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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  编辑:admin 来源:本站整理

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。

 

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! 

 

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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