一直以来科学家都不知道心脏是如何跳动,现在可能终于有答案了!

2017/3/16 来源:www.arpun.com 作者:小白
一个心脏如何跳动的重大方向可能被理解出来。

 

一直以来科学家都不知道心脏是如何跳动,现在可能终于有答案了!

 

当提到像心跳一样是必要且普遍的事物时, 你会认为科学家在它的背后已经有相当多的科学理解。

 

但几世纪以来, 心脏如何运作背后的物理学困惑着研究人员。 心脏的压缩是有意义的, 但没有人能够完全解释心脏是如何填满血液。 现在, 一项研究终于以物理学定律之一, 来揭露答案。

 

来做一点复习, 心脏大约是一个块头大的人的拳头大小, 它们由四个房室组成。 上面两个是心房, 下面两个是心室。

 

一直以来科学家都不知道心脏是如何跳动,现在可能终于有答案了!

 

缺氧的血液离开心脏的右心室并且流到肺, 然后以含氧的血液, 经由左心房返回心脏。

 

接着含氧的血液被压出左心室, 在再次进入心脏的右心房之前, 提供氧气给身体其余的部分。

 

到目前为止复习还算顺利。 但尽管科学家非常熟悉这个过程, 不清楚的是心跳是如何和为什么发生。 是什么物理过程造成心室填满血液?

 

一直以来科学家都不知道心脏是如何跳动,现在可能终于有答案了!

 

现在, 由瑞典皇家理工学院(KTH Royal Institute of Technology)领导的研究人员使用名为心血管磁核共振影像(cardiovascular magnetic resonance imaging), 在心脏跳动时追踪房室的大小, 然后指出水动力(hydraulic force)是这个过程发生的部分原因, 和提供动力给汽车煞车和堆高机是同样的现象。

 

在我们身体其中一项最重要的过程中, 它不只是吸引人的新洞察, 这项发现也可能为心脏衰竭和心脏疾病的新治疗选择铺路。

 

首席研究员Martin Ugander说:“虽然这似乎很简单明了, 但水动力对心脏填血模式的影响被忽略了。 ”

 

“我们的观察是令人兴奋的, 因为它能够导致对心脏衰竭的新类型治疗, 这类新治疗涉及试图缩小心房的大小。 ”

 

那么我们怎么过了这么长的时间都没有想出来呢?多年来, 我们只了解谜团的一部分。

 

生物学家知道, 在心肌细胞中一种名为肌联蛋白(titin)的蛋白质, 扮演像弹簧一样释放弹性能量(elastic energy), 促使心室填满血液。 但是这个弹簧行动本身无法解释科学家所看到的血液快速填充的量。

 

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DrJanaOfficial/Wikimedia

 

在最近的研究中, 这个团队反而转向物理学。 他们利用心血管磁核共振影像, 来测量心脏舒张期间这两个房室的大小;在健康的心脏, 心脏舒张是心室填满血液的阶段。

 

这使得他们接着做出物理模型, 几乎像是一个活塞的心脏房室, 并且根据物理学定律, 来解释心室填满血液是怎么一回事。

 

他们发现在舒张期间, 填满左心室的驱动力峰值的10%到60%与心肌的松弛无关, 它取决于水动力, 水动力是液体施加在面积上的压力。

 

水动力与提供动力给汽车煞车是一样的, 而且它的运作是由于巴斯卡原理(Pascal’s principle)。

 

在心脏, 它是由心脏彼此有关的房室大小所驱动。 在整个舒张期间, 上方的心房小于心室。 因为这样, 所以这个团队指出, 当两个房室之间的瓣膜打开时, 血液涌入心室来平衡压力。

 

你可以在下面的影片中看到这个动作, 而且是以一个手边的气球来示范:

 

来自大学的一份声明解释:“心脏的几何形状于是决定了力道的强度。 ”

 

“帮助心脏房室填满血液的水动力, 是起源于心房小于心室的自然结果。 ”

 

每当提到心脏衰竭时, 许多患者在这个舒张期或填血阶段有问题。 这个团队解释, 它经常被看见与心房肥大结合在一起。

 

由于这项新研究, 现在很清楚, 如果就心室的比例而言心房变得更大, 那么它会降低水动力, 因而减弱了心脏填满血液的能力。

 

一直以来科学家都不知道心脏是如何跳动,现在可能终于有答案了!

 

团队的成员Elira Maksuti说:“对于心脏衰竭患者, 很多的病灶是在心室功能。 ”

 

“我们认为, 测量心房和心室来找出它们的相对大小, 能够是诊断和治疗的一个重要部分。 ”

 

这只是一份论文, 而且需要做更多的观察, 然后才能够完全改变我们看待心脏功能和功能障碍的方式。 但是, 真的很高兴知道, 关于身体的一些最基本作用, 仍然有难以理解的地方要解决。

 

这项研究已经发表在科学报告期刊(Scientific Reports)。
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