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心脏有什么作用?

一生中,心脏会跳动数十亿次,从不休息。但心脏是如何工作的?是什么让它持续跳动?

作者:Matt Hrodey
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人类的心脏和一位医生。来源:Buravleva stock/Shutterstock

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心脏可能是人体中最具弹性的器官,与大脑一样,也是最重要的器官。女性心脏重约八盎司,每天跳动 100,000 次(一生中 25 亿次),泵血的力道足以挤压网球。在一个 80 岁的寿命里,其泵出的血量足以填满 100 个奥林匹克标准游泳池。

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为了维持如此高速的运转,心脏贪婪地消耗自身的血液供应,消耗约 5% 的身体氧气,而自身质量仅占身体的 0.5%。按体重比例计算,心脏是人体中能量需求最高的器官。

阿尔伯塔大学心血管研究中心教授 Gary Lopaschuk 说:“心脏比大脑强大得多。”“心脏可能是你体内最耗氧的器官。”

心脏捐献

心脏的唯一目的是收缩,每天将血液输送到 60,000 英里的血管中。它对这项任务如此专注,以至于即使在脑死亡的情况下,它也会继续跳动,正如“跳动的心脏捐献者”——通过氧气和营养物质维持生命以供器官移植的身体。

Lopaschuk 说:“你可以把心脏从身体里取出来,只要给它提供正确的燃料,它就会继续跳动。”

心脏的工作原理

在大多数情况下,心脏依靠氧气来产生至关重要的三磷酸腺苷 (ATP),这是一种关键的能量来源。其能量储备依赖于一种微妙的平衡:没有新的 ATP,储备将在 2 到 3 秒内耗尽,心肌将无法收缩,从而导致心脏病发作。

为了防止能量不足,心脏通过接收附近肺部输送的稳定富氧血液来工作。为了进一步保护自己,心脏需要营养物质来产生能量,包括脂肪酸、碳水化合物、蛋白质和酮体。

Lopaschuk 说:“心脏是一种杂食动物。“它几乎会利用任何燃料。”

脂肪酸产生高达 90% 的 ATP,因为它们提供可靠的能量来源,但心脏有后备计划。在营养不良时期,它会利用葡萄糖储备并回收乳酸分子来产生所需的能量。

心脏有什么作用?

凭借这些能量,心脏独立于大脑,按照自己的节拍器运行,每分钟跳动 60 到 100 次,具体取决于个体。与其他哺乳动物一样,人类拥有特殊的که心肌细胞群,能够产生规律的电信号(称为“起搏器”细胞群)并将其传递到整个心脏。沿着特殊的通路,电信号收缩上房,然后收缩下室,将血液泵出心脏。

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除非死亡或其他并发症,否则这个过程永不停止。起搏器细胞反复吸收钠离子,使其像神经元一样放电,发送一个又一个信号。

一篇2014 年的论文描述了一项实验,研究人员从人类干细胞中培养出心肌细胞,并观察它们“自组装成一小片自发跳动的”心肌组织。这块原始器官每分钟跳动约 70 次,处于正常范围内,持续了大约一个月。

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暂时偏离

即使心脏出现功能障碍,它通常也会很少或没有严重副作用。近 45% 的心脏病发作会产生轻微的“无声”影响,患者会将其误认为是其他疾病,如疲劳。

其他意外也可能悄无声息地过去:有时,起搏器细胞可能会暂时停止工作,出现良性的“窦性停搏”,然后恢复正常。

或者,它们可能会采用不寻常的节律,这种情况可能不需要治疗。


阅读更多:心脏病发作时会发生什么

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心跳之谜

2012 年,马萨诸塞州伍斯特市圣文森特医院的一名患者心脏出现了前所未有的节律,使其心率达到每分钟 600 次,大约是正常速率的 10 倍。在此之前,鉴于心脏的“布线”,专家们长期以来认为每分钟 300 次是正常心率的上限。然而,一名 57 岁的瘫痪患者却产生了像细齿梳一样的峰值心电图,持续了 20 秒。

该男子最初因胸痛入院,住院两晚后病情有所好转。但随后疼痛再次出现,医生发现其心脏的心房和心室区域存在心律失常,即不规则的节律。


阅读更多:一次剧烈冲击后心脏如何停止跳动


突然的转折

在一次特别剧烈的胸痛之后,该男子失去意识,他的心率每约 100 毫秒就会飙升一次,速度与普通人眨眼的速度差不多。大约 20 秒后,心率从 600 次/分下降到 300 次/分,然后突然恢复正常。

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在心跳正常两天后,该男子出院了,医生们则忙于研究人类心脏是如何以每秒约 10 次的速率跳动的。例如,心脏的一个主要电信号中继——房室结,每 0.2 秒才能放电一次,将心率上限限制在每分钟约 300 次

是什么导致心律失常失控?医生们推测,该男子体内一定存在不寻常的电连接,并且他的瘫痪可能与某种自主神经系统紊乱有关。

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极端心跳

每分钟 300 次以上的心率案例虽然罕见,但并非闻所未闻。

20 世纪 40 年代,一名女子心率升至每分钟 310 次,并保持了约 12 小时而未死亡。另一次,她以每分钟 303 次的速度跳动了一天半。

2018 年,一名10 岁的英国男孩心率达到 301 次/分并活了下来,医生称这是由于他心脏中的一条特殊通路。

关于每分钟 600 次心率的案例,医生们没有获得更多信息,因为该男子拒绝接受电生理学研究,以测试他心脏的电生理功能。尽管如此,他们知道:它的保护机制在经历了 20 秒前所未有的加速后,又恢复了正常。


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  • Matt Hrodey

    Matt是DiscoverMagazine.com的特约撰稿人,他关注人类意识研究的新进展和太空科学中的重要问题——包括我们的宇宙是否存在于黑洞之中。Matt之前曾发表在PCGamesN、EscapistMagazine.com和Milwaukee Magazine上,他在后者担任了六年的编辑。

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