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A-level 应用科学/能量传递系统/循环和呼吸系统

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界
来自格氏解剖学旧版的心脏和肺部。

心脏是脊椎动物中一个梨形的肌肉器官,通过反复有节奏的收缩,负责将血液泵入血管。[1] 术语心脏(如心脏病学)表示“与心脏有关”,源于希腊语。心脏由心肌组成,心肌是一种不自主的肌肉组织,只存在于该器官中。[2]

在人体中,心脏通常位于胸腔中线的左侧,胸骨下方(见 图表)。心脏通常被认为位于左侧,因为左心(左心室)更强(它将血液泵入全身)。左肺比右肺小,因为心脏占据了左侧胸膜腔的大部分空间。心脏被一个称为心包的囊包裹,并被肺包围。心包是双层膜结构,其中包含浆液,以减少心脏收缩时的摩擦。纵隔是胸腔的细分,是心脏腔的名称。

心尖是钝尖,位于下端(指向下方和左侧)。听诊器可以直接放在心尖上,以便计算心率。该物理位置位于第六和第七肋骨之间,正好在胸骨左侧 [2]。在正常成年人中,心脏的质量为 250-350 克(9-12 盎司),大约是紧握的拳头大小的三分之四,但由于肥大,患有严重疾病的心脏质量可能高达 1000 克(2 磅)。它由四个腔室组成,两个上腔室称为心房(单数:心房)和两个下腔室称为心室。左侧是一张从 64 岁英国男性体内取出的新鲜人心的图片。

人心脏

心脏右侧的功能(见右心)是从身体收集脱氧血,在右心房中,然后将其泵入肺部(肺循环)通过右心室,以便二氧化碳可以被释放,氧气可以被吸收(气体交换)。这是通过一个称为扩散的被动过程发生的。左侧(见左心)将氧合血从肺部收集到左心房中。从左心房,血液移动到左心室,左心室将其泵入身体。在两侧,下心室比上心房更厚更强。左心室周围的肌肉壁比右心室周围的肌肉壁厚,这是因为将血液泵入体循环所需的力更大。

这些心脏图显示了其基本解剖结构

  1. 右心房
  2. 左心房
  3. 上腔静脉
  4. 主动脉
  5. 肺动脉
  6. 肺静脉
  7. 二尖瓣
  8. 主动脉瓣
  9. 左心室
  10. 右心室
  11. 下腔静脉
  12. 三尖瓣
  13. 肺动脉瓣

心房收缩

心室舒张

电信号从窦房结通过心房,到达房室结,然后通过浦肯野纤维到达心室。


可以使用胸部皮肤上的电极监测电信号。心电图是诊断心脏问题的重要工具

电脉冲和产生的心电图的动画。

正常心电图

正常心电图波形的分析

正常窦性心律

  • 每个 P 波后都跟随一个 QRS
  • P 波频率 60 - 100 bpm,变化小于 10%

如果窦房结患病或遗传功能障碍,则心脏可能会出现快速(心动过速)、缓慢(心动过缓)或快速和缓慢的节律(心律失常)。治疗可能包括药物和/或心脏起搏器。[3]

  • 如果频率小于 60 = 窦性心动过缓
  • 如果频率大于 100 = 窦性心动过速
  • 如果变化大于 10% = 窦性心律不齐

室颤:危险且快速的心室心律失常。心电图显示“奇异的、不规则的、随机波形;没有明显可辨认的 QRS 波群或 P 波”。[4]

文件:EKG VF.jpg 显示室颤的心电图。

心率是一个用于描述心脏周期频率的术语。它被认为是四大生命体征之一。通常将其计算为心脏在一分钟内收缩(心跳)的次数,并以“每分钟跳动次数”(bpm)表示。

休息时,成年人的心率约为 70 bpm(男性)和 75 bpm(女性),但该速率在不同人之间有所不同。但是,参考范围通常在 60 bpm(如果低于称为心动过缓)和 100 bpm(如果高于称为心动过速)之间。运动员的静息心率可能明显更低。

脉搏是测量心率最直接的方法,但在某些心跳没有太多心输出量时,它可能会具有欺骗性。在这些情况下(如某些心律失常中),心率可能比脉搏率高得多。

听诊也是一种心率测量方法。

心率控制

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心脏受自主神经系统和循环的肾上腺素控制。自主神经系统有两个分支:交感神经系统(“战斗或逃跑”反应)通过作用于窦房结、心肌和房室结来刺激心输出量。副交感神经系统(“休息和消化”反应)具有相反的作用。

颈动脉中的压力感受器检测血压。延髓中的化学感受器检测 pH 值和二氧化碳水平的变化。血压降低、pH 值降低或二氧化碳水平升高会导致通过交感神经系统刺激心脏。

虽然主动脉和颈动脉中的化学感受器检测氧气水平,但反应却违反直觉。低氧水平会导致心率降低,这可以保护心肌免受无氧呼吸的影响。

心率异常

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心动过速

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心动过速指的是心跳过快。按照惯例,该术语指的是成年患者每分钟心跳次数超过 100 次。心动过速可能是对压力的完全正常的生理反应。但是,根据心动过速的机制和患者的健康状况,心动过速可能是有害的,需要医疗治疗。在极端情况下,心动过速可能危及生命。

心动过速可能有两种危害。首先,当心脏跳得太快时,它可能会效率低下。其次,心脏跳得越快,它需要的氧气和营养物质就越多。这可能会让患者感到呼吸急促。对于患有缺血性心脏病的患者来说,这尤其成问题。

血液动力学反应

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人体包含几种反馈机制来维持足够的血液流动和血压。如果血压下降,心脏会跳得更快以试图提高血压。这被称为反射性心动过速。

这可能发生在血容量减少(脱水或出血)或血流意外变化的情况下。后者的最常见原因是体位性低血压(也称为姿势性低血压),这是在体位变化(例如,从躺下到站立)时发生的突然血压下降。

发烧和感染导致败血症也是心动过速的常见原因,主要是由于代谢需求增加和心率代偿性增加。

自主神经和内分泌原因

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交感神经系统刺激增加会导致心率增加,既通过交感神经纤维对心脏的直接作用,也通过导致内分泌系统释放激素(如肾上腺素),这些激素具有类似的效果。交感神经刺激增加通常是由于身体或心理压力(所谓的“战或逃”反应),但也可能由兴奋剂(如安非他明)引起。

嗜铬细胞瘤等内分泌疾病会导致肾上腺素释放和心动过速,独立于神经系统。甲状腺机能亢进也已知会引起心动过速。

窦性心动过速
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最常见的心动过速类型是窦性心动过速,这是身体对压力(包括发烧、脱水或失血(休克))的正常反应。在没有心脏病的情况下,它在心电图上往往表现为窄 QRS 复合波。治疗通常针对确定根本原因。

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心动过缓

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心动过缓定义为每分钟心跳次数少于 60 次,尽管在低于 50 bpm 之前很少出现症状。受过训练的运动员往往有较慢的静息心率,如果运动员没有相关的症状,那么静息心动过缓不应该被认为是不正常的。再次强调,这个数字可能会有所不同,因为体型较小的人和儿童的心率比成年人快。

一个人的脉搏是他们的动脉随着心跳而搏动。它可以在[颈部、手腕和身体其他部位]感觉到。

压力波通过血管传播,血管是柔韧的;这些波不是由血液的向前运动引起的。当心脏收缩时,血液被射入主动脉,主动脉就会扩张。此时,扩张波(脉搏波)明显,但移动速度相对较慢(3 到 6 米/秒)。当它向周围血管传播时,它逐渐减弱并变得更快。在大型动脉分支中,它的速度为 7 到 10 米/秒;在小型动脉中,它的速度为 15 到 35 米/秒。压力脉搏的传播速度比血流快 15 倍或更多倍。

术语脉搏也用来表示心跳频率,尽管是不正确的,通常以每分钟心跳次数来衡量。在大多数人中,脉搏是心率的准确测量指标。在某些情况下,包括心律失常,一些心跳无效,主动脉没有足够扩张来产生可触知的压力波。脉搏不规则,心率可能(远)高于脉搏率。在这种情况下,应通过听诊心脏尖端来确定心率,在这种情况下,它不是脉搏。脉搏缺损(心脏跳动和周围血管搏动之间的差异)应通过同时触诊桡动脉和听诊心脏尖端来确定。

健康成年人在静息状态下的正常脉搏率范围为每分钟 60 到 100 次(BPM)。在睡眠期间,这可以降至 40 BPM 甚至更低;在剧烈运动期间,它可以升至 200-220 BPM 甚至更高。通常,年轻人的脉搏率更高。婴儿的静息心率与成年人剧烈运动时的脉搏率一样高甚至更高。

脉搏用手指或拇指手动触诊。触诊颈动脉、股动脉或肱动脉时,可以使用拇指。但是,拇指本身有脉搏,这可能会干扰在其他部位检测患者的脉搏,在其他部位应该使用两到三根手指。为了感觉脉搏,手指或拇指必须放在动脉附近,并轻轻压在坚固的结构上,通常是骨头上。

另一种找到脉搏率的方法是触诊或听诊心跳。这最常见的是通过检查者的手掌或通过听诊器进行。在听诊器发明之前,检查者会将耳朵直接贴在胸部。

检查桡动脉脉搏。

常见脉搏点

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  • 桡动脉脉搏 - 位于手腕拇指侧
  • 尺动脉脉搏 - 位于手腕小指侧(尺动脉)
  • 颈动脉脉搏 - 位于颈部(颈动脉)。应轻柔触诊颈动脉。用强烈的触诊刺激其压力感受器可能会诱发严重的窦性心动过缓,甚至在一些敏感的人身上会停止心脏。此外,不应该同时触诊一个人的两条颈动脉,以避免晕厥或脑缺血的风险。
  • 肱动脉脉搏 - 位于肱二头肌和肱三头肌之间,肘窝内侧;经常用于婴儿颈动脉脉搏的替代(肱动脉)
  • 股动脉脉搏 - 位于大腿(股动脉)
  • 腘动脉脉搏 - 位于膝盖后面的腘窝处,可以通过按压弯曲的膝盖找到。患者将膝盖弯曲约 120 度,医生用双手按住膝盖,找到膝盖窝后面的腘动脉。
  • 足背动脉脉搏 - 位于脚背(足背动脉)
  • 胫后动脉脉搏 - 位于踝关节后侧内踝后方(胫后动脉)。
  • 颞动脉脉搏 - 位于耳朵正前方太阳穴(颞动脉)

脉搏的可触知性易受患者血压的影响。如果患者的收缩压低于 90 毫米汞柱,则桡动脉脉搏将不可触知。低于 80 毫米汞柱,肱动脉脉搏将不可触知。低于 60 毫米汞柱,颈动脉脉搏将不可触知。由于收缩压很少下降到那么低,因此颈动脉脉搏消失通常表明死亡。然而,对于某些受伤、患病或其他医疗问题的患者来说,没有可触知的脉搏,却有意识和清醒的情况并不少见。

[[Image:heart-and-lungs.jpg|thumb|right|230px|位于胸腔的心脏和大血管两侧。 (来源:人体解剖学 Gray's Anatomy,第 20 版,1918 年)

空气通过软骨结构的通道(支气管和细支气管)进入和离开肺部。在这张图片中,肺组织已被解剖,以显示细支气管

是空气呼吸脊椎动物中必不可少的呼吸器官。它的主要功能是将氧气从大气中输送到血液中,并将二氧化碳从血液中排出到大气中。这种气体交换是在形成数百万个微小的、异常薄壁的空气囊(称为肺泡)的专门细胞的马赛克中完成的。肺还有非呼吸功能。

与肺相关的医学术语通常以pulmo-开头,来自拉丁语pulmonarius(“肺的”),或者以pneumo-开头(来自希腊语πνεύμω“肺”)[5][6]

呼吸功能

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有氧呼吸产生的能量需要氧气,并产生二氧化碳作为副产物,因此需要一种有效的将氧气输送到细胞并从细胞中排出二氧化碳的方法。

在空气呼吸脊椎动物中,呼吸发生在一系列步骤中。空气通过气道进入动物体内——这包括鼻子;咽部;喉部;气管(也称为风管);支气管和细支气管;以及呼吸树的末端分支。肺是丰富的肺泡晶格,它提供了巨大的气体交换表面积。精细毛细血管网络允许血液在肺泡表面运输。肺泡内空气中的氧气扩散到血液中,而血液中的二氧化碳扩散到肺泡中,两者都穿过薄的肺泡膜。

空气的吸入和呼出是由肌肉活动驱动的;使用复杂的肌肉骨骼系统。一块大的肌肉,膈肌(除了内肋间肌)通过周期性改变胸腔内体积和压力来驱动通气;通过增加体积并因此降低压力,空气沿着压力梯度流入气道,而通过减少体积并增加压力,则相反。在正常呼吸过程中,呼气是被动的,没有肌肉收缩(膈肌放松)。

这种吸入和呼出空气的另一种名称是通气。

哺乳动物的肺具有海绵状结构,并布满上皮组织,其总表面积远大于肺本身的外部表面积。

呼吸主要由胸腔底部的肌肉性膈肌驱动。膈肌收缩会拉动容纳肺的腔室底部向下。空气通过口腔和鼻腔进入;它流经喉部进入气管,气管分支成支气管。膈肌放松具有相反的效果,在正常呼吸期间被动回缩。在运动过程中,膈肌收缩,迫使空气更快更强烈地排出。肋骨本身也能在一定程度上膨胀和收缩,这是由于其他呼吸肌和辅助呼吸肌的作用。因此,空气被吸入或排出肺部,始终沿着其压力梯度移动。这种类型的肺被称为风箱肺,因为它类似于铁匠的风箱。

解剖学

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在人类中,是两条主要的支气管(由气管分叉产生)进入肺根部。支气管继续在肺内分支,在多次分支后,产生细支气管。支气管树继续分支,直到到达终末细支气管,终末细支气管通向肺泡囊。肺泡囊由肺泡簇组成,就像一串葡萄中的单个葡萄。单个肺泡被血管紧紧包裹着,气体交换实际上发生在这里。来自心脏的脱氧血通过肺动脉泵入肺部,在那里氧气扩散到血液中,并在红细胞(红细胞)的血红蛋白中与二氧化碳交换。富氧血通过肺静脉返回心脏,被泵回全身循环。

支气管、支气管树和肺。(心脏切迹标记在左下角。)

人的肺位于心脏两侧的两个腔内。虽然外观相似,但两者并不完全相同。两者都分为叶,右侧有三个叶,左侧有两个叶。叶进一步分为小叶,肺的六边形部分,是肉眼可见的最小亚单位。将小叶分隔开来的结缔组织在吸烟者和城市居民中通常是黑色的。右肺的内侧边界几乎是垂直的,而左肺包含一个心脏切迹。心脏切迹是一个凹陷,模制成适合心脏的形状。

肺在一定程度上是“过度建造”的,与休息时氧气交换需求相比,具有巨大的储备容积。这就是为什么个人可以吸烟多年而不会在静止或缓慢移动时出现明显的肺功能下降的原因;在这些情况下,实际上只有一小部分肺部实际上被血液灌注以进行气体交换。随着运动导致氧气需求增加,更大的肺部体积被灌注,使身体能够匹配其CO2/O2交换需求。

肺的环境非常潮湿,这使得它适合细菌生存。许多呼吸道疾病是由细菌或病毒感染肺部引起的。

肺活量

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肺活量是指一个人在最大吸气后所能呼出的最大气体量。

人的肺活量可以用肺活量计测量,肺活量计可以是湿式肺活量计或普通肺活量计(肺活量测定)。结合其他生理测量,肺活量可以帮助诊断潜在的肺病。

肺活量是人能从肺部呼出的最大气体量,首先将肺部充满到最大程度,然后呼气到最大程度(约 4600 毫升)。它等于吸气储备容积加上潮气量加上呼气储备容积。

进一步阅读

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呼吸

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呼吸将氧气输送到体内,将二氧化碳排出体外。需氧生物需要氧气通过呼吸产生能量,以能量丰富的分子(如葡萄糖)的形式。正常放松呼吸的医学术语是平静呼吸。

力学

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吸气通常是一种主动运动,需要膈肌收缩。在休息状态下,呼气通常是一种被动过程,由胸腔的弹性回缩提供动力,类似于泄气的气球。

气体交换

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呼吸只是将氧气输送到身体需要的地方的过程的一部分。气体交换过程发生在肺泡中,通过肺泡气体和肺毛细血管中流过的血液之间的气体被动扩散来完成。一旦进入血液,心脏就会推动溶解气体在循环系统中流动到全身。

除了二氧化碳,呼吸还会导致身体水分流失。呼出的空气相对湿度为 100%,因为水在呼吸道和肺泡的潮湿表面扩散。

呼吸控制

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呼吸是少数几个可以在一定范围内有意识和无意识控制的身体功能之一。

无意识地,呼吸由脑干中的专门中枢控制,这些中枢会根据身体在任何时候的需求自动调节呼吸频率和深度。

当血液中的二氧化碳浓度升高时,它会与血液中的水反应,生成碳酸。血液pH值的下降会导致大脑中延髓信号中心向横膈膜和肋间肌发送神经冲动,从而增加呼吸频率。

运动时,由于肌肉的细胞呼吸增加,血液中二氧化碳的含量会增加,因此呼吸频率会增加。休息时,二氧化碳的含量较低,因此呼吸频率也较低。这确保了适量的氧气输送到肌肉和其他器官。重要的是要重申,血液酸化引起二氧化碳积累会比缺氧更让人渴望呼吸。极少数情况下,患有慢性肺病的个体可能会通过根据氧气水平调节呼吸来适应血液中高浓度的二氧化碳。

过度换气会导致CO2下降至低于正常水平,降低血液酸性,从而使大脑误以为氧气含量比实际更多。

呼吸频率

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人类通常每分钟呼吸12到20次。

空气成分

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我们吸入的空气中大约有21%的氧气(体积百分比)。

并非所有吸入的氧气都被转化为二氧化碳;我们呼出的气体中大约有13%仍然是氧气。这就是使复苏成为可能的原因。此外,我们对这种相对少量的氧气的依赖会导致在纯氧或富氧环境中过度活跃或欣快。

气体交换

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气体交换过程发生在肺泡中,通过肺泡气体和肺毛细血管中流过的血液之间的气体被动扩散。一旦进入血液,心脏就会推动溶解气体在循环系统中流经全身。


参考文献

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  • Parkes M (2006). "Breath-holding and its breakpoint". Exp Physiol. 91 (1): 1–15. PMID 16272264. 全文


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参考文献

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  1. 美国传统史蒂德曼医学词典. "KMLE医学词典对心脏的定义". {{cite web}}: 外部链接在 |author= (帮助).
  2. 美国传统史蒂德曼医学词典. "KMLE医学词典对心脏的定义". {{cite web}}: 外部链接在 |author= (帮助).
  3. 第228页,布莱克医学词典
  4. [1] ECG库。
  5. 美国传统史蒂德曼医学词典. "KMLE医学词典对肺的定义". {{cite web}}: 外部链接在 |author= (帮助).
  6. 美国传统史蒂德曼医学词典. "KMLE医学词典对肺的定义". {{cite web}}: 外部链接在 |author= (帮助).
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