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科学家们揭开心跳的秘密

更新时间:2021-01-29 19:07:28

  心跳对于我们来说是既必要由神秘的事物,可能您会认为我们对它的了解已经十分清楚。然而,几个世纪以来,科学家们对心脏的工作机理仍不够了解。跳动虽然说有它的意义,但心脏是如何充满血液的仍是个迷。就此,新一项研究揭示了心脏工作的物理学原理。

  对于一点知识都不了解的同学,我们需要先普及一下:我们的心脏大小约等于成年人的拳头,总共分为四个小格子。上面两个叫做心房,下面两个叫做心室。

  去氧的血液离开右心室并到达肺部,在这里吸收氧气并到达左心房。

  含氧的血液之后从左心室离开,并将氧气运输到身体各组织器官,之后再从右心房进入心脏。

  到目前为止,一切都很顺利。不过,尽管科学家们对于这一过程十分熟悉,但它究竟是如何发生的并不清楚。究竟是什么物理学原理使得心室被血液填满呢?

  如今,来自瑞典KTH皇家理工研究所的研究者们利用心血管核磁共振成像的技术追踪了心脏在跳动时的大小变化。结果显示,液压力对于血液向心脏中的流动作用很大。

  这一发现并不仅仅是我们对自己机体的有一个惊奇的发现,它还有助于我们为未来的疾病治疗提供新的思路。

  如此简单的问题,为什么长期以来被科学家们所忽视呢?事实上,几年来我们对心脏工作的理解还十分有限。生物学家们已经知道心肌细胞中一种叫做titin的蛋白质能够像弹簧那样释放形变产生的能量,从而促进血液向心脏的流动,但这种快速的流动现象不可能仅仅依靠这一种机制加以概括。

  在近的这项研究中,研究者们则通过利用物理学的原理,检测了心脏在充满血液的过程中不同小格子的大小变化。之后,他们以此建立了物理模型,将心脏简化为活塞用以解释其工作原理。

  他们发现:10%-60%的将血液推向心脏中的推动力与心肌细胞的扩张之间并没有关系,而纯粹依靠液压力来完成。液压力是给汽车功能的主要方式,而它所运用的基本物理学原理是"帕斯卡原理"。

  在心脏中,不同小格子之间大小的变化会产生不一样的液压力。在心脏舒张的过程中,心房的顶端受到的压力会明显低于心室,因此,当两个格子之间的间隔被打开时,心房中的血液会快速地流向心室,已达到液流的平衡。

  而对于大多数心脏衰竭的患者而言,主要是心脏的舒张过程受到了影响。

  根据这项研究,如果心房相对于心室的体积变大,那么液压力将会降低,从而心脏能够充满血液。"这一发现对于心脏相关疾病的诊断与治疗具有重要的意义"。

  相关研究结果发表在《Scientific Reports》杂志上。

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