A-level 應用科學/能量傳遞系統/迴圈和呼吸系統

心臟

心臟是脊椎動物中一個梨形的肌肉器官，透過反覆有節奏的收縮，負責將血液泵入血管。^[1] 術語心臟（如心臟病學）表示“與心臟有關”，源於希臘語。心臟由心肌組成，心肌是一種不自主的肌肉組織，只存在於該器官中。^[2]

結構

在人體中，心臟通常位於胸腔中線的左側，胸骨下方（見圖表）。心臟通常被認為位於左側，因為左心（左心室）更強（它將血液泵入全身）。左肺比右肺小，因為心臟佔據了左側胸膜腔的大部分空間。心臟被一個稱為心包的囊包裹，並被肺包圍。心包是雙層膜結構，其中包含漿液，以減少心臟收縮時的摩擦。縱隔是胸腔的細分，是心臟腔的名稱。

心尖是鈍尖，位於下端（指向下方和左側）。聽診器可以直接放在心尖上，以便計算心率。該物理位置位於第六和第七肋骨之間，正好在胸骨左側 [2]。在正常成年人中，心臟的質量為 250-350 克（9-12 盎司），大約是緊握的拳頭大小的三分之四，但由於肥大，患有嚴重疾病的心臟質量可能高達 1000 克（2 磅）。它由四個腔室組成，兩個上腔室稱為心房（單數：心房）和兩個下腔室稱為心室。左側是一張從 64 歲英國男性體內取出的新鮮人心的圖片。

心臟右側的功能（見右心）是從身體收集脫氧血，在右心房中，然後將其泵入肺部（肺迴圈）透過右心室，以便二氧化碳可以被釋放，氧氣可以被吸收（氣體交換）。這是透過一個稱為擴散的被動過程發生的。左側（見左心）將氧合血從肺部收集到左心房中。從左心房，血液移動到左心室，左心室將其泵入身體。在兩側，下心室比上心房更厚更強。左心室周圍的肌肉壁比右心室周圍的肌肉壁厚，這是因為將血液泵入體迴圈所需的力更大。

插圖

這些心臟圖顯示了其基本解剖結構

右心房
左心房
上腔靜脈
主動脈
肺動脈
肺靜脈
二尖瓣
主動脈瓣
左心室
右心室
下腔靜脈
三尖瓣
肺動脈瓣

心房收縮

心室舒張

電訊號從竇房結透過心房，到達房室結，然後透過浦肯野纖維到達心室。

可以使用胸部皮膚上的電極監測電訊號。心電圖是診斷心臟問題的重要工具

電脈衝和產生的心電圖的動畫。

正常心電圖

正常心電圖波形的分析

在正常竇性心律中

每個 P 波後都跟隨一個 QRS
P 波頻率 60 - 100 bpm，變化小於 10%

如果竇房結患病或遺傳功能障礙，則心臟可能會出現快速（心動過速）、緩慢（心動過緩）或快速和緩慢的節律（心律失常）。治療可能包括藥物和/或心臟起搏器。^[3]

如果頻率小於 60 = 竇性心動過緩
如果頻率大於 100 = 竇性心動過速
如果變化大於 10% = 竇性心律不齊

室顫：危險且快速的心室心律失常。心電圖顯示“奇異的、不規則的、隨機波形；沒有明顯可辨認的 QRS 波群或 P 波”。^[4]

檔案：EKG VF.jpg 顯示室顫的心電圖。

心率

心率是一個用於描述心臟週期頻率的術語。它被認為是四大生命體徵之一。通常將其計算為心臟在一分鐘內收縮（心跳）的次數，並以“每分鐘跳動次數”（bpm）表示。

休息時，成年人的心率約為 70 bpm（男性）和 75 bpm（女性），但該速率在不同人之間有所不同。但是，參考範圍通常在 60 bpm（如果低於稱為心動過緩）和 100 bpm（如果高於稱為心動過速）之間。運動員的靜息心率可能明顯更低。

脈搏是測量心率最直接的方法，但在某些心跳沒有太多心輸出量時，它可能會具有欺騙性。在這些情況下（如某些心律失常中），心率可能比脈搏率高得多。

聽診也是一種心率測量方法。

心率控制

心臟受自主神經系統和迴圈的腎上腺素控制。自主神經系統有兩個分支：交感神經系統（“戰鬥或逃跑”反應）透過作用於竇房結、心肌和房室結來刺激心輸出量。副交感神經系統（“休息和消化”反應）具有相反的作用。

頸動脈中的壓力感受器檢測血壓。延髓中的化學感受器檢測 pH 值和二氧化碳水平的變化。血壓降低、pH 值降低或二氧化碳水平升高會導致透過交感神經系統刺激心臟。

雖然主動脈和頸動脈中的化學感受器檢測氧氣水平，但反應卻違反直覺。低氧水平會導致心率降低，這可以保護心肌免受無氧呼吸的影響。

心率異常

心動過速

心動過速指的是心跳過快。按照慣例，該術語指的是成年患者每分鐘心跳次數超過 100 次。心動過速可能是對壓力的完全正常的生理反應。但是，根據心動過速的機制和患者的健康狀況，心動過速可能是有害的，需要醫療治療。在極端情況下，心動過速可能危及生命。

心動過速可能有兩種危害。首先，當心髒跳得太快時，它可能會效率低下。其次，心臟跳得越快，它需要的氧氣和營養物質就越多。這可能會讓患者感到呼吸急促。對於患有缺血性心臟病的患者來說，這尤其成問題。

血液動力學反應

人體包含幾種反饋機制來維持足夠的血液流動和血壓。如果血壓下降，心臟會跳得更快以試圖提高血壓。這被稱為反射性心動過速。

這可能發生在血容量減少（脫水或出血）或血流意外變化的情況下。後者的最常見原因是體位性低血壓（也稱為姿勢性低血壓），這是在體位變化（例如，從躺下到站立）時發生的突然血壓下降。

發燒和感染導致敗血症也是心動過速的常見原因，主要是由於代謝需求增加和心率代償性增加。

自主神經和內分泌原因

交感神經系統刺激增加會導致心率增加，既透過交感神經纖維對心臟的直接作用，也透過導致內分泌系統釋放激素（如腎上腺素），這些激素具有類似的效果。交感神經刺激增加通常是由於身體或心理壓力（所謂的“戰或逃”反應），但也可能由興奮劑（如安非他明）引起。

嗜鉻細胞瘤等內分泌疾病會導致腎上腺素釋放和心動過速，獨立於神經系統。甲狀腺機能亢進也已知會引起心動過速。

竇性心動過速

最常見的心動過速型別是竇性心動過速，這是身體對壓力（包括髮燒、脫水或失血（休克））的正常反應。在沒有心臟病的情況下，它在心電圖上往往表現為窄 QRS 複合波。治療通常針對確定根本原因。

外部連結

心動過緩

心動過緩定義為每分鐘心跳次數少於 60 次，儘管在低於 50 bpm 之前很少出現症狀。受過訓練的運動員往往有較慢的靜息心率，如果運動員沒有相關的症狀，那麼靜息心動過緩不應該被認為是不正常的。再次強調，這個數字可能會有所不同，因為體型較小的人和兒童的心率比成年人快。

脈搏

一個人的脈搏是他們的動脈隨著心跳而搏動。它可以在[頸部、手腕和身體其他部位]感覺到。

壓力波透過血管傳播，血管是柔韌的；這些波不是由血液的向前運動引起的。當心髒收縮時，血液被射入主動脈，主動脈就會擴張。此時，擴張波（脈搏波）明顯，但移動速度相對較慢（3 到 6 米/秒）。當它向周圍血管傳播時，它逐漸減弱並變得更快。在大型動脈分支中，它的速度為 7 到 10 米/秒；在小型動脈中，它的速度為 15 到 35 米/秒。壓力脈搏的傳播速度比血流快 15 倍或更多倍。

術語脈搏也用來表示心跳頻率，儘管是不正確的，通常以每分鐘心跳次數來衡量。在大多數人中，脈搏是心率的準確測量指標。在某些情況下，包括心律失常，一些心跳無效，主動脈沒有足夠擴張來產生可觸知的壓力波。脈搏不規則，心率可能（遠）高於脈搏率。在這種情況下，應透過聽診心臟尖端來確定心率，在這種情況下，它不是脈搏。脈搏缺損（心臟跳動和周圍血管搏動之間的差異）應透過同時觸診橈動脈和聽診心臟尖端來確定。

健康成年人在靜息狀態下的正常脈搏率範圍為每分鐘 60 到 100 次（BPM）。在睡眠期間，這可以降至 40 BPM 甚至更低；在劇烈運動期間，它可以升至 200-220 BPM 甚至更高。通常，年輕人的脈搏率更高。嬰兒的靜息心率與成年人劇烈運動時的脈搏率一樣高甚至更高。

脈搏用手指或拇指手動觸診。觸診頸動脈、股動脈或肱動脈時，可以使用拇指。但是，拇指本身有脈搏，這可能會干擾在其他部位檢測患者的脈搏，在其他部位應該使用兩到三根手指。為了感覺脈搏，手指或拇指必須放在動脈附近，並輕輕壓在堅固的結構上，通常是骨頭上。

另一種找到脈搏率的方法是觸診或聽診心跳。這最常見的是透過檢查者的手掌或透過聽診器進行。在聽診器發明之前，檢查者會將耳朵直接貼在胸部。

常見脈搏點

橈動脈脈搏 - 位於手腕拇指側
尺動脈脈搏 - 位於手腕小指側（尺動脈）
頸動脈脈搏 - 位於頸部（頸動脈）。應輕柔觸診頸動脈。用強烈的觸診刺激其壓力感受器可能會誘發嚴重的竇性心動過緩，甚至在一些敏感的人身上會停止心臟。此外，不應該同時觸診一個人的兩條頸動脈，以避免暈厥或腦缺血的風險。
肱動脈脈搏 - 位於肱二頭肌和肱三頭肌之間，肘窩內側；經常用於嬰兒頸動脈脈搏的替代（肱動脈）
股動脈脈搏 - 位於大腿（股動脈）
膕動脈脈搏 - 位於膝蓋後面的膕窩處，可以透過按壓彎曲的膝蓋找到。患者將膝蓋彎曲約 120 度，醫生用雙手按住膝蓋，找到膝蓋窩後面的膕動脈。
足背動脈脈搏 - 位於腳背（足背動脈）
脛後動脈脈搏 - 位於踝關節後側內踝後方（脛後動脈）。
顳動脈脈搏 - 位於耳朵正前方太陽穴（顳動脈）

脈搏的可觸知性易受患者血壓的影響。如果患者的收縮壓低於 90 毫米汞柱，則橈動脈脈搏將不可觸知。低於 80 毫米汞柱，肱動脈脈搏將不可觸知。低於 60 毫米汞柱，頸動脈脈搏將不可觸知。由於收縮壓很少下降到那麼低，因此頸動脈脈搏消失通常表明死亡。然而，對於某些受傷、患病或其他醫療問題的患者來說，沒有可觸知的脈搏，卻有意識和清醒的情況並不少見。

肺

[[Image:heart-and-lungs.jpg|thumb|right|230px|肺位於胸腔的心臟和大血管兩側。 (來源：人體解剖學 Gray's Anatomy，第 20 版，1918 年）

空氣透過軟骨結構的通道（支氣管和細支氣管）進入和離開肺部。在這張圖片中，肺組織已被解剖，以顯示細支氣管

肺是空氣呼吸脊椎動物中必不可少的呼吸器官。它的主要功能是將氧氣從大氣中輸送到血液中，並將二氧化碳從血液中排出到大氣中。這種氣體交換是在形成數百萬個微小的、異常薄壁的空氣囊（稱為肺泡）的專門細胞的馬賽克中完成的。肺還有非呼吸功能。

與肺相關的醫學術語通常以pulmo-開頭，來自拉丁語pulmonarius（“肺的”），或者以pneumo-開頭（來自希臘語πνεύμω“肺”）^[5]^[6]

呼吸功能

有氧呼吸產生的能量需要氧氣，併產生二氧化碳作為副產物，因此需要一種有效的將氧氣輸送到細胞並從細胞中排出二氧化碳的方法。

在空氣呼吸脊椎動物中，呼吸發生在一系列步驟中。空氣透過氣道進入動物體內——這包括鼻子；咽部；喉部；氣管（也稱為風管）；支氣管和細支氣管；以及呼吸樹的末端分支。肺是豐富的肺泡晶格，它提供了巨大的氣體交換表面積。精細毛細血管網路允許血液在肺泡表面運輸。肺泡內空氣中的氧氣擴散到血液中，而血液中的二氧化碳擴散到肺泡中，兩者都穿過薄的肺泡膜。

空氣的吸入和撥出是由肌肉活動驅動的；使用複雜的肌肉骨骼系統。一塊大的肌肉，膈肌（除了內肋間肌）透過週期性改變胸腔內體積和壓力來驅動通氣；透過增加體積並因此降低壓力，空氣沿著壓力梯度流入氣道，而透過減少體積並增加壓力，則相反。在正常呼吸過程中，呼氣是被動的，沒有肌肉收縮（膈肌放鬆）。

這種吸入和撥出空氣的另一種名稱是通氣。

哺乳動物的肺具有海綿狀結構，並佈滿上皮組織，其總表面積遠大於肺本身的外部表面積。

呼吸主要由胸腔底部的肌肉性膈肌驅動。膈肌收縮會拉動容納肺的腔室底部向下。空氣透過口腔和鼻腔進入；它流經喉部進入氣管，氣管分支成支氣管。膈肌放鬆具有相反的效果，在正常呼吸期間被動回縮。在運動過程中，膈肌收縮，迫使空氣更快更強烈地排出。肋骨本身也能在一定程度上膨脹和收縮，這是由於其他呼吸肌和輔助呼吸肌的作用。因此，空氣被吸入或排出肺部，始終沿著其壓力梯度移動。這種型別的肺被稱為風箱肺，因為它類似於鐵匠的風箱。

解剖學

在人類中，是兩條主要的支氣管（由氣管分叉產生）進入肺根部。支氣管繼續在肺內分支，在多次分支後，產生細支氣管。支氣管樹繼續分支，直到到達終末細支氣管，終末細支氣管通向肺泡囊。肺泡囊由肺泡簇組成，就像一串葡萄中的單個葡萄。單個肺泡被血管緊緊包裹著，氣體交換實際上發生在這裡。來自心臟的脫氧血透過肺動脈泵入肺部，在那裡氧氣擴散到血液中，並在紅細胞（紅細胞）的血紅蛋白中與二氧化碳交換。富氧血透過肺靜脈返回心臟，被泵回全身迴圈。

人的肺位於心臟兩側的兩個腔內。雖然外觀相似，但兩者並不完全相同。兩者都分為葉，右側有三個葉，左側有兩個葉。葉進一步分為小葉，肺的六邊形部分，是肉眼可見的最小亞單位。將小葉分隔開來的結締組織在吸菸者和城市居民中通常是黑色的。右肺的內側邊界幾乎是垂直的，而左肺包含一個心臟切跡。心臟切跡是一個凹陷，模製成適合心臟的形狀。

肺在一定程度上是“過度建造”的，與休息時氧氣交換需求相比，具有巨大的儲備容積。這就是為什麼個人可以吸菸多年而不會在靜止或緩慢移動時出現明顯的肺功能下降的原因；在這些情況下，實際上只有一小部分肺部實際上被血液灌注以進行氣體交換。隨著運動導致氧氣需求增加，更大的肺部體積被灌注，使身體能夠匹配其CO₂/O₂交換需求。

肺的環境非常潮溼，這使得它適合細菌生存。許多呼吸道疾病是由細菌或病毒感染肺部引起的。

肺活量

肺活量是指一個人在最大吸氣後所能撥出的最大氣體量。

人的肺活量可以用肺活量計測量，肺活量計可以是溼式肺活量計或普通肺活量計（肺活量測定）。結合其他生理測量，肺活量可以幫助診斷潛在的肺病。

肺活量是人能從肺部撥出的最大氣體量，首先將肺部充滿到最大程度，然後呼氣到最大程度（約 4600 毫升）。它等於吸氣儲備容積加上潮氣量加上呼氣儲備容積。

進一步閱讀

呼吸

呼吸將氧氣輸送到體內，將二氧化碳排出體外。需氧生物需要氧氣透過呼吸產生能量，以能量豐富的分子（如葡萄糖）的形式。正常放鬆呼吸的醫學術語是平靜呼吸。

力學

吸氣通常是一種主動運動，需要膈肌收縮。在休息狀態下，呼氣通常是一種被動過程，由胸腔的彈性回縮提供動力，類似於洩氣的氣球。

氣體交換

呼吸只是將氧氣輸送到身體需要的地方的過程的一部分。氣體交換過程發生在肺泡中，透過肺泡氣體和肺毛細血管中流過的血液之間的氣體被動擴散來完成。一旦進入血液，心臟就會推動溶解氣體在迴圈系統中流動到全身。

除了二氧化碳，呼吸還會導致身體水分流失。撥出的空氣相對溼度為 100%，因為水在呼吸道和肺泡的潮溼表面擴散。

呼吸控制

呼吸是少數幾個可以在一定範圍內有意識和無意識控制的身體功能之一。

無意識地，呼吸由腦幹中的專門中樞控制，這些中樞會根據身體在任何時候的需求自動調節呼吸頻率和深度。

當血液中的二氧化碳濃度升高時，它會與血液中的水反應，生成碳酸。血液pH值的下降會導致大腦中延髓訊號中心向橫膈膜和肋間肌傳送神經衝動，從而增加呼吸頻率。

運動時，由於肌肉的細胞呼吸增加，血液中二氧化碳的含量會增加，因此呼吸頻率會增加。休息時，二氧化碳的含量較低，因此呼吸頻率也較低。這確保了適量的氧氣輸送到肌肉和其他器官。重要的是要重申，血液酸化引起二氧化碳積累會比缺氧更讓人渴望呼吸。極少數情況下，患有慢性肺病的個體可能會透過根據氧氣水平調節呼吸來適應血液中高濃度的二氧化碳。

過度換氣會導致CO₂下降至低於正常水平，降低血液酸性，從而使大腦誤以為氧氣含量比實際更多。