结构生物化学/细胞信号通路/循环系统
循环系统是一个器官系统，它将身体必需的物质，如血细胞、营养物质、气体等，输送到细胞和从细胞中带走，以维持体内平衡。在循环系统下，有两个系统：心血管系统和淋巴系统。心血管系统包括心脏、血液和血管，而淋巴系统由淋巴、淋巴结和淋巴管组成。
并非所有生物都需要循环系统。它的主要目的是将营养物质和氧气等必需元素分布到整个细胞中。体型较小的生物或表面积与其体积比值较高的生物不需要循环系统，因为物质可以跨越它们的细胞膜直接进行转移。扁形动物就是一个例子；由于它们的体型和形状，细胞可以在没有广泛循环系统的情况下获得营养物质并去除废物，因为扩散就足够了。然而，人类由于体型较大，需要循环系统；例如，如果没有循环系统，氧气将无法有效地扩散到器官细胞中，因为氧气将不得不通过我们的皮肤进入器官细胞才能获得氧气。在这种情况下，内部循环系统（血管、静脉和动脉的网络）是有益的，因为营养物质和氧气可以在中心位置收集并分布到全身。
开放/封闭循环系统
在开放循环系统中，循环液直接沐浴器官。在这些动物中，循环液称为血淋巴，与组织液相同。心脏将血淋巴通过血管泵入窦（充满液体的空间），在那里血淋巴与细胞之间进行物质交换。节肢动物和大多数软体动物具有开放式循环系统。
封闭循环系统将血液完全循环在血管内，因此血液与组织液是分开的。一个或多个心脏将血液泵入大型血管，这些血管分支成更小的血管，组织液沐浴着细胞。例如，环节动物，如蚯蚓，具有封闭的循环系统。这通常称为心血管系统。
动脉、静脉和毛细血管是三种主要的血管类型。在每种类型中，血液只在一个方向流动。(1) 动脉将血液从心脏输送到全身的器官。(2) 静脉将血液输回心脏。(3) 毛细血管是微小的血管，具有非常薄、多孔的壁。毛细血管也与身体的每个器官相接触。
所有脊椎动物的心脏都包含两个或多个肌肉腔。接收进入心脏的血液的腔室称为心房。将血液泵出心脏的腔室称为心室。
血液在每个完整循环中通过心脏一次。在单循环中，离开心脏的血液在返回心脏之前会经过两个毛细血管床。当血液流过毛细血管床时，血压会大幅下降。鱼类进行单循环，它们有一个两腔室心脏和一个单循环。血液必须经过两个毛细血管床。毛细血管床是交换发生的地方，氧气被装载，二氧化碳被卸载。血液在第一个毛细血管床中收集，然后继续进入第二个毛细血管床。两个毛细血管床是有问题的，因为血液压力在分支成更小的分支时会下降，这在单循环中发生两次，导致血液压力急剧下降。肌肉收缩和运动有助于系统将血液输回心脏。这就是为什么单循环对鱼类有效的原因，因为它们不断地运动。
两栖动物、爬行动物和哺乳动物的循环系统有两个不同的循环。
肺循环是循环系统的一部分，它将缺氧血液从心脏输送到肺部，然后将含氧血液输回心脏。血液在肺循环中的路径从心脏的右侧开始。来自身体的缺氧血液通过右心房进入心脏，在那里它被泵入右心室，并通过右心房室瓣进入右心室。然后将血液泵入两条肺动脉，每条肺动脉一条，进入肺部。肺动脉将缺氧血液输送到肺部，而肺静脉将含氧血液输送到红细胞。在那里，它们释放二氧化碳，然后在呼吸过程中吸收氧气。现在血液已经氧合，它通过肺静脉离开肺部，返回左心，完成肺循环。血液进入左心房，被泵入左心室，并通过左心房室瓣进入左心室。从这里，血液通过体循环分布到全身，然后再次返回肺循环以吸收更多氧气。
全身循环，顾名思义，是指血液在整个身体中的循环。其主要作用是为全身所有组织提供营养。但它不直接滋养心脏和肺脏，因为它们有各自的循环系统。然而，全身循环是整个循环系统不可或缺的一部分。血管，包括动脉、静脉和毛细血管，负责将氧气和营养物质输送到组织。富含氧气的血液通过心脏的主要动脉——主动脉进入血管。心脏左心室强力收缩的力将血液推入主动脉，然后流入更小的动脉，并分布到全身。事实上，动脉内层非常光滑，有利于血液快速流动。当心房收缩时，更多的血液流入心室。最终，房室瓣关闭。心室经历等容收缩，即心室收缩，但容积不变。当心室压力超过主动脉压力时，主动脉瓣打开。与动脉内层相比，动脉外层相对强韧，这使得血液能以强劲的力度流动。当血液流经动脉时，流速很快。这是因为动脉的横截面积较小，而线速度与横截面积成反比。当血液到达毛细血管时，流速会降低，因为毛细血管的横截面积很大。这个全身循环过程的倒数第二步是富含氧气的血液进入毛细血管，释放氧气和营养物质。最后，废物和富含废物的血液收集起来，流入静脉，被带回心脏。剩下的工作由前面提到的肺循环负责。全身循环的其他关键方面包括血液经过肾脏，即肾脏循环。在这个阶段，肾脏会尽可能地过滤掉血液中的废物。血液还会流经小肠，即门脉循环。在这个阶段，来自小肠的血液汇集到门静脉，然后流经肝脏。更具体地说，肝脏过滤血液中的糖，并将其储存起来以便日后使用。
虽然肺循环和全身循环为身体其他部位提供氧气和营养物质，但不能忽视心脏对营养物质的持续需求。冠状循环就是为了满足这种需求，它指的是血液在心脏组织中的流动。尽管血液充斥着心脏腔室，但心肌（心脏的肌肉组织）非常厚，需要血管将血液输送到深层。这些负责将富含氧气的血液输送到心肌的血管被称为冠状动脉。负责从心肌中去除脱氧血液的血管被称为心脏静脉。健康的冠状动脉能够进行自身调节，以维持与心肌需求相适应的冠脉血流量。冠状动脉的重要性可以用“终端循环”来描述，因为它们是心肌唯一供血来源。
心脏的冠状循环包括血液（在外部世界和身体细胞之间输送物质的液体）、大量血管（将血液输送到全身，为各个细胞输送营养物质）以及冠状循环系统的核心组件——心脏（它将血液推入血管）。心脏产生的将血液推入血管的压力称为血压。如果血压不足以产生足够的力将血液推入血管，某些细胞就会缺氧，这种情况被称为缺血。
在冠状循环中，要了解心脏和血管如何响应自主神经和内分泌的输入并改变其行为，必须仔细观察心血管系统中的每个组成部分。心脏由两个相互连接的独立泵组成。这两个半心脏由平行排列的血管连接，并彼此串联。右心房接收来自身体大部分部位的血液，并将血液泵入肺部的血管（肺循环）；左心房接收来自肺部的血液，并将血液泵入血管，输送到身体其他部位（全身循环）。右心房和左心房本身又分别分为两个部分：心房和心室。流向右心房的静脉首先连接到右心房。进入右心房的血液随后被泵入右心室，右心室与右心房之间由二尖瓣隔开。一旦进入右心室，血液就会通过肺循环中的动脉和静脉进入左心房。一旦进入左心房，血液就可以进入左心室，因为二尖瓣（三尖瓣）由于两个腔室之间的血压差异而打开和关闭。
在进入左心室后，血液被推动穿过主动脉瓣，流向身体的其他部位。由于左心室必须产生足够的力将血液输送到身体的其他部位，因此左心室的肌肉比右心室的肌肉强壮得多。
两半心脏的血液输出量必须在分秒间保持完全一致，否则血液将在全身循环或肺循环中积聚，这将导致整个循环系统出现重大问题。心脏受损会导致心脏泵的效率降低。在充血性心力衰竭中，左心房的血液输出量超过右心房，这种情况被称为全身性水肿。这种情况可以通过服用利尿剂和增强心脏整体力量的药物来治疗。在左心房衰竭中，右心房的血液输出量超过左心房，这种情况被称为肺水肿。这种情况会干扰肺部的气体交换，并可能导致窒息。如果心脏整体变得非常虚弱，就会出现充血性心力衰竭。在充血性心力衰竭中，心脏的残余血压会导致心脏异常充盈，极大地拉伸心肌。在这种情况下，心脏甚至无法强力收缩，也无法将血液推入大动脉。这种情况必须立即得到治疗，否则会导致死亡。
体液主要分布在循环系统中的三个主要隔室中。这三个隔室分别是细胞内部的体积（细胞内隔室）、循环系统本身内部的体积（血浆隔室）以及循环系统和细胞内隔室之间的体积（间质隔室）。在正常情况下，三个不同的隔室彼此之间处于渗透平衡，但它们包含不同的溶质分布。细胞内部含有大量的有机阴离子（主要是蛋白质），间质液中基本没有，血浆中只有少量。钠离子和钾离子在细胞膜两侧的浓度分布呈相反趋势。三个隔室中的溶质总毫摩尔数相等。细胞膜将细胞内隔室和间质隔室隔开。毛细血管壁将间质隔室和血浆隔室隔开。必须在不同隔室之间交换的物质必须穿过这些屏障才能到达另一侧。
在所有情况下，测量体液的基本方法是将适当的标记分子（伊文蓝、菊粉、H2O）稀释到要测量的体积中，使其在隔室中充分混合，然后测量标记物的浓度。基本计算基于公式：体积 = (数量/浓度)。然而，这种方法可能存在一些误差来源。这些误差包括标记物在隔室中混合不充分、标记物分子通过代谢或排泄而损失以及渗漏到其他隔室。理想的标记物质具有以下特点：只进入要测量的隔室、与混合时间相比，分解或排泄速度非常慢、随时间呈简单的指数函数衰减（因此可以根据数据推断其初始浓度）。血浆体积使用伊文蓝进行测量，伊文蓝与血细胞和血浆蛋白结合。间质体积使用能够在血浆和间质液之间平衡但不会进入细胞的分子（菊粉）进行测量。全身水分使用氘代或氚代 H2O 进行测量，通过减去血浆体积和间质体积，可以测量细胞内体积。
体液隔室由一层层细胞组成，这些细胞彼此并排排列。溶质和水在隔室之间移动时穿过的细胞层是上皮细胞或内皮细胞。化学物质在浓度梯度或压力梯度的驱动下穿过这些细胞壁。这些化学物质可以通过跨细胞途径、旁细胞途径或两者兼而有之穿过毛细血管壁。大多数上皮细胞是极化的，这意味着面向间质液的细胞膜性质与面向管腔的同一细胞的细胞膜性质不同。如果存在驱动力并且尺寸不太大，化学物质就可以通过旁细胞途径穿过。通过跨细胞途径的过程更为复杂，因为可能需要转运蛋白来促进跨细胞膜的扩散。
哺乳动物血液的组成是 55% 血浆和 45% 细胞成分。
血浆 血浆约 90% 是水，溶解的盐是血液的重要组成部分。其中一些离子缓冲血液，在人类中，血液的 pH 值通常为 7.4。
细胞成分 两种细胞类型：红细胞，负责运输氧气；白细胞，负责防御。血液中还包含血小板，这是参与凝血过程的细胞碎片。
一次完整的泵血和充血循环称为心脏周期。循环的收缩阶段称为收缩期，而舒张阶段称为舒张期。
对于静息状态下心率约为每分钟 72 次的成年人，一个完整的心脏周期大约需要 0.8 秒。(1) 当心房和心室处于舒张期时，从大静脉回流的血液通过房室瓣流入心房和心室。(2) 然后，心房收缩的短暂时期迫使所有剩余的心房血液流入心室。(3) 在循环的其余时间，心室收缩将血液通过半月瓣泵入大动脉。
- 窦房结 (SA) 节点去极化。
- 电信号传递到房室结。
- 去极化扩散到心房。
- 去极化沿着希氏束传递到心脏尖端。
- 去极化从尖端向上扩散，通过束支。束支分成左右束支。
- 信息通过浦肯野纤维传递，导致心室收缩。
窦房结被称为心脏起搏器，因为它具有最快的节律，约为每分钟 80 次。每次 SA 节点产生动作电位时，信息都会像上面描述的那样传递到心脏。如果 SA 节点受损且信息没有传递下去，房室结将接管心脏起搏器的功能。房室结的跳动速度要慢得多，只有大约每分钟 40 次。虽然这足以让人存活，但收缩速度太慢，不适合剧烈运动。在这种情况下，医生会建议植入人工起搏器。
如上所述，心脏的电活动可以用心电图 (ECG) 来测量。这种测量是通过皮肤上的电极进行的，这些电极能够接收来自心脏内部传导的信号的电场。由于体液是盐溶液，因此能够很好地传导信号。ECG 从肢体或胸部导联记录。典型的 ECG 包括 P 波、QRS 波 (复合波) 和 T 波。ECG 是微弱的电位，幅度只有几毫伏。P 波对应于心房去极化，发生在心房收缩之前。QRS 复合波对应于心室去极化，发生在心室收缩之前。最后的 T 波是由于心室复极化，发生在心室舒张期间。心室动作电位与 ECG 记录之间存在时间关系。
ECG 的价值在于，它们是一种无创方法，可以以相对简单的方式监测心脏状况。矢量分析也用于分析心脏，可以指示心脏损伤的位置。
心脏传导通路中可能发生一些问题，这些问题会导致 ECG 的外观发生很大变化。
在一级阻滞中，心室去极化延迟，因此 PR 间期延长。在二级阻滞中，P 波有时不伴随 QRS 复合波，甚至可能完全消失。在三级阻滞中，P 波和 QRS 复合波彼此完全独立地出现。
在心房颤动中，所有波形都可能乱序，但这并不是什么大问题，因为心室仍然正常工作，只是接受了错误的心房冲动。这会导致心律不齐。在心室颤动中，波形散布在各处，如果不立即处理，这是一个致命的心脏问题。
起搏细胞有助于启动心脏的节律性去极化。它是心脏以节律性模式跳动的根本原因。心脏不会从神经系统接收传递器来使它收缩。相反，心脏具有起搏细胞和传导纤维的组合来维持自主去极化。两种起搏细胞是窦房结和房室结。希氏束和浦肯野纤维等传导纤维有助于将电流传送到所有心室肌系统。这个过程很重要，因为心脏同步收缩，如果没有电流通过传导纤维的传递，心脏将无法正常工作。起搏细胞也有助于起搏电位，其中去极化的发生与正常的心脏动作电位不同。
心脏中的 SA 节点是由一组细胞组成的，也称为起搏器，因为它设定了所有心肌收缩的计时器。起搏器产生通过心房传导的信号波，导致两个心房同时收缩。信号从 SA 节点传送到 AV 节点，另一组细胞接收来自第一个节点的电流。在 AV 节点发生延迟，因为心房必须完全排空，并且所有血液必须流入才能让心室收缩。延迟过后，AV 节点现在能够将电流通过束支传递到心脏尖端，在那里它通过浦肯野纤维扩散到整个心室，引发收缩。
有三个特性可以解释血液从小动脉流入毛细血管的模式，包括横截面积、血流速度和血压。血液从动脉流向小动脉，再流向毛细血管，由于总横截面积的增加而减缓。毛细血管的数量非常多，使毛细血管床的横截面积远远大于动脉或循环系统的任何其他部位。这里的血流也很缓慢，因为正在进行物质交换。横截面积的增加与血流速度的下降相关，因为动脉必须将血液输送到许多毛细血管。但是，值得注意的是，当血液重新进入静脉时，血流速度略有增加。这是因为静脉和小静脉的横截面积略大于毛细血管。因此，直径的变化有助于加快血液流入静脉的速度。当血液进入毛细血管床时，毛细血管的直径很窄，这会导致血流阻力。这种阻力会导致心脏产生的大部分压力消散。动脉能够始终保持血液处于加压状态。动脉在心室收缩期间的压力称为收缩压，是动脉中的最高压力。动脉在舒张期时的压力称为舒张压，与收缩压相比，舒张压要低得多。
在毛细血管床中，有两种力量负责驱动水分向外或向内扩散。这两种力量被称为血压和渗透压，它们是毛细血管中的相反力量。渗透压是由血液中始终存在的蛋白质白蛋白建立的。白蛋白是一种太大而无法从血液中转移出去的蛋白质，因此渗透压始终保持恒定，因为最终，蛋白质无法离开毛细血管床，它们是维持这种压力的蛋白质。血压由动脉中的收缩压和舒张压决定。当血压高于渗透压时，会发生向外的液体流动。另一方面，当渗透压高于血压时，会发生向内的液体流动。通常，离开毛细血管的交换量比返回毛细血管的交换量多。许多没有返回循环系统的液体流失。
心脏和血管的疾病。心血管疾病的范围从静脉或心脏瓣膜功能的轻微障碍到危及生命的血液流向心脏或大脑的破坏。
心脏的一侧比另一侧弱，导致心脏两半的血液泵出不均匀。人们可以天生患有这种疾病，但通常发生在心脏一侧受损时。
- 右心衰竭发生在左心室比右心室泵出更多的血液时。血液会积聚并积聚在体内，导致一种称为全身性水肿的疾病。多余体液的积聚会导致手臂持续肿胀。幸运的是，右心衰竭并不严重或危及生命。它们可以通过增加心脏收缩力的药物轻松治疗。
- 左心衰竭发生在右心室比左心室泵出更多的血液时。这会导致血液积聚在肺部，导致肺水肿。血液积聚会导致窒息，甚至死亡。与右心衰竭不同，左心衰竭非常严重，必须立即治疗。
左心室和右心室必须始终收缩相同的血液量。即使左心室收缩力比右心室强，但泵出的血液量相同。
导致心力衰竭的主要原因是会损害心脏的疾病，例如冠心病（CHD）、高血压和糖尿病。许多这些危险因素不一定可以改变或逆转。可以在一生中改变的主要危险因素包括吸烟、血胆固醇水平过高、缺乏运动以及超重/肥胖。无法改变的主要危险因素包括遗传、衰老、男性和种族。
吸烟会通过多种方式损害心血管系统，例如损害动脉内壁并降低体内“好”胆固醇的含量。特别是尼古丁会提高心率和血压。吸入一氧化碳会导致血液中氧气供应减少。吸烟者和吸二手烟者都可能出现心脏相关问题。
在美国，心力衰竭被认为是一种常见疾病，影响着约 580 万美国人。心力衰竭无法治愈，但许多治疗方法，如药物治疗和生活方式改变，可以帮助人们缓解一些症状并延长寿命。目前针对晚期心力衰竭的治疗选择包括植入左心室辅助装置 (LVAD) 以帮助心脏机械地继续泵血。目前，LVAD 植入物正在用作终末期治疗或人工心脏移植的桥梁。
参考文献 http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/hf/
动脉由于脂肪沉积而硬化。健康的动脉具有光滑的内壁，可减少血液流动阻力。损伤或感染会导致内壁粗糙并导致炎症。白细胞会被吸引到受损的内壁并开始吸收脂质，包括胆固醇。
硬化过程通常伴随着自然衰老过程。高血脂症由于不健康的生活方式（如高脂肪饮食、饮酒和缺乏运动）引起，会导致动脉硬化加速。其他动脉粥样硬化的危险因素包括糖尿病、高血压、吸烟和家族史。
诊断包括一系列医疗检查，如磁共振动脉造影 (MRA)、血管造影（使用 X 射线观察动脉内部）和超声多普勒检查。
也称为心肌梗塞，是指由于一条或多条冠状动脉阻塞导致的心肌组织损伤或死亡。由于冠状动脉直径很小，因此特别容易发生阻塞。这种阻塞会导致心肌迅速坏死，因为不断跳动的心肌无法在缺氧的情况下存活很长时间。
心脏病发作可能是由于血小板粘附在斑块的破裂部位以及血栓阻塞了流向心脏的血液。心脏病发作的症状包括胸痛、焦虑、咳嗽、昏厥、头晕、呼吸急促和出汗。
中风是指脑部神经组织因缺氧而死亡。中风通常是由头部动脉破裂或阻塞引起的。中风的影响和个体存活的机会取决于受损脑组织的程度和位置。
中风在医学上也称为脑血管疾病、脑梗塞或脑出血。中风主要有两种类型，即缺血性中风和出血性中风。
- 缺血性中风：这种类型的中风发生在供应脑部血液的血管被血栓阻塞时。血栓可能位于已经狭窄的动脉中，被称为血栓性中风。血栓形成的另一个途径是来自另一个血管或身体其他部位的脱落血栓，并向上移动到大脑。这种类型的中风被称为栓塞性中风。这些血栓由脂肪、胆固醇组成，形成了斑块。
在缺血性中风中，可能发生两种类型的中风；栓塞性和血栓性。在栓塞性中风中，血栓从身体的某个部位迁移到大脑。在血栓性中风中，由血栓引起的，血栓形成于动脉因动脉粥样硬化而变窄的地方。
- 出血性中风：这种类型的中风发生在脑部血管变弱并最终破裂时。血液开始泄漏到大脑中。脑血管已有缺陷的人更容易出现出血性中风。
在出血性中风中，可能发生两种不同的中风类型；蛛网膜下腔出血性中风和脑内出血性中风。在蛛网膜下腔出血中，脑部与颅骨之间有出血，通常是由动脉瘤引起的。在脑内出血中，出血发生在脑部血管中，由高血压及其对动脉的破坏作用引起。
中风的危险因素包括家族史、高胆固醇、年龄、种族、不健康的生活方式和饮食以及糖尿病。35 岁以上的女性、吸烟者和服用避孕药的人患中风的风险非常高。
随着时间的推移，因疾病而变窄的动脉仍然可以打开足够的空间，将血液输送到心脏。但是，在剧烈运动时，心脏需要比狭窄动脉能够成功处理的更多的氧气来正常运作。结果被称为心绞痛，这是一种严重的胸痛。疼痛可能发生在胸部、肩膀、脖子、手臂、手或背部，通常表现为这些部位之一的紧绷或沉重压力。心绞痛可以通过药物或手术治疗来控制，但随着时间的推移，可能会变成阻塞性动脉，甚至会导致心脏衰竭。
当动脉被阻塞时，它可能变得无法正常运作，或者会影响流向心脏的整体血液供应。在这种情况下，将从阻塞部分的上方和下方将静脉移植到动脉中。
D. Silverthorn。 (2009)。人体生理学第 5 版。美国加利福尼亚州旧金山：本杰明·卡明斯
PubMed Health：动脉硬化。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/PMH0001224/
国家心脏肺脏和血液研究所：什么是心力衰竭？ http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/hf/
PubMed Health：中风 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/PMH0001740/
Insel, P.M.，& Roth, W.T. (2012)。健康核心概念。美国加利福尼亚州圣地亚哥：麦格劳希尔。