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科學(xué)家或破解“心跳之迷”

當(dāng)談?wù)摰叫奶@件既普遍又重要的事情時,你一定會認(rèn)為科學(xué)家們已經(jīng)掌握了其背后的科學(xué)原理。

然而,幾個世紀(jì)以來,心臟是如何工作背后的物理依據(jù)一直困擾著研究者們。心臟收縮舒張說得通,但是沒人能完全解釋清楚心臟如何充滿血液?,F(xiàn)在,一項研究終于弄清楚了這一物理定律。這項研究已發(fā)表在近日的《Scientific Reports》上(點(diǎn)擊左下角閱讀原文)。

人類的心臟與拳頭差不多大小。心臟由四個腔組成,上面的兩個是心房,下面的兩個是心室。

脫氧血液離開右心室,進(jìn)入肺部,然后返回富氧的血液流入左心房。這些富氧的血液被從左心室抽出來為身體其他部分供氧,然后再回到右心房。

目前為止,一切很好。雖然科學(xué)家們非常熟悉這個過程,但是他們并不清楚為什么以及如何發(fā)生這一切。是什么樣的物理過程使心室充滿血液?

瑞典KTH皇家理工學(xué)院的研究人員們利用心血管磁共振成像技術(shù)觀察了心臟腔室在跳動時的大小,發(fā)現(xiàn)這一過程在某種程度上相當(dāng)于液壓動力,與剎車和升降機(jī)的原理相同。

這項發(fā)現(xiàn)不僅闡明了人體最重要的生理過程,還為心力衰竭和心臟病的新療法鋪平了道路。

研究人員Martin Ugander說:“盡管這看起來很簡單很明顯,但是液壓力對心臟血液填充模式的影響一直被忽略了。我們的發(fā)現(xiàn)能夠促成以減小心房體積為手段的心臟病治療方法?!?/p>

那么為什么我們花了這么久才弄清楚呢?多年以來,我們對這個問題一直是一知半解。

生物學(xué)家們知道,心肌細(xì)胞中的肌聯(lián)蛋白起到如彈簧般釋放彈力的作用,使得心室可以充滿血液。但是僅僅是這種彈簧作用無法解釋為什么血液填充得如此迅速。

在最近的研究中,研究人員們將目光轉(zhuǎn)向了物理學(xué)。他們利用心血管磁共振成像技術(shù)測量了心臟健康的人心臟舒張時(此時心室充滿血液)心房和心室的體積。

研究人員們建立了類似活塞的心室物理模型,并根據(jù)物理定律對這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

他們發(fā)現(xiàn),在心臟舒張時,10%至60%的血液填充左心室的峰值驅(qū)動力與心臟肌肉放松沒有關(guān)系。這是液壓動力的原因,即液體施加在一個區(qū)域上的壓力。液壓力根據(jù)帕斯卡原理工作,汽車剎車就是利用了液壓力。

在心臟中,液壓力由心臟腔室之間的體積大小不同產(chǎn)生驅(qū)動差異。在心臟舒張時,頂部的心房比心室小,由于這個原因,當(dāng)兩個腔之間的瓣膜打開時,血液會迅速沖入心室以平衡壓力。

皇家理工學(xué)院的一份聲明中說:“心臟的幾何學(xué)決定了力的大小。液壓力幫助心臟腔室充滿血液,這是心房小于心室的自然結(jié)果?!?/p>

心力衰竭患者的心臟舒張(或者說是血液填充)出現(xiàn)問題。研究團(tuán)隊解釋說,這通常是由于心房變大。

這項研究表明,如果心房相對于心室的體積越來越大,那么液壓力將會減少,從而血液能夠填充心臟。

研究人員之一Elira Maksuti說:“過去大部分的注意力都集中到了心室功能上。我們認(rèn)為,測量心房和心室的體積并確定它們的相對尺寸可以作為診斷和治療手段?!?/p>

這只是一篇論文的研究結(jié)果,還需要更多的觀察才能改變我們對心臟功能和功能異常的觀點(diǎn)。但是知道人類身體內(nèi)一些最基本的生理過程仍然需要被弄清楚也是極好的。

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