心臟

概述

学理方面，心脏（拉丁文-解剖学词：Cor，希腊语-病理学：Kardia）是一个位于脊椎动物胸部的中空肌性纤维性器官，外披心包，是循环系统的动力部分。心脏具有自律心肌细胞，它们通过起搏电流产生节律性的动作电位，带动工作心肌细胞进行有规律的收缩，将血液送往全身组织。心脏另有内分泌功能，其分泌的肽类激素可起到调节血压、尿量及人体内水平衡的作用。而其功能会受到自身机制，神经系统和激素精细的共同调节。第一个真正的心脏可能出现在5亿2千万年前寒武纪第一批脊椎动物中（如耳材村海口鱼）。心脏的心房心室划分和运作机制与该动物的体形和具体生存习性（即生态学上所说的生态位）相适应。心脏的正常运作对生命至关重要，是动物胚胎期最早出现的器官之一。

心脏的进化

无脊椎动物——如昆虫（Insecta）——的循环系统是开放式的，血液会流进体腔中（见血淋巴）。而有着封闭式循环系统（体液，包括血液和淋巴会经闭合的管道——血管和淋巴管流经全身，而不是流入体腔中直接与身体器官接触）的头足动物和环节动物，如蚯蚓也没有真正的心脏。它有的是五个动脉弓，作用和心脏相似。
对脊椎动物而言，身体器官的分化和发育都受心脏制约。心脏是胚胎发育中首先形成的器官之一，例如鸡的心脏在受精后30小时就开始跳动，而当时其躯体还不足以容纳心脏。人的心脏在受精后4周即运作，当时其胚胎只有5毫米。
横切动物胚胎作动态观察，可见中胚叶外侧板的内脏叶，在咽后方，肠的复侧部分对称增厚（某些动物成体的心脏就是位于此，但哺乳类动物的心脏会经历一系列复杂的体位变化，被转移到胸腔）。这对中胚层折叠相对向中线靠拢，融合并形成一中空长管。这根管的两端附于两旁组织，除此之外却是可动的。可动的部分在体腔中生长，并形成4个腔隙，并相继开始收缩，最终构成心脏。心脏雏形一旦形成，就会被两层膜所包绕：内膜（Endocard）和外膜（Epimyocard）。内膜后来会成为心内膜，外膜最终发展成为心肌层（Myocard）和心外膜（Epicard）。
原始心脏的结构，可以从胚胎期心脏的结构中了解。这是一根管道上有四个腔隙，并会相继收缩。含氧量低的血液由此而被送进动脉中，这种心脏泵出的血流只有一股。圆口纲和鱼类，如文昌鱼心脏就是这种原始样式，但它已经可以与血管区分开来。心脏的过渡类型则为总鳍鱼类，两栖动物和爬行动物打出混合血的心脏。这种过渡心脏可能发生于4亿年前。它们的心房心室有开始分开的迹象，这与这些动物已开始用肺呼吸有重要联系。（这可从同为两栖动物的无肺蝾螈身上看出，无肺蝾螈的房间隔退化。同样，对肺呼吸依赖性不强的有尾目，其双循环泵功能也有所减弱。）未完全分隔的心脏却能根据动物的需要改变其缺氧血含氧血的大概流向。血液能够被导向到如皮肤，鳃等呼吸部位。这对鳄鱼，龟这些有时不用肺呼吸的动物有非常大的好处。关于这些动物的心脏构造，请见下面心脏的解剖。
到了无尾目，动脉圆锥开始被螺旋型的折叠部分分开。鸟类和哺乳类的则是两分的。这是真正的双循环泵。进入肺循环的血液动能较低，以保护脆弱的肺组织。进入体循环的血液，行程长，分支多，阻力大，需要的动力较肺循环的多。但是爬行动物的动脉圆锥则是三分的。这一不同对要解释前两者如何从一些已知的爬行类动物中分离进化过程，构成了一定困难。有人认为，这可能是进化过程中，鸟类哺乳类动脉圆锥的发生放弃了最后一部划分，只成为了两分心室。
蓝鲸的心脏和小汽车一样大，有半吨重。

心脏的发育

要了解心脏的进化过程，最好观察哺乳类动物心脏的发育过程。心脏的发育过程，在一定程度上（不是完全的）再现了其本身的进化过程。
以下详述人的心脏发育过程。因为出于医学方面的需要，这一过程研究观察得比较透彻。
在人的胚胎期，心脏发生于胚盘头端，口咽膜前方的中胚层，即所谓的生心区。其前方为原始横膈。心脏首先形成其外形，然后进行内部分隔。

原始心脏的形成

受精后第18到19天，生心区的中胚层中出现围心腔和一对生心板两个结构。生心板里有中空结构心管。后来心管与周围的间充质陷入到围心腔中。间充质形成的心肌外套层，将来会发展为心外膜和心肌膜。而内皮和心肌外套层之间的结缔组织，即心胶质，将来则发展为心内膜的内皮下层。

外形形成

心管的头端与动脉相连，尾端与静脉相连。然后心管形成三个膨大：心球，心室和心房。后来在心房的末端会在形成一个叫静脉窦的膨大。心球和心室因生长速度快于心包腔的扩展速度，两者会形成一U型的球室袢的结构。后来受到食管，心球的压制，向左右两方向扩展。心房扩大，房室之间形成房室管。心球的尾段融入心室，成为原始右心室。原来的心室成为原始左心室。两者之间由室间沟分隔。

内部分隔

第5周初，心脏外形基本建立。然后开始内部分隔。这些分隔是同时进行的。
房室管的心内膜组织增生，形成一对心膜垫。它们彼此融合，将房室管分隔为左右房室孔。房室孔内的间充质之后会形成两尖瓣和三尖瓣。
而心房的分隔则发生在第4周末。心房顶部背侧壁出现第一房间隔，在第一房间隔向心内膜垫方向生长并最终与后者融合之前，会出现两个孔，分别为：第一房间孔和第二房间孔。第一房间孔闭合。第二房间孔在一段时间内仍作为左右心房沟通的管道存在。后来它为厚的第二房间隔所遮闭。第二房间隔的前后缘会在与心内膜垫接触时，下方留下一个卵圆孔。直至出生后，第一第二房间隔因为血流的压力互相紧贴并最终融合，彻底分开两心房。
静脉窦右角后来会被吸收并入右心房，成为永久性右心房的光滑部，原始右心房则成为右心耳。通过房间隔进入原始左心房的肺静脉后来分为四条，后来直接开口于左心房。由肺静脉参与形成的部分成为了永久性左心房的光滑部。原始左心房也成为了左心耳。
心室底壁组织形成的室间隔肌部也向着心内膜垫生长，其方向与房间隔相反。在它完全与心内膜垫融合之前，会在其上缘的地方形成一个室间孔。这个孔后来大部分由心球内部形成的球嵴所闭合，其余的则是为心内膜垫所闭合。这样就形成了室间隔膜部。
而动脉干与心球的内膜组织增生，上段被称为动脉干嵴，下段则成为球嵴。两者对生，后来融合，成为主动脉肺动脉隔，它将动脉干和心球分隔为肺动脉干和升主动脉。两者的基部内膜增厚，形成半月瓣。

位置和邻近器官

脊椎动物的心脏位其于胸部（Thorax），消化道腹面。心脏由肋骨保护，可以减少外来撞击而引起损伤的危险。
牛的心脏位于3到6肋之间。人的心脏位于左锁骨中线，胸骨后方由第二肋间到第五肋间。两侧与肺相临，下方为膈。上方为出入心的大血管。心脏后方隔着心包腔与支气管，食管，迷走神经和胸主动脉为邻。心的长轴与正中线呈45度角。
但心有时因胚胎发育的原因，可以反位，成为右位心，心尖指向右下方，如正常心的镜像，同时常伴有腹腔内脏器的反位。但右位心并无功能和结构上的改变。

供血

心脏本身由冠脉循环的血液所营养。左右冠状动脉是由主动脉的根部发出的。而含氧量低的静脉血主要通过冠状静脉汇流入心。心的重量占全身体重的0.5%左右，但其血流量竟达全身血流量的5%，为250毫升／分钟。其血氧利用率已快达极限，动静脉含氧量差达14%。因此当心肌需氧时，有效的方法只能是通过冠脉扩张加大血流量。

心房心室

原始心脏可能正如上述一样的是“拉长”式的。但在这种能区分出心房心室的心脏中，心房总是位于心室的背侧或前端。实行单一循环的心脏基本上是对称的，但其余更高级的心脏则是明显不对称。肺鱼目和有尾目动物的心房已开始部分分隔。
两栖动物的心脏有两心房和一个心室，这也是两栖动物的特征之一。右心房接受体循环的静脉血，左心房则接受肺循环中的静脉血。两者共同流到心室中。但大部分的含氧量低的血液会在心室右方，准备进入体循环。其离心血中，头部和脑部的血液是含氧量高的血液。而射进动脉弓的血液则是混合血。而蛙类体表皮肤毛细血管具有气体交换功能，能够部分补偿体内氧气。其起搏主要是由静脉突起负责的。
爬行动物的心室开始分为左右两边，房间隔完善，但室间隔有室间孔（鳄鱼除外）。一般认为，其静脉窦已经并入右心房，执行起搏作用。
鸟类的心脏具有完善的两心房两心室。但尚不如哺乳类动物的完善。两者的静脉窦（Sinus venosus）都和右房壁融合，（鸟类的还留有些许痕迹）形成日后的窦房结和静脉瓣。还有，鸟类的主动脉弓是向右的，而哺乳类的则是向左行的。
而心脏内的腔隙心房（Atrium）和心室（Ventricle）则是有一定安排的。血液首先从心外器官流入心房，再流入心室。经心脏收缩后，血液会自心室被推到动脉中去。右心房有上下腔静脉（Vena cava superior et inferior）通入。而肺动脉干则由右心室发出。四支肺静脉通入左心房。而主动脉（Aorta）则发自左心室。
左心室负责体循环，相应的力要求比负责肺循环的右心室大。故左心室的室壁比右心室厚（9到12毫米，是右室壁的3倍）。
右心房分为由原始心房演变而来的固有心房和原始静脉窦右角发展而来的腔静脉窦。在右心房房间隔的右侧面中下部可见卵圆窝（fossa ovalis），是上述卵圆孔闭合的遗迹。
左心房则可根据胚胎来源被分为左心耳和左心房窦。
两个心室都可分为流入道和流出道。流入道壁上有纵横交错的肌性突起，被称为肉柱（trabeculae carneae）。而自心室壁发出，向心腔内突出的锥体性隆起则被称为乳头肌（papillary muscles），心瓣正是通过乳头肌的收缩和腱索的牵拉，才不会反折向心房。哺乳类动物有瓣膜防止血液倒流。二尖瓣复合体（mitral valve complex）和三尖瓣复合体（tricuspid valve complex）指的是瓣尖（或称瓣叶），瓣环，腱索和乳头肌共同组成的复合体。它们的正常运作是血液不倒流的前提之一。相对起流入道，流出道壁光滑平整，没有肉柱。

心包

心包是包裹心和出入心大血管根部的圆锥形纤维浆膜囊，分为内层的浆膜心包（Pericardium serosum）和外层的纤维心包（Pericardium fibrosum）。前者分为壁层和脏层两层。脏层又称心外膜。脏壁两层在出入心根部互相移行。两层之间的潜在腔隙被称为心包腔。内有浆液起润滑作用。在心包腔内，脏壁两层折返处的间隙被称为心包窦，主要有心包横窦，心包斜窦和心包前下窦三者。
纤维心包则是由致密的纤维结缔组织组成。它在出入心大血管的根部与后者的外膜相连接。

工作心肌细胞

工作心肌细胞的肌原纤维丰富，具有自主性，传导性和兴奋性。执行收缩功能。它们是心房和心室壁的主要构成部分。

心电图与心电轴

在心脏电传导的每一瞬间，全心多处心肌细胞会发生大小和方向有异的瞬间电流。这些瞬间电流可以看作是一个个向量。根据向量的平行四边形法则，可以综合这些向量为一综合向量。这些综合向量先被投影到身体的冠状平面上，然后这个投射向量再向三个心电图导联轴投影，作出其随时间变化的曲线图，即为心电图。将三个导联轴的R波的大小测量出来，并在Einthoven三角三边中点根据方向和R波大小作出线段的一新端点，过该端点作该轴的垂线，三垂线通常会相交于一点（有时是形成一个三角形）。连接三角形的中心和三垂线的交点。该线段即为室间隔的轴，也可视为心的长轴。而综合向量所代表的电流的方向，就是由该三角中指向该交点的方向。根据这个方向与竖直线的夹角的大小，可以将心轴归类。

心的生理功能

心脏的主要功能是泵血，（心脏还有内分泌功能）右心房与右心室负责将低含氧的静脉血送到肺进行气体交换，左心房与左心室负责将肺部回来的高含氧血经主动脉送到全身。

血液的流入流出

右心房接受上下腔静脉的含氧量低的静脉血。心脏收缩泵出右心室中的血液后舒张，会造成右心室（左心房和左心室一样）负压，使得右心房的血液通过三尖瓣流入右心室。这些血液在然后在心脏收缩的时候被射到肺动脉，进入肺循环。肺动脉瓣会防止血液倒流。在肺进行过气体交换后，含氧量高的血液会顺着肺静脉流到左心房。然后经过二尖瓣流入左心室。左心室内的血液会在心脏收缩时被射到主动脉，进入体循环。

心动周期与泵血过程

人们将心脏一次舒张和收缩构成的机械活动周期称为一个心动周期。因为心室在心脏泵血中起到主要作用，所以心动周期会被看成是心室的活动周期。
心房和心室在一个心动周期中各有一舒张期和收缩期。心房心室的活动有先后之分，但左右心房和心室的活动则是同步的。以一个正常的心动周期为0.8秒为例：
一个心动周期以两心房的收缩开始，这个过程持续0.1秒，接着是0.7秒的舒张。在心房开始舒张不久，心室开始收缩，持续0.3秒。这个收缩期可分为：等容收缩期和射血期，这将会后述。接着心室舒张0.5秒。心室舒张的前0.4秒，被称为全心舒张期，因为此时心房也处于舒张期。

心泵功能的储备

心脏具有因机体需要而增加心输出量的能力，被称为心力储备。心脏的最大心输出量可达35L，为静息时的8倍。心力储备体现在搏出量储备和心率储备两方面。
搏出量储备是指静息时心室收缩末期容积与心室作最大射血后心室余血量之差。这可使每搏输出量增大30到40mL左右。
心律若过快，反而因为充盈不足而导致每搏输出量减少。健康成人心输出量因心律增多而加大的心律范围为每分钟160到180左右。这比静息时每分钟70下增加了近100下。～

心脏功能的调节

哺乳动物的心跳受自律神经系统，荷尔蒙和温度的影响。

自身调节

当回心血量增大时，心肌纤维会被拉得更长，心壁会受压，这正能够使得心肌的收缩力上升：前负荷的增加使得心肌的初长度变大，在一定范围内，心肌的这种初长度的增大会使得其更接近最适初长度，而发挥更大的收缩力。心脏自身这种快速调节能够对回心血量作出精细有效的调节（异长自身调节，也即弗朗克斯大林机制）。

神经调节

心脏的泵功能会受到神经调节。交感神经和副交感神经的共同作用，使得心脏能为身体在各种状态下提供合适的工作效率。
心交感神经的节前神经元位于脊髓胸段1到5节中间外侧柱，释放乙酰胆碱激活节后神经元。节后神经元为肾上腺素能神经元。其释放的去甲肾上腺素和心肌细胞膜上的beta1肾上腺素能受体相结合，（心肌也有alpha受体，但作用不大，生理功能未完全明了。）激活cAMP，通过第二信使系统传达调节信息，激活心肌细胞膜上的钙通道，引起钙离子内流。交感神经对心脏的作用是加快心率，增强其收缩力和加快传导速度。可概括为：正性变时，变力，变传导作用。此外，交感神经还有通过帮助打开肌小节内浆网ATP酶（SERCA Sarko-Endoplasmatic-Reticulum-ATPase）加快心肌舒张过程，扩大冠状血管管径的作用。所有这些作用，都可以看作是加强心脏功能。
心的副交感神经调节是通过心迷走神经实现的。迷走神经节前节后神经元都是胆碱能神经元。节后纤维释放的乙酰胆碱能与心肌细胞的M胆碱能受体结合，激活G蛋白。G蛋白使细胞膜超极化，降低cAMP活性。其功能和心交感神经互为拮抗。即：负性的变时，变力，变传导作用。
在大多数情况下，心迷走神经的作用比交感神经的作用强。

体液调节

血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素能引起心律加快，心收缩力增强，传导速度增快。

心音

一般我们常听到的心音有第一心音（S1）和第二心音（S2），当我们用一般的听诊器听诊，就会听到（lub－dub）的声音，（lub）就是第一心音，（dub）就是第二心音。
第一心音发生在心缩期，是其开始的标志。音调低而时间长。这是由于血液冲击血管，及产生的涡流，还有房室瓣的突然关闭引起的。
第二心音发生在心室舒张期，音调高而时间短。是因为主动脉瓣与肺动脉瓣关闭而产生的。
第三心音出现于第二心音之后，又称为心闯音。发生在快速充盈期末，低频低振幅。它可能是由于心室快速充盈期末血流速度的改变，引起心壁和瓣膜的震动而造成的。第三心音可能出现在小孩、年轻的成人或怀孕晚期的女性身上。
第四心音又称为心房音，它是由于心房收缩，心室主动充盈所引起的心壁和瓣膜震动引起的。第四心音也可能出现在小孩、健康的运动员和健康且无心脏病的老人身上。
第三心音和第四心音也可能出现在病理情况中，如心肌梗塞（myocardial infarction；MI）或心衰竭（heart failure）的病人身上听到。

心的分泌功能

心脏可以分泌两种肽类激素，其一为心房钠尿肽（Atrial Natriuretic Peptide，ANP，又称心钠素），由心房肌细胞分泌。其生理作用是利钠、利尿，减少静脉回流，降低中心静脉压，使心输出量降低和血压下降等。
当血液中钠离子浓度或血浆体积增多时，静脉回流增加，使心房肌细胞被拉长而受到刺激，因而分泌ANP。ANP经血液循环抵达肾脏，抑制肾小管（尤其是集尿管）再吸收钠离子和水，使尿流量增加，帮助血液体积恢复正常。ANP
抑制肾素（Renin）、血管紧张素（AngiotensinII）、醛固酮（Aldosterone）、抗利尿激素（ADH）的分泌，间接减少了钠离子的再吸收。ANP亦可使肾丝球的系膜细胞（mesangial cell）松弛，增加过滤作用的有效面积，使钠离子排出量增多。此外，ANP降低血管平滑肌对血管收缩剂的有效反应，因而降低血压。
脑下腺前叶及脑中亦有ANP，但其作用仍不明。
而另外一种由心分泌的物质则是B—型钠尿肽（B—type natriuretic peptide，简称BNP），1981年由De Bold发现。BNP是由心室分泌的，特别是左心室。分泌时有32个氨基酸残基的贮存型proBNP会分解为无活性的N端前BNP和有内分泌活性的BNP。两者都会进入血液循环。BNP有着与ANP相似的生理功能，即利钠，利尿，抑制RAA系统和扩张血管。在临床方面，BNP被视为心力衰竭患者预后指标，甚至有助于治疗心衰。
而1990年科学家在神经系统又发现了这种蛋白家族的另一成员C-型钠尿肽（CNP，C type natriuretic peptide），其在血管中的浓度很高，特别是在血管内皮。CNP不是由心脏 组织分泌，而主要是由脑，脑下腺，血管内皮，肾脏及女性生殖部位等来分泌。CNP具有扩张血管、抗细胞分裂和抗SMC迁移的功能。而且，CNP还能防止心脏肥厚的发生。

心脏的生理研究

人类对心脏的研究是与血液循环联系在一起的。早在古希腊时代，希波克拉底就已认为，心脏有两心房和两心室。亚里士多德认为心脏是血管系统的中心。但他还不知道血管有动静脉之分。后来一位古罗马的医生盖仑，通过自己大量解剖实验得出结论，血管里流的是血液。但是盖仑的理论也不完全符合今天人们的认识。他认为血液不能循环，当它们在血管流过之后，便消失在人体远端。
欧洲文艺复兴时期，比利时的维萨里和西班牙的塞尔维特质疑盖仑的理论，后者更是认为心肺之间存在小循环。维萨里因此被宗教裁判所判处死刑。塞尔维特后来也在“异教徒”的罪名下被执行了火刑。而多才多艺的列奥纳多·达芬奇通过秘密解剖，提出了心脏内分四腔。
1578年出生在英国福克斯通镇的医生威廉·哈维所发表的《心血运动论》是生理学诞生的标志。哈维也是通过逻辑推理，以及解剖大量的动物（蛇和兔）得出该结论的。《心血运动论》指出人体的血管是一个封闭的管道系统，血液能循环流动，血液从静脉流入心脏而借道动脉而流往身体其他各处，而其动力来源于心脏。由于当时没有显微镜，哈维并未能发现毛细血管，但他却预言了其存在。
目前世界各国对心脏生理，病理和药理学等方面都展开了广泛研究。例如为外周动脉堵塞（pAVK）患者利用干细胞再造血管，为心瓣膜发生病变的病人提供人造瓣膜。还有很多国家为治疗心律失常而投入到心脏起搏与心脏电生理方面的研究之中。

心脏手术

因为手术需要没有血的手术视野，因此心脏手术十分困难，一度被认为是禁区。奥地利著名医生西奥多·比尔罗特（Theodor Billroth，1829-1894）曾说过：“在心脏上做手术，是对外科艺术的亵渎。任何一个试图进行心脏手术的人，都将落得身败名裂的下场。”
20世纪，心脏手术终于出现了突破。先后出现了BT分流、降低体温暂停血液循环、体外心肺循环等技术。

心脏的心理方面研究

西方传统观点认为，心脏只是输送血液的动力泵，大脑才是决定整个身体情感、精神、认知的智能中枢。如果将大脑比作身体帝国的皇帝，那心脏只不过是个能源部长。
但是HeartMath的创始人Childre博士发现，其实心脏可以通过影响情感来影响大脑认知，它远非不起眼的小角色，它对这个帝国的大事也有重要的决定权。

中医学

古代中国关于心的解剖，最早的记载见于《史记·殷本纪》：“比干强谏，纣怒曰：‘吾闻圣人心有七窍，剖比干观其心’。”传统中医认为，心为一身的君主，脏腑百骸均遵从其号令，人的聪明智慧也是从心而出。
在中医传统理论中，心与小肠通过经脉相互络属而构成表里关系。此外心具有推动血液在脉管中运行的功能。并且与舌的色泽、味觉、运动及语言相联系。也与汗液的生成排泄有关，主宰人体生命活动及精神、意识、思维活动的功能。
心与精神思维的紧密关系，也就是“心为神主”的概念，是中医里的重要理论之一。不过明朝以后，开始有中医学家对藏神的所在处，提出不同的看法。如明朝李时珍在《本草纲目·辛夷》里指出：“脑为元神之府”。不过这样的想法并未如旧有的观点般普及。