心臟

概述

學理方面，心臟（拉丁文-解剖學詞：Cor，希臘語-病理學：Kardia）是一個位於脊椎動物胸部的中空肌性纖維性器官，外披心包，是循環系統的動力部分。心臟具有自律心肌細胞，它們通過起搏電流產生節律性的動作電位，帶動工作心肌細胞進行有規律的收縮，將血液送往全身組織。心臟另有內分泌功能，其分泌的肽類激素可起到調節血壓、尿量及人體內水平衡的作用。而其功能會受到自身機制，神經系統和激素精細的共同調節。第一個真正的心臟可能出現在5億2千萬年前寒武紀第一批脊椎動物中（如耳材村海口魚）。心臟的心房心室劃分和運作機制與該動物的體形和具體生存習性（即生態學上所說的生態位）相適應。心臟的正常運作對生命至關重要，是動物胚胎期最早出現的器官之一。

心臟的進化

無脊椎動物——如昆蟲（Insecta）——的循環系統是開放式的，血液會流進體腔中（見血淋巴）。而有著封閉式循環系統（體液，包括血液和淋巴會經閉合的管道——血管和淋巴管流經全身，而不是流入體腔中直接與身體器官接觸）的頭足動物和環節動物，如蚯蚓也沒有真正的心臟。它有的是五個動脈弓，作用和心臟相似。
對脊椎動物而言，身體器官的分化和發育都受心臟制約。心臟是胚胎發育中首先形成的器官之一，例如雞的心臟在受精後30小時就開始跳動，而當時其軀體還不足以容納心臟。人的心臟在受精後4周即運作，當時其胚胎只有5毫米。
橫切動物胚胎作動態觀察，可見中胚葉外側板的內臟葉，在咽後方，腸的復側部分對稱增厚（某些動物成體的心臟就是位於此，但哺乳類動物的心臟會經歷一系列複雜的體位變化，被轉移到胸腔）。這對中胚層摺疊相對向中線靠攏，融合併形成一中空長管。這根管的兩端附於兩旁組織，除此之外卻是可動的。可動的部分在體腔中生長，並形成4個腔隙，並相繼開始收縮，最終構成心臟。心臟雛形一旦形成，就會被兩層膜所包繞：內膜（Endocard）和外膜（Epimyocard）。內膜後來會成為心內膜，外膜最終發展成為心肌層（Myocard）和心外膜（Epicard）。
原始心臟的結構，可以從胚胎期心臟的結構中了解。這是一根管道上有四個腔隙，並會相繼收縮。含氧量低的血液由此而被送進動脈中，這種心臟泵出的血流只有一股。圓口綱和魚類，如文昌魚心臟就是這種原始樣式，但它已經可以與血管區分開來。心臟的過渡類型則為總鰭魚類，兩棲動物和爬行動物打出混合血的心臟。這種過渡心臟可能發生於4億年前。它們的心房心室有開始分開的跡象，這與這些動物已開始用肺呼吸有重要聯繫。（這可從同為兩棲動物的無肺蠑螈身上看出，無肺蠑螈的房間隔退化。同樣，對肺呼吸依賴性不強的有尾目，其雙循環泵功能也有所減弱。）未完全分隔的心臟卻能根據動物的需要改變其缺氧血含氧血的大概流向。血液能夠被導向到如皮膚，鰓等呼吸部位。這對鱷魚，龜這些有時不用肺呼吸的動物有非常大的好處。關於這些動物的心臟構造，請見下面心臟的解剖。
到了無尾目，動脈圓錐開始被螺旋型的摺疊部分分開。鳥類和哺乳類的則是兩分的。這是真正的雙循環泵。進入肺循環的血液動能較低，以保護脆弱的肺組織。進入體循環的血液，行程長，分支多，阻力大，需要的動力較肺循環的多。但是爬行動物的動脈圓錐則是三分的。這一不同對要解釋前兩者如何從一些已知的爬行類動物中分離進化過程，構成了一定困難。有人認為，這可能是進化過程中，鳥類哺乳類動脈圓錐的發生放棄了最後一部劃分，只成為了兩分心室。
藍鯨的心臟和小汽車一樣大，有半噸重。

心臟的發育

要了解心臟的進化過程，最好觀察哺乳類動物心臟的發育過程。心臟的發育過程，在一定程度上（不是完全的）再現了其本身的進化過程。
以下詳述人的心臟發育過程。因為出於醫學方面的需要，這一過程研究觀察得比較透徹。
在人的胚胎期，心臟發生於胚盤頭端，口咽膜前方的中胚層，即所謂的生心區。其前方為原始橫膈。心臟首先形成其外形，然後進行內部分隔。

原始心臟的形成

受精後第18到19天，生心區的中胚層中出現圍心腔和一對生心板兩個結構。生心板里有中空結構心管。後來心管與周圍的間充質陷入到圍心腔中。間充質形成的心肌外套層，將來會發展為心外膜和心肌膜。而內皮和心肌外套層之間的結締組織，即心膠質，將來則發展為心內膜的內皮下層。

外形形成

心管的頭端與動脈相連，尾端與靜脈相連。然後心管形成三個膨大：心球，心室和心房。後來在心房的末端會在形成一個叫靜脈竇的膨大。心球和心室因生長速度快於心包腔的擴展速度，兩者會形成一U型的球室袢的結構。後來受到食管，心球的壓制，向左右兩方向擴展。心房擴大，房室之間形成房室管。心球的尾段融入心室，成為原始右心室。原來的心室成為原始左心室。兩者之間由室間溝分隔。

內部分隔

第5周初，心臟外形基本建立。然後開始內部分隔。這些分隔是同時進行的。
房室管的心內膜組織增生，形成一對心膜墊。它們彼此融合，將房室管分隔為左右房室孔。房室孔內的間充質之後會形成兩尖瓣和三尖瓣。
而心房的分隔則發生在第4周末。心房頂部背側壁出現第一房間隔，在第一房間隔向心內膜墊方向生長並最終與後者融合之前，會出現兩個孔，分別為：第一房間孔和第二房間孔。第一房間孔閉合。第二房間孔在一段時間內仍作為左右心房溝通的管道存在。後來它為厚的第二房間隔所遮閉。第二房間隔的前後緣會在與心內膜墊接觸時，下方留下一個卵圓孔。直至出生後，第一第二房間隔因為血流的壓力互相緊貼並最終融合，徹底分開兩心房。
靜脈竇右角後來會被吸收併入右心房，成為永久性右心房的光滑部，原始右心房則成為右心耳。通過房間隔進入原始左心房的肺靜脈後來分為四條，後來直接開口於左心房。由肺靜脈參與形成的部分成為了永久性左心房的光滑部。原始左心房也成為了左心耳。
心室底壁組織形成的室間隔肌部也向著心內膜墊生長，其方向與房間隔相反。在它完全與心內膜墊融合之前，會在其上緣的地方形成一個室間孔。這個孔後來大部分由心球內部形成的球皺褶所閉合，其餘的則是為心內膜墊所閉合。這樣就形成了室間隔膜部。
而動脈干與心球的內膜組織增生，上段被稱為動脈干皺褶，下段則成為球皺褶。兩者對生，後來融合，成為主動脈肺動脈隔，它將動脈干和心球分隔為肺動脈干和升主動脈。兩者的基部內膜增厚，形成半月瓣。

位置和鄰近器官

脊椎動物的心臟位其於胸部（Thorax），消化道腹面。心臟由肋骨保護，可以減少外來撞擊而引起損傷的危險。
牛的心臟位於3到6肋之間。人的心臟位於左鎖骨中線，胸骨後方由第二肋間到第五肋間。兩側與肺相臨，下方為膈。上方為出入心的大血管。心臟後方隔著心包腔與支氣管，食管，迷走神經和胸主動脈為鄰。心的長軸與正中線呈45度角。
但心有時因胚胎發育的原因，可以反位，成為右位心，心尖指向右下方，如正常心的鏡像，同時常伴有腹腔內臟器的反位。但右位心並無功能和結構上的改變。

供血

心臟本身由冠脈循環的血液所營養。左右冠狀動脈是由主動脈的根部發出的。而含氧量低的靜脈血主要通過冠狀靜脈匯流入心。心的重量占全身體重的0.5%左右，但其血流量竟達全身血流量的5%，為250毫升／分鐘。其血氧利用率已快達極限，動靜脈含氧量差達14%。因此當心肌需氧時，有效的方法只能是通過冠脈擴張加大血流量。

心房心室

原始心臟可能正如上述一樣的是「拉長」式的。但在這種能區分出心房心室的心臟中，心房總是位於心室的背側或前端。實行單一循環的心臟基本上是對稱的，但其餘更高級的心臟則是明顯不對稱。肺魚目和有尾目動物的心房已開始部分分隔。
兩棲動物的心臟有兩心房和一個心室，這也是兩棲動物的特徵之一。右心房接受體循環的靜脈血，左心房則接受肺循環中的靜脈血。兩者共同流到心室中。但大部分的含氧量低的血液會在心室右方，準備進入體循環。其離心血中，頭部和腦部的血液是含氧量高的血液。而射進動脈弓的血液則是混合血。而蛙類體表皮膚毛細血管具有氣體交換功能，能夠部分補償體內氧氣。其起搏主要是由靜脈突起負責的。
爬行動物的心室開始分為左右兩邊，房間隔完善，但室間隔有室間孔（鱷魚除外）。一般認為，其靜脈竇已經併入右心房，執行起搏作用。
鳥類的心臟具有完善的兩心房兩心室。但尚不如哺乳類動物的完善。兩者的靜脈竇（Sinus venosus）都和右房壁融合，（鳥類的還留有些許痕跡）形成日後的竇房結和靜脈瓣。還有，鳥類的主動脈弓是向右的，而哺乳類的則是向左行的。
而心臟內的腔隙心房（Atrium）和心室（Ventricle）則是有一定安排的。血液首先從心外器官流入心房，再流入心室。經心臟收縮後，血液會自心室被推到動脈中去。右心房有上下腔靜脈（Vena cava superior et inferior）通入。而肺動脈干則由右心室發出。四支肺靜脈通入左心房。而主動脈（Aorta）則發自左心室。
左心室負責體循環，相應的力要求比負責肺循環的右心室大。故左心室的室壁比右心室厚（9到12毫米，是右室壁的3倍）。
右心房分為由原始心房演變而來的固有心房和原始靜脈竇右角發展而來的腔靜脈竇。在右心房房間隔的右側面中下部可見卵圓窩（fossa ovalis），是上述卵圓孔閉合的遺蹟。
左心房則可根據胚胎來源被分為左心耳和左心房竇。
兩個心室都可分為流入道和流出道。流入道壁上有縱橫交錯的肌性突起，被稱為肉柱（trabeculae carneae）。而自心室壁發出，向心腔內突出的錐體性隆起則被稱為乳頭肌（papillary muscles），心瓣正是通過乳頭肌的收縮和腱索的牽拉，才不會反折向心房。哺乳類動物有瓣膜防止血液倒流。二尖瓣複合體（mitral valve complex）和三尖瓣複合體（tricuspid valve complex）指的是瓣尖（或稱瓣葉），瓣環，腱索和乳頭肌共同組成的複合體。它們的正常運作是血液不倒流的前提之一。相對起流入道，流出道壁光滑平整，沒有肉柱。

心包

心包是包裹心和出入心大血管根部的圓錐形纖維漿膜囊，分為內層的漿膜心包（Pericardium serosum）和外層的纖維心包（Pericardium fibrosum）。前者分為壁層和髒層兩層。髒層又稱心外膜。髒壁兩層在出入心根部互相移行。兩層之間的潛在腔隙被稱為心包腔。內有漿液起潤滑作用。在心包腔內，髒壁兩層折返處的間隙被稱為心包竇，主要有心包橫竇，心包斜竇和心包前下竇三者。
纖維心包則是由緻密的纖維結締組織組成。它在出入心大血管的根部與後者的外膜相連接。

工作心肌細胞

工作心肌細胞的肌原纖維豐富，具有自主性，傳導性和興奮性。執行收縮功能。它們是心房和心室壁的主要構成部分。

心電圖與心電軸

在心臟電傳導的每一瞬間，全心多處心肌細胞會發生大小和方向有異的瞬間電流。這些瞬間電流可以看作是一個個向量。根據向量的平行四邊形法則，可以綜合這些向量為一綜合向量。這些綜合向量先被投影到身體的冠狀平面上，然後這個投射向量再向三個心電圖導聯軸投影，作出其隨時間變化的曲線圖，即為心電圖。將三個導聯軸的R波的大小測量出來，並在Einthoven三角三邊中點根據方向和R波大小作出線段的一新端點，過該端點作該軸的垂線，三垂線通常會相交於一點（有時是形成一個三角形）。連接三角形的中心和三垂線的交點。該線段即為室間隔的軸，也可視為心的長軸。而綜合向量所代表的電流的方向，就是由該三角中指向該交點的方向。根據這個方向與豎直線的夾角的大小，可以將心軸歸類。

心的生理功能

心臟的主要功能是泵血，（心臟還有內分泌功能）右心房與右心室負責將低含氧的靜脈血送到肺進行氣體交換，左心房與左心室負責將肺部回來的高含氧血經主動脈送到全身。

血液的流入流出

右心房接受上下腔靜脈的含氧量低的靜脈血。心臟收縮泵出右心室中的血液後舒張，會造成右心室（左心房和左心室一樣）負壓，使得右心房的血液通過三尖瓣流入右心室。這些血液在然後在心臟收縮的時候被射到肺動脈，進入肺循環。肺動脈瓣會防止血液倒流。在肺進行過氣體交換後，含氧量高的血液會順著肺靜脈流到左心房。然後經過二尖瓣流入左心室。左心室內的血液會在心臟收縮時被射到主動脈，進入體循環。

心動周期與泵血過程

人們將心臟一次舒張和收縮構成的機械活動周期稱為一個心動周期。因為心室在心臟泵血中起到主要作用，所以心動周期會被看成是心室的活動周期。
心房和心室在一個心動周期中各有一舒張期和收縮期。心房心室的活動有先後之分，但左右心房和心室的活動則是同步的。以一個正常的心動周期為0.8秒為例：
一個心動周期以兩心房的收縮開始，這個過程持續0.1秒，接著是0.7秒的舒張。在心房開始舒張不久，心室開始收縮，持續0.3秒。這個收縮期可分為：等容收縮期和射血期，這將會後述。接著心室舒張0.5秒。心室舒張的前0.4秒，被稱為全心舒張期，因為此時心房也處於舒張期。

心泵功能的儲備

心臟具有因機體需要而增加心輸出量的能力，被稱為心力儲備。心臟的最大心輸出量可達35L，為靜息時的8倍。心力儲備體現在搏出量儲備和心率儲備兩方面。
搏出量儲備是指靜息時心室收縮末期容積與心室作最大射血後心室余血量之差。這可使每搏輸出量增大30到40mL左右。
心律若過快，反而因為充盈不足而導致每搏輸出量減少。健康成人心輸出量因心律增多而加大的心律範圍為每分鐘160到180左右。這比靜息時每分鐘70下增加了近100下。～

心臟功能的調節

哺乳動物的心跳受自律神經系統，荷爾蒙和溫度的影響。

自身調節

當回心血量增大時，心肌纖維會被拉得更長，心壁會受壓，這正能夠使得心肌的收縮力上升：前負荷的增加使得心肌的初長度變大，在一定範圍內，心肌的這種初長度的增大會使得其更接近最適初長度，而發揮更大的收縮力。心臟自身這種快速調節能夠對回心血量作出精細有效的調節（異長自身調節，也即弗朗克史達林機制）。

神經調節

心臟的泵功能會受到神經調節。交感神經和副交感神經的共同作用，使得心臟能為身體在各種狀態下提供合適的工作效率。
心交感神經的節前神經元位於脊髓胸段1到5節中間外側柱，釋放乙醯膽鹼活化節後神經元。節後神經元為腎上腺素能神經元。其釋放的去甲基腎上腺素和心肌細胞膜上的beta1腎上腺素能受體相結合，（心肌也有alpha受體，但作用不大，生理功能未完全明了。）活化cAMP，通過第二信使系統傳達調節資訊，活化心肌細胞膜上的鈣離子通道，引起鈣離子內流。交感神經對心臟的作用是加快心率，增強其收縮力和加快傳導速度。可概括為：正性變時，變力，變傳導作用。此外，交感神經還有通過幫助打開肌小節內漿網ATP酶（SERCA Sarko-Endoplasmatic-Reticulum-ATPase）加快心肌舒張過程，擴大冠狀血管管徑的作用。所有這些作用，都可以看作是加強心臟功能。
心的副交感神經調節是通過心迷走神經實現的。迷走神經節前節後神經元都是膽鹼能神經元。節後纖維釋放的乙醯膽鹼能與心肌細胞的M膽鹼能受體結合，活化G蛋白。G蛋白使細胞膜超極化，降低cAMP活性。其功能和心交感神經互為拮抗。即：負性的變時，變力，變傳導作用。
在大多數情況下，心迷走神經的作用比交感神經的作用強。

體液調節

血液中的腎上腺素和去甲基腎上腺素能引起心律加快，心收縮力增強，傳導速度增快。

心音

一般我們常聽到的心音有第一心音（S1）和第二心音（S2），當我們用一般的聽診器聽診，就會聽到（lub－dub）的聲音，（lub）就是第一心音，（dub）就是第二心音。
第一心音發生在心縮期，是其開始的標誌。音調低而時間長。這是由於血液衝擊血管，及產生的渦流，還有房室瓣的突然關閉引起的。
第二心音發生在心室舒張期，音調高而時間短。是因為主動脈瓣與肺動脈瓣關閉而產生的。
第三心音出現於第二心音之後，又稱為心闖音。發生在快速充盈期末，低頻低振幅。它可能是由於心室快速充盈期末血流速度的改變，引起心壁和瓣膜的震動而造成的。第三心音可能出現在小孩、年輕的成人或懷孕晚期的女性身上。
第四心音又稱為心房音，它是由於心房收縮，心室主動充盈所引起的心壁和瓣膜震動引起的。第四心音也可能出現在小孩、健康的運動員和健康且無心臟病的老人身上。
第三心音和第四心音也可能出現在病理情況中，如心肌梗塞（myocardial infarction；MI）或心衰竭（heart failure）的病人身上聽到。

心的分泌功能

心臟可以分泌兩種肽類激素，其一為心房鈉尿肽（Atrial Natriuretic Peptide，ANP，又稱心鈉素），由心房肌細胞分泌。其生理作用是利鈉、利尿，減少靜脈回流，降低中心靜脈壓，使心輸出量降低和血壓下降等。
當血液中鈉離子濃度或血漿體積增多時，靜脈回流增加，使心房肌細胞被拉長而受到刺激，因而分泌ANP。ANP經血液循環抵達腎臟，抑制腎小管（尤其是集尿管）再吸收鈉離子和水，使尿流量增加，幫助血液體積恢復正常。ANP
抑制腎素（Renin）、血管收縮素（AngiotensinII）、醛固酮（Aldosterone）、抗利尿激素（ADH）的分泌，間接減少了鈉離子的再吸收。ANP亦可使絲球體的繫膜細胞（mesangial cell）鬆弛，增加過濾作用的有效面積，使鈉離子排出量增多。此外，ANP降低血管平滑肌對血管收縮劑的有效反應，因而降低血壓。
腦下腺前葉及腦中亦有ANP，但其作用仍不明。
而另外一種由心分泌的物質則是B—型鈉尿肽（B—type natriuretic peptide，簡稱BNP），1981年由De Bold發現。BNP是由心室分泌的，特別是左心室。分泌時有32個胺基酸殘基的貯存型proBNP會分解為無活性的N端前BNP和有內分泌活性的BNP。兩者都會進入血液循環。BNP有著與ANP相似的生理功能，即利鈉，利尿，抑制RAA系統和擴張血管。在臨床方面，BNP被視為心力衰竭患者預後指標，甚至有助於治療心衰。
而1990年科學家在神經系統又發現了這種蛋白家族的另一成員C-型鈉尿肽（CNP，C type natriuretic peptide），其在血管中的濃度很高，特別是在血管內皮。CNP不是由心臟 組織分泌，而主要是由腦，腦下腺，血管內皮，腎臟及女性生殖部位等來分泌。CNP具有擴張血管、抗細胞分裂和抗SMC遷移的功能。而且，CNP還能防止心臟肥厚的發生。

心臟的生理研究

人類對心臟的研究是與血液循環聯繫在一起的。早在古希臘時代，希波克拉底就已認為，心臟有兩心房和兩心室。亞里士多德認為心臟是血管系統的中心。但他還不知道血管有動靜脈之分。後來一位古羅馬的醫生蓋侖，通過自己大量解剖實驗得出結論，血管裡流的是血液。但是蓋侖的理論也不完全符合今天人們的認識。他認為血液不能循環，當它們在血管流過之後，便消失在人體遠端。
歐洲文藝復興時期，比利時的維薩里和西班牙的塞爾維特質疑蓋侖的理論，後者更是認為心肺之間存在小循環。維薩里因此被宗教裁判所判處死刑。塞爾維特後來也在「異教徒」的罪名下被執行了火刑。而多才多藝的李奧納多·達文西通過秘密解剖，提出了心臟內分四腔。
1578年出生在英國福克斯通鎮的醫生威廉·哈維所發表的《心血運動論》是生理學誕生的標誌。哈維也是通過邏輯推理，以及解剖大量的動物（蛇和兔）得出該結論的。《心血運動論》指出人體的血管是一個封閉的管道系統，血液能循環流動，血液從靜脈流入心臟而借道動脈而流往身體其他各處，而其動力來源於心臟。由於當時沒有顯微鏡，哈維並未能發現毛細血管，但他卻預言了其存在。
目前世界各國對心臟生理，病理和藥理學等方面都展開了廣泛研究。例如為外周動脈堵塞（pAVK）患者利用幹細胞再造血管，為心瓣膜發生病變的病人提供人造瓣膜。還有很多國家為治療心律失常而投入到心臟起搏與心臟電生理方面的研究之中。

心臟手術

因為手術需要沒有血的手術視野，因此心臟手術十分困難，一度被認為是禁區。奧地利著名醫生西奧多·比爾羅特（Theodor Billroth，1829-1894）曾說過：「在心臟上做手術，是對外科藝術的褻瀆。任何一個試圖進行心臟手術的人，都將落得身敗名裂的下場。」
20世紀，心臟手術終於出現了突破。先後出現了BT分流、降低體溫暫停血液循環、體外心肺循環等技術。

心臟的心理方面研究

西方傳統觀點認為，心臟只是輸送血液的動力泵，大腦才是決定整個身體情感、精神、認知的智能中樞。如果將大腦比作身體帝國的皇帝，那心臟只不過是個能源部長。
但是HeartMath的創始人Childre博士發現，其實心臟可以通過影響情感來影響大腦認知，它遠非不起眼的小角色，它對這個帝國的大事也有重要的決定權。

中醫學

古代中國關於心的解剖，最早的記載見於《史記·殷本紀》：「比干強諫，紂怒曰：『吾聞聖人心有七竅，剖比干觀其心』。」傳統中醫認為，心為一身的君主，臟腑百骸均遵從其號令，人的聰明智慧也是從心而出。
在中醫傳統理論中，心與小腸通過經脈相互絡屬而構成表裡關係。此外心具有推動血液在脈管中運行的功能。並且與舌的色澤、味覺、運動及語言相聯繫。也與汗液的生成排泄有關，主宰人體生命活動及精神、意識、思維活動的功能。
心與精神思維的緊密關係，也就是「心為神主」的概念，是中醫裡的重要理論之一。不過明朝以後，開始有中醫學家對藏神的所在處，提出不同的看法。如明朝李時珍在《本草綱目·辛夷》裡指出：「腦為元神之府」。不過這樣的想法並未如舊有的觀點般普及。