心肌纤维存在螺旋状走行

发布网友发布时间：2024-09-08 18:41

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热心网友时间：2024-11-20 20:02

心脏的作用是推动血液流动，向器官、组织提供充足的血流量，以供应氧和各种营养物质，并带走代谢的终产物（如二氧化碳、尿素和尿酸等），使细胞维持正常的代谢和功能。成年人的心脏重约300克，它的作用是巨大的，例如一个人在安静状态下，心脏每分钟约跳70次，每次泵血70毫升，则每分钟约泵5升血，如此推算一个人的心脏一生泵血所作的功，大约相当于将3万公斤重的物体向上举到喜马拉雅山顶峰所作的功，因此可以不夸张地说，心脏的确是一个神奇的人体器官。
1628年，英国医生Harvey（1578－1657）出版了《心血运动论》一书。他根据对40种不同动物的解剖观察和实验，得出血液在体内循环不息的结论。他发现，心脏的左右两部分并不是同时收缩的，左右心房和左右心室的房室口的瓣膜是单向阀，静脉中的静脉瓣也是单向阀。很明显，血液从心脏里被推送出来后，沿着动脉流到全身，又循着静脉回到心脏，瓣膜起到防止血液倒流的作用。并证明心脏的收缩和舒张是血液循环的原动力。Harvey的发现被誉为人类最为伟大的十个科学发现之一，然而至今人们对循环系统的认识仍还有未解之迷。心脏作为人体的发动机，它的收缩和舒张为血液提供源源不断的动力，使血液在血管内循环流动，多年来人们一直认为它只是一个匀质的肌性器官，并不太清楚它的内部解剖结构如何，到底是如何工作的。
人类很早就认识到心肌纤维存在螺旋状走行。1660年，Lower首次记录了心尖部的肌纤维走向呈旋涡状，肌纤维从外侧沿顺时针方向走向*，沿逆时针方向由*走向周边。这种螺旋状的心肌纤维走行也引起了外科医师的注意，发现心脏并不是想象中的匀质的肌样器官，而是存在复杂缠绕的肌纤维螺旋，并且内外不同，解剖学家们也想进一步了解这一奇异的结构，但苦于一直搞不清楚螺旋从什么哪里开始又到哪里结束。直到上个世纪Torrent-Guasp医师终于解开了这个神奇的心结，他通过全手工的解剖把整个心脏的螺旋完全解开，发现复杂的心肌螺旋是由一条心肌带状结构经两次盘结而成。当别人问及他是如何解开这个复杂的结构时，Torrent-Gausp医生说，是种系发育学给他带来的灵感，因为个体的发育过程其实是重复了种系的进化过程。反过来，通过研究低级生物到高级生物心脏演化过程，可以间接了解心脏发育过程。蠕虫是一种有着10亿多年历史的古老生物，它的心脏（如果能算是心脏的话）只是一条简单的条索状结构，4亿年前，鱼类出现了，它心脏已经有了单腔的泵结构，2亿年前出现的两栖类和爬行类的心脏中，已经可以观察到成形的心房和心室腔结构，但是分隔心房和心室的房间隔和室间隔仍残留有沟通。人类大约在10万年前出现，人的房间隔和室间隔是完整的，也就是说人类的心脏已形成了各自独立的左右心结构。再让我们看一下单个人类个体的心脏发育过程：在生命的第20天的时候，人类心脏与10亿年前的蠕虫的心脏是相似的，只是一个简单的带状结构；到第25天的时候，静脉系统和动脉系统完全分开了，以及形成了单泵的结构，这种结构与鱼类的心脏结构极为类似；第30天的时间，带的缺损的房间隔和室间隔形成，此时的心脏正如两栖类和爬行类的心脏；第50天的时候，房间隔缺损和室间隔缺损闭合，人类心脏发育完成。也就是说人类的心脏的50天的发育期间里重复了10亿年的种系演化过程。根据这个道理，Torrent-Gausp医生徒手解开了复杂缠绕的心脏肌纤维，首先分离开主动脉和肺动脉，接下来就是右心室外壁，然后是覆盖在心尖螺旋表面的心脏基底部的横向走行的心肌纤维，再把主动脉从左室接游离下来，分清心尖螺旋的上升支和下降支，将心尖螺旋按肌纤维的方向打开以后，整个心脏就变成了一条肌状条带，如果再按相反的次序折叠这个条带，又能还原成完整的心脏结构。
心脏中为什么会存在这种复杂的心肌螺旋结构呢？答案是为了便于扭动，如同跳华尔兹一样。的确，心脏并不是我们想的那样象一个气球那样收缩和舒张，而是象跳舞一样的扭动腰肢。射血过程过程是一种螺旋拧紧的过程，舒张时也是主动的解旋过程，产生抽吸作用将血吸进心脏。这种现象在心脏外科手术中可以清楚地看到，当心脏完全暴露出来以后，从心尖向心底方向看去就可以观察到，心脏收缩时，心尖部呈顺时针方向旋转，而心底部则呈逆时针方向旋转，同时心脏变短，将血液射入主动脉；心脏舒张时的过程与收缩时完全相反，心肌主动解旋，心尖部呈逆时针旋转，心底部呈顺进针旋转，心脏变长，产生一个抽吸力，将左房内的血液吸入左室。除了在术中可以直观地看到心脏的扭动，许多学者运用现代医学影像手术将心脏进行三维重建，就可以清楚地在透视下看到心脏运动时，不同部分的相互关系。可以看到心脏螺旋的动画。
因为心脏是一个几乎全由肌组织组成的器官，没有刚性的骨髂结构可以作为肌肉收缩的支点或支撑，螺旋状的心肌纤维结构及其特殊的扭转运动可以达到较高的机械效率。在正常心脏中，由于心肌纤维呈螺旋状缠绕，15的肌纤维的收缩就可能产生60的射血分数，而如果假设心肌纤维呈水平圆周状缠绕的话，15的肌纤维的收缩只能产生约30的射血分数。在某些病理因素作用下，疾病达到心功能衰竭阶段后，心脏往往呈球形扩大，此时心肌纤维的走向会由垂直交叉变成接近水平状态，心肌收缩效率就会下降，出现恶性循环。从这种意义上讲，心肌螺旋这种高效结构，是维持心脏在个体生命周期从开始到结束长达几十年中不间断工作的重要保证。
事实上，螺旋结构不但存在于心脏中，人体中的许多结构中都存在螺旋，如遗传物质DNA就呈双螺旋结构，人的指纹也是螺纹状图案，人的毛发等等，如果我们再放眼生物界，螺旋结构更为普遍，绵羊角、蜗牛壳、雏菊的花蕊等等。现实生活中，只要你细心观察你会发现螺旋结构无处不在，大到星系，小到细胞内的离子流，日常生活中常见的各种装饰性图案都可以看到螺旋结构。螺旋结构是生命的密码，大自然的曲线，而螺旋运动则是生命之舞，大自然的律动。