循環系統

循環系統（circulatory system）是負責血液流動循環的生物系統，通過血液將攝取的營養物質、激素和其他信號分子輸送到全身各處，同時進行氣體交換，並將細胞代謝產生的廢物排出體外。循環系統包含血液和心血管系統（cardiovascular system）；在一些資料中，「循環系統」和「心血管系統」可視為同義詞，常可交替使用。

廣義的循環系統涵蓋了負責「血液循環的心血管系統」和負責「淋巴循環的淋巴系統」。其同時維持了血液和淋巴的循環。在動物中，循環系統可分為閉管式和開管式兩種類型。

淋巴系統是循環系統的重要補充，通過將身體組織中的多餘血漿回收到血液循環中，從而維持血液循環的正常運作。其屬於開放系統，循環速率比血液慢，還與免疫系統協同工作。

循環系統不僅維持血液和淋巴的循環，還起到抵抗疾病、調節體溫以及維持體液酸鹼平衡的作用。研究血流力學的學科被稱為血液動力學，研究血液流動特性的學科則被稱為血液流變學。

心血管系統分為兩部分：體循環和肺循環；而淋巴系統由於是單向（向心性）的開放系統並無獨立封閉肺部迴路，因此不區分此兩大循環。

## 解剖

循環系統由心臟、血管和血液組成，其中心血管系統通常專指心臟與血管部分。該系統可分為體循環和肺循環兩大主要通路。肺循環的血液從右心流出，經肺部完成氣體交換後返回左心；而體循環的氧合血則從左心泵入全身的各組織，脫氧血再通過腔靜脈回流至右心。體循環可進一步分為宏循環和微循環兩個層面。

成人體內大約有5升血液，血液由血漿、紅細胞、白細胞和血小板組成。循環系統與消化系統協同工作，為心臟和全身組織提供所需的營養物質。

除主要循環外，人體還在許多區域有局部循環，包括冠狀循環、腦循環（營養腦部）、腎循環（營養腎臟）及支氣管循環（營養支氣管）。人體的循環系統屬於封閉系統，血液始終在血管內流動；而淋巴系統作為其重要的子系統，由淋巴管、淋巴器官、淋巴結和淋巴液組成。該系統是一個開放系統，作用是協助組織液回收並參與免疫。

### 心臟

心臟是驅動血液流向全身的泵。人體心臟分為四個腔室：左心房、左心室、右心房和右心室，分別對應體循環和肺循環的血液供給與回流。

### 肺循環

在肺循環中，脫氧血會經上、下腔靜脈匯入右心房，並通過三尖瓣進入右心室，再經肺動脈瓣泵入肺動脈最終抵達肺部。在肺部，血液會釋放二氧化碳並吸收氧氣，之後氧合血會經肺靜脈返回左心房。

### 體循環

體循環從左心出發，將氧合血通過主動脈輸送至全身組織。體循環可進一步分為宏循環（通過大血管輸送血液）和微循環（通過毛細血管網進行物質交換）兩個層面。

### 血管

循環系統的血管包括動脈、靜脈和毛細血管，其中連接心臟的粗大血管被稱為大血管。

#### 動脈

氧合血經主動脈瓣離開左心室進入體循環。主動脈作為體循環的起始部分，其血管壁富有彈性，有助於維持全身血壓。主動脈發出供應胸部、上肢和頭頸部的分支後，會穿過膈肌的主動脈裂孔進入腹腔，繼續下行並分支供應腹部、盆部、會陰及下肢。隨著主動脈逐漸分支變細，其彈性會降低而順應性則會增加。

#### 毛細血管

動脈分支為微動脈，進而形成毛細血管，毛細血管重新匯合後會進入靜脈系統。據估算，一位70公斤成人體內肌肉的毛細血管總長度可達9,000至19,000公里。

#### 靜脈

毛細血管匯合成微靜脈，再逐漸匯合為靜脈。靜脈系統的大部分血液最終經上腔靜脈（主要收集心臟以上部位的血液）和下腔靜脈（主要收集心臟以下部位的血液）回流至右心房。

##### 門靜脈系統

通常的血液循環遵循「動脈→毛細血管→靜脈→心臟」的路徑，但門靜脈系統是例外。在人體中的典型例子是肝門靜脈：它收集胃腸道毛細血管吸收過消化產物的血液，隨後並不直接回流到心臟，而是進入肝臟內形成第二套毛細血管網。

## 發育

循環系統的發育始於胚胎期的血管生成。人體的動脈和靜脈源自胚胎的不同部位。動脈主要起源於弓動脈，它位於胚胎上方，由六對動脈弓組成。靜脈則在胚胎的4至8周期間由三對雙側靜脈開始形成。胎兒循環從胚胎的第八周開始建立，此時肺循環未執行功能，血液通過動脈干繞過肺部循環。胎兒在出生前的氧氣與營養由母體通過胎盤和臍帶提供。

### 動脈發育

人體的動脈從胚胎第四周開始發育，主要來源於弓動脈和背主動脈。第一、第二對弓動脈逐漸退化，僅保留上頜動脈和鐙骨動脈。第三、第四及第六對弓動脈則形成主要的動脈系統，而第五對弓動脈則完全退化。

背主動脈起始於胚胎背側，兩側各一條，是動脈系統發育的基礎。約有三十條較小的動脈從背主動脈的後側和兩側發育而來。

### 靜脈發育

人類靜脈系統由臍靜脈、卵黃靜脈和主靜脈發育而成。

## 功能

在健康成人於海平面吸入空氣時，動脈血中約98.5%的氧氣與血紅蛋白分子結合存在，其餘約1.5%則以溶解狀態存在於血漿及其他液體中。血紅蛋白是脊椎動物體內氧氣的主要運輸載體。

## 臨床意義

許多疾病會影響循環系統，包括影響心血管系統的心血管疾病，以及影響淋巴系統的淋巴疾病。相關專業包括心臟病學、心胸外科和血管外科，分別專注於心臟、心臟周圍組織以及血管疾病的診斷和治療。

### 疾病

心血管疾病是影響心臟和血管的各種疾病的總稱。其中許多發病緩慢，且與個人的運動習慣、飲食結構、吸菸等生活方式密切相關。

動脈粥樣硬化是多種心血管疾病的病理基礎。其特徵是在中、大動脈壁內逐漸形成粥樣斑塊，這些斑塊可能增大或破裂導致血管阻塞，也是急性冠狀動脈症候群的主要危險因素。此外，動脈粥樣硬化還可能並發動脈瘤或動脈夾層等疾病。

另一類常見的心血管疾病與血栓形成有關，血栓可發生在動脈或靜脈。常見的深靜脈血栓主要出現在下肢，尤其在長期靜坐或活動受限的人群中易發。血栓脫落後可形成栓子，隨血流進入肺或腦等部位，可能導致肺栓塞、短暫性腦缺血發作或腦卒中等嚴重後果。

此外，心血管疾病也可能為先天性疾病，例如先天性心臟缺陷。需要注意的是，並非所有循環系統的變異都為病理性，其中相當一部分只是解剖上的生理差異。

### 檢查

循環系統的功能和健康狀況可通過多種方法評估，包括無創檢查和侵入性檢查。常規的無創檢查是基礎，例如通過測量脈搏評估心率，用血壓計測量動脈血壓，或用聽診器檢查心臟雜音來提示瓣膜或血流異常。心電圖則用於評估心臟電傳導功能。

侵入性檢查可提供更直接的血流動力學數據。例如通過在動脈內插入導管，以測量脈壓或肺動脈楔壓。血管造影是通過向動脈內注入造影劑以顯示動脈分支結構的技術，可用於給心臟或腦部的血管成像，也可在直接對動脈進行干預，例如置入血管支架，並植入彈簧圈控制出血。

影像學技術在血管檢查中也被廣泛應用。磁共振血管成像可以無創顯示血管異常，CT肺動脈造影專門評估肺部血供，血管超聲能夠診斷血管狹窄、血栓和功能不全，而血管內超聲則通過插入導管獲得血管壁及血管腔的資訊。

### 手術

有許多關於循環系統的手術，例如冠狀動脈旁路移植、血管成形術、靜脈剝脫術等。

循環系統的手術大部份會在住院部進行，而較少在門診部進行。在美國，只有28%循環系統的手術是在門診部進行。

## 其他動物

包括人類在內的脊椎動物，其循環系統屬於閉鎖式循環系統，血液僅在心臟及由動脈、靜脈和微血管組成的血管網路中流動。而一些無脊椎動物則具有開放式循環系統，更簡單的動物甚至沒有專門的循環系統。

### 無循環系統

例如扁形動物沒有血液循環系統。它們的體腔缺乏血液，口直接通向複雜的腸道。由於體積小且消化道高度分支，消化產物可通過擴散到達所有細胞，同時氧氣也可從水中直接擴散至細胞。這一系統彌補了循環系統的缺失。

一個無循環系統的動物的例子是渦蟲綱（扁形動物門）。它們的體腔沒有血液。它們的口直通錯綜複雜的腸道。因其體積小而消化道有大量分枝，消化的物質可擴散到所有細胞中，氧氣也可從水中擴散至其細胞，故無需循環系統，每個細胞也能獲得營養、水和氧氣。細菌等原核生物也沒有循環系統。

### 開放式循環系統

大型軟體動物（除頭足綱外）和節肢動物的體內氧氣運輸主要依賴組織液，其中含有血藍蛋白，這種蛋白在節肢動物的免疫系統中也發揮作用。小型節肢動物如劍水蚤科和部分昆蟲缺乏血藍蛋白，它們通過遍布全身的呼吸系統來完成氣體交換。

人體的淋巴系統可視為開放式循環系統，淋巴主要由水、無機鹽（主要是Na+、Cl-、K+、Mg2+和Ca2+）和有機化合物（主要是碳水化合物、蛋白質和脂類）組成，用來回收過剩組織液並容納免疫細胞。

### 閉鎖式循環系統

閉鎖式循環系統主要由心臟、血液和血管組成。所有脊椎動物，以及環節動物（如蚯蚓）和頭足動物（如烏賊和章魚）的循環系統都是閉鎖式，血液始終保持在血管內流動，包括動脈、毛細血管和靜脈。

魚、兩棲動物、爬行動物、鳥和哺乳動物的心血管系統顯示演化的不同階段。

## 歷史

在公元前6世紀，古印度阿育吠陀醫師蘇什魯塔已掌握體液循環的基本知識。他似乎也了解了動脈的結構，這被什里達爾·德維迪（Dwivedi, Shridhar）和吉里什·德維迪（Dwivedi, Girish）稱為「管道」。古希臘對循環系統的首次重要研究由柏拉圖在《蒂邁歐篇》中完成。他認為血液循環遵循體內元素運動的一般規律，因此並未賦予心臟的特殊性。公元前3世紀初，希波克拉底學派的一位醫生發現了心臟瓣膜，但當時尚未正確理解其功能。

1025年，波斯醫師伊本·西那在《醫典》中沿用了希臘學說，錯誤地認為心室中存在血液可通過的孔隙。儘管如此，他「正確論述了心動周期和瓣膜功能」，並在《脈論（Treatise on Pulse）》中對血液循環有所預見。他還首次對脈搏作出了正確解釋：「脈搏的每一次跳動包括兩個運動和兩個停頓：舒張 → 停頓 → 收縮 → 停頓。脈搏是心臟與動脈的交替舒張和收縮運動。」

1628年，英國醫師威廉·哈維通過一系列實驗出版了《心血運動論》，「證明了人體內靜脈與動脈之間存在直接聯繫，而不僅僅通過肺部聯繫。更重要的是，他指出心臟跳動可通過體表極小的連接實現血液的持續循環。」這一概念性的飛躍逐漸說服了醫學界。

安德烈·弗雷德里克·考南德、沃納·福斯曼及迪金森·伍德拉夫·理查茲因為「發明心臟導管術和發現循環系統的病態變化」，在1956年獲得了諾貝爾醫學獎。

## 外部連結

- The Circulatory System
- Michael Servetus Research Study on the Manuscript of Paris by Servetus (1546 description of the Pulmonary Circulation)