循环系统与心脏

动物如何将血液或血淋巴输送到全身，以及心脏如何产生压力和血流，以满足组织的需求。

Definition

循环系统是输送气体、营养物质、废物、激素和热量通过动物身体的泵、液体和血管的组合，而心脏是肌肉泵，其有节律的收缩产生驱动血流的压力。

Scope

本主题涵盖内部运输的比较生理学：开放式和封闭式循环系统、单循环和双循环、脊椎动物和无脊椎动物心脏的结构和电活动、心动周期，以及心输出量和血压的调节。它探讨了血管阻力和容量如何分配血流，以及循环如何与体型、活动和呼吸策略相匹配。内容侧重于比较和机制，而非临床。

Core questions

• 开放式循环系统与封闭式循环系统有何区别？它们各自的优缺点是什么？
• 心跳是如何产生和传播的？心动周期是如何组织的？
• 心输出量如何调节以适应身体不断变化的需求？
• 鸟类和哺乳动物为何进化出双循环？它带来了哪些优势？

Key theories

Frank–Starling关系

心脏收缩力随心脏充盈程度的增加而增强，因此在一定限度内，心脏会自动泵出返回的血量，使输出量与静脉回流相匹配。

心跳的肌源性起源

在脊椎动物心脏中，心律起源于特殊的起搏肌肉细胞而非神经，冲动通过心肌传播以协调收缩，神经和激素输入调节心率和收缩力。

Mechanisms

封闭系统将血液限制在血管内，可以维持高压并精确控制分布，而开放系统则以较低的压力将血淋巴浸润组织。脊椎动物的心脏是肌源性的：起搏细胞自发去极化，冲动通过传导组织和肌肉传播，产生协调的心动周期，包括充盈和射血。每搏输出量由充盈（Frank–Starling机制）和收缩力决定，心率由自主神经和激素输入决定，因此心输出量等于它们的乘积。动脉、小动脉、毛细血管和静脉在阻力和顺应性方面有所不同，以调节压力和分配血流。鱼类的单循环、两栖动物和爬行动物的中介心脏，以及鸟类和哺乳动物完全分隔的双循环，代表了与气体交换和代谢需求相匹配的连续演化解决方案。

Clinical relevance

比较心脏生理学，包括潜水动物的极端心动过缓和小型恒温动物的高输出量，阐明了心血管功能及其调节的原理。本条目为教育参考资料，不作为医疗指导。

History

威廉·哈维于1628年对血液循环的论证奠定了心血管生理学的基础，随后弗兰克和斯塔林确立了心输出量的长度-张力基础。比较生理学将这些原理扩展到各种动物心脏和循环系统，将循环设计与体型、生活方式和呼吸策略联系起来。

Key figures

• William Harvey
• Otto Frank
• Ernest Starling
• Knut Schmidt-Nielsen

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

开放式循环和封闭式循环有什么区别？

在封闭系统中，血液保留在血管内并通过血管返回心脏；在开放系统中，泵将血淋巴排入体腔，直接浸润组织，然后回流。

什么是Frank–Starling机制？

它是指心脏在充盈更多时收缩力更强的倾向，因此它泵出的血液量大致等于其接收的血液量，而无需外部控制。