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卫生与医学
心脏是一个双重水泵
心脏是一个双泵
细胞需要什么
为了了解心脏的重要性,需要我们退一步,先来了解我们身体上每个细胞的需要。 记住,我们的身体由超过10万亿个细胞组成,它们团结一致共同工作(良好的管理经验! )。 细胞有最基本需求,最重要的是下面4个:
1) 氧气供应
2) 得到葡萄糖
3) 有平衡的水/电解质的液态环境
4) 清除废物(如二氧化碳)
想想这些与人类的基本需要很一致:呼吸,吃饭,喝水,以及排泄。 当你真正停下来而去思考,可以发现我们做的许多事情可以追溯到我们的细胞的需求。
呼吸空气
现在让我们来了解吸一口空气的过程吧。 这一口空气中的21%是氧气分子,它们进入肺部,最终来到微小的气泡,也就是肺泡中。如果不是因为肺有着特殊的功能,这个故事可能也就此结束了。 肺让氧气分子从气体状态进入新的液体状态,继续它的旅程。 同时,二氧化碳分子反其道而行之,从液体状态变成气体状态,与碳酸饮料表面发生的情况相类似。 氧气通过扩散(想象一下把一滴墨水滴入一池水中)进入肺部的间质性体液间隙,然后被吸收到血液里,再进入红血球中。 这种扩散在几分之一秒内发生,因为肺泡与红血球之间的距离极其微小。
你为什么需要心脏
现在让我们停下来思考下面的问题:
如果没有心脏会怎么样? 是这样,如果距离很短的话,氧气通过扩散就能传到,但如果距离很长的话,像从肺到脚的距离,怎么办? 一个氧气分子能一直通过扩散过去吗?理论上,可以 — 但会花很长时间!等氧气只通过扩散到了你的脚趾的时候,脚趾可能已经坏死掉下来了。
一旦氧气进到血液里,就必须有一种方法,能将氧气分子从一个地方快速“移到”另一个地方。 这就是血红蛋白的作用了,血红蛋白是一种能用铁来“结合”氧气分子的蛋白质。 每个红血球里含有了约2.5亿个血红蛋白,每个血红蛋白质可以结合4个氧气分子(结合后的形态称为“氧合血红蛋白”)。 这意味着每个红血球能结合约10亿个氧气分子! 其结果是,绝大多数氧气分子(>97%)实际上被结合成了氧合血红蛋白;只有极少数氧气分子在血液中自由浮动。
当空气在肺部进进出出时,心脏也在不停地工作着。 血液通过上腔静脉和下腔静脉进入心脏,这是两条把血液分别从人体的上半身和下半身带回心脏的大静脉。 血液先进入右心房,再到右心室,右心房可以认为是右心室的等候室。 右心室(泵 #1)的肌壁通过收缩把血液轻轻地推进到肺动脉,小动脉,和肺的毛细血管中。 在血液从肺部(通过肺静脉)回到左心脏之前,氧气从高浓度的肺泡中扩散到了低浓度的血液里。 与右心房一样,左心房也可视为左心室的等候室。 跟右心室相比,左心室的肌壁更结实,更厚以及更有力。结果,左心室(泵 #2)强有力地把血液推入身体的动脉和毛细血管中,送到了需要氧气的成千上万的细胞里。回程的情况是 ,血液流经身体的静脉后又回到右心脏,重复同样的过程。 现在你明白了吧 — 一个心脏 — 两个泵:右心室和左心室。
为什么要有两个心室?
现在,有这样一个想法需要验证:为什么不用一个单心室(单泵),把血液送进肺部,然后再继续送到身体的其它部位呢?
这实际上是一个很好的问题,因为乍一看,似乎是让血液直接输送到全身,而不是再回到心脏,效率会更高。 我们需要用数据思考。 血液要有足够的压力,才能克服由动脉,毛细血管和静脉组成的这一张巨大的血管网的阻力,得以流动。 即使右心室收缩将血压升到大约25毫米汞柱,但血液经过肺部后会降到大约5毫米汞柱(减少了20毫米汞柱)。 血液进到左心室,在那里得到第二次收缩,导致压力回升到大约120毫米汞柱(几乎是肺压力的5倍)。 这个压力足以使血液流过身体中的所有器官。
找到合适的压力
现在,比如说右心室把血压提高到140毫米汞柱,你可能会把血压降了20毫米汞但仍然有120毫米汞柱。听上去像是好事,但事实是:1. 如果有这样的高血压,血液可能会从毛细血管里被压出来进入肺部(有些毛细血管会破裂), 2. 在高血压下,血液快速穿过肺泡,氧气分子没有足够的时间扩散到血液里和血红蛋白结合。 这很有道理,你知道人体的毛细血管一般没有经受过很高的压力(120到140毫米汞柱),因为当血液到达毛细血管时,它已经经过了动脉(和小动脉),血压已经降了很多。低血压在肺循环中尤其重要,因为大量的氧气分子要通过扩散从肺泡到达毛细血管,每一毫秒都很宝贵。
这就是为什么人的身体需要两个泵,在不同压力下工作,高压让血液在身体内循环,低压让血液在肺部进行最佳的气体交换,而不会破坏毛细血管!