起搏器；位于右心房墙附近
    上腔静脉
    排出来自大脑的颈静脉和来自手臂的静脉中的血液
    收缩
    心室向动脉输送血液时的心脏周期收缩阶段
    三尖瓣
    心房和心脏右侧心室之间的结缔组织的单向膜状皮瓣；也称为房室瓣膜
    血管收缩
    血管变窄
    血管舒张
    血管扩大
    静脉
    将血液带回心脏的血管
    vena cava
    身体的主要静脉从身体的上部和下部返回血液；见上腔静脉和下腔静脉
    静脉
    连接毛细血管床和静脉的血管