簡介
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嵴椎動物中（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，所以不難理解它也是動物胚胎期最早出現的器官之一。心臟的進化
無嵴椎動物中，如昆蟲（Insecta），其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，起著和心臟相似的作用。嵴椎動物的身體器官的分化和發育都受到心臟的制約。心臟是胚胎髮育中首先形成的器官之一，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周即行使其功能，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，融合併形成一中空的長管。這根管兩端附著於兩旁的組織。但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。一旦心臟雛形形成，它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)。
嵴椎動物可能的塬始心臟。而這一結構和嵴椎動物胚胎髮育中心臟的形態相似。注釋：1-腹主動脈(Aortaventralis)2-動脈圓錐(conusarteriosus)3-心室4-心房5-靜脈竇（sinusvenosus）6-半月瓣7-房室瓣8-竇房瓣
塬始心臟的結構，可以從胚胎期心臟的結構從了解。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塬始樣式，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唿吸有重要聯繫。（這可從同為爬行動物，但是無肺蠑螈身上看出，無肺蠑螈的房間隔煺化。同樣，對肺唿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，鰓等唿吸部位。這對鱷魚，龜這些有時不用肺唿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，動脈圓錐開始被螺鏇型的摺疊部分分開。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叄分的。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。其前方為塬始橫膈。心臟首先形成其外形，然後進行內部分隔。
塬始心臟的形成
1-圍心腔，2-生心板，3-口咽膜，4-泄殖腔膜，5-塬始隔膜，6-羊膜受精後第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。然後心管形成叄個膨大：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，成為塬始右心室。塬來的心室成為塬始左心室。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叄尖瓣。
房間隔和房間孔
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，塬始右心房則成為右心耳。通過房間隔進入塬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。塬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嵴所閉合，其餘的則是為心內膜墊所閉合。這樣就形成了室間隔膜部。
而動脈乾與心球的內膜組織增生，上段被稱為動脈乾嵴，下段則成為球嵴。兩者對生，後來融合，成為主動脈肺動脈隔，它將動脈乾和心球分隔為肺動脈乾和升主動脈。兩者的基部內膜增厚，形成半月瓣。[1]
心臟的解剖學特徵
位置和鄰近器官
人的心臟相對於肋骨的位置
嵴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。人的心臟約2/3位於正中線左側，外裹心包。前方對向胸骨體和2到6肋軟骨。後方平對5到8胸椎。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。
但心有時因胚胎髮育的塬因，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。
表面
心的正面。注意：此處右肺動脈應分為叄支，而非圖中所示的兩支。
哺乳類動物的心的外表可被描述為，一尖，一底，兩面，叄緣，表面四條溝：
一尖，指的是心尖（cardiacapex）。它是由左心室構成。
一底，指的是心底（cardiacbase）。朝向右後上方。主要由左心房和小部分右心房構成。
兩面指的是前面的胸肋面和下面的膈面。
叄緣指的是下緣（銳緣），左緣（鈍緣）和右緣（不明顯）。
表面四條溝可視為四個心腔的表面分界。它們分別為冠狀溝（房室溝），前室間溝和後室間溝（左右心室）和後房間溝（左右心房）。
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靜脈竇會流入心。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。
論文
大鼠體外循環模型技術與實踐來源:作者:董國華,景華[摘 要] 體外循環(CPB)技術經過50多年的不斷發展,現已成為心臟外科常用的、安全有效的治療手段,但由於非生理性的界面接觸及血流改變,仍有許多與之相關的併發症困擾著臨床。採用動物模型探討CPB圍手術期病理生理改變機制及各臟器功能保護策略是目前心臟外科面臨的重要課題。大鼠模型具有費用低廉、裝置簡便、檢測潛力大等優點,但由於動物體積較小,在裝置設計和手術技術上有一定難度,所以在實際中尚未得到廣泛套用。本文對大鼠CPB模型的技術要點進行總結分析,提出理想的、接近於臨床的CPB小動物模型要求。[關鍵字] 大鼠;模型,動物;心肺轉流術
隨著體外循環(cardiopulmonarybypass,CPB)技術的不斷發展,心內直視手術得到迅速普及,但由於CPB對機體內環境影響大,可以造成術後多臟器功能損害,深入研究CPB對人體生理機能造成的影響及其病理生理過程,探討圍手術期各臟器功能保護的方法,是現代心臟外科研究的重點。大動物模型花費巨大、管理困難,而大鼠來源廣泛、價格低廉、檢驗能力強,可使相關研究系統化、系列化、規模化。由於大鼠相對較小,對裝置設計和手術技術要求較高,目前對大鼠CPB
模型的研究仍處於嘗試階段[1],以部分CPB和/或大量供體血預充為主,動物難以長期存活,與臨床有一定差距。改進實驗裝置,提高操作技術,建立更加附合臨床的大鼠CPB模型是心血管外科一項基本的科研任務。
材 料 和 方 法
1 大鼠心血管系統解剖與生理大鼠心臟解剖與人體極為相似,亦分四腔,主要區別只是形態微小。主動脈由左室發出,在其弓部分出右側無名動脈以及左側頸總、鎖骨下動脈,向下形成降主動脈。靜脈系統與人體不同,有兩根上腔和一根下腔。下腔接收來自尾側體部的血流,右上腔引流右側頭、背部,左上腔匯集左頭、背部和冠狀靜脈竇,大部分動物表現為左上腔優勢,右上腔結紮不會造成頭側靜脈回流障礙。3根腔靜脈在右心房背側匯合,形成靜脈竇,共同引流到右房,竇壁的薄層肌肉向內皺摺,形成兩個小竇房瓣,將其與右房分開。大鼠心率及唿吸頻率較快,體溫及血壓與人相近,血液系統相關生理指標也與人類似[1]。因此,從心血管系統的解剖與相關生理指標上講,大鼠CPB模型可以作為研究樣本,有效地模擬臨床實際。
2 大鼠體外循環模型研究概況
大鼠心臟一般多用於製作離體灌注模型,即心臟從胸腔中取出,用生理溶液進行灌注,檢測相關生理、生化指標,但這僅限於研究CPB對心臟的影響及心肌保護問題,與活體轉流存在很大差別。
首次描述活體模型的是Popovic等[2],他們在1966-1968年間做了130例動物實驗,在常溫和低溫下進行了部分CPB,灌注流量達到了40%-50%正常心排量,並有成功脫機的報導。Subramanian等[3]採用大量供體血和林格氏液預充,在1968年第1個描述了開胸、中心靜脈引流的完全CPB,流量達到500mL·kg-1·min-1,實現了全流量灌注,但這個流量大大超過了鼠的正常心排量,與臨床差距甚大。
進入21世紀,一些學者對轉流裝置及手術技術做了許多改進,大鼠CPB模型的研究取得了長足的進步。Hayashi等[4]用經右頸靜脈的右房引流和股動脈灌注建立CPB,研究P-選擇素及一氧化氮(NO)在CPB炎性反應中的作用,取得滿意效果;Grocott等[5]研究CPB對中樞神經系統的損傷,他們引入血管內超聲探頭、帶負壓裝置的貯血槽、特製的泵後型膜肺及循環水浴保溫系統等方法,使流量達到了160-180mL/kg/min1,接近於正常鼠的心輸出量,同時獲得很好的術後長期存活;Gourlay等[6]的模型被認為與臨床CPB常規最為近似,他們採用胸部正中和上腹部切口,做右心房引流,經左室頂部通過心室和主動脈瓣到升主動脈置入灌注管,預充量僅為12mL,流量滿意,但無法實現長時間存活。
理想的模型應該是一個儘可能接近於現代臨床的實驗裝置,包括體外管道的表面積、預充液的量及種類、外科手術路徑及過程等,它應該具備以下幾個條件:(1)能在常溫或低溫下進行全流量循環支持(>150-180mL/kg/min);(2)能連續轉流(1-2h)並保持適度的血液稀釋和較少的血球破壞;(3)預充量不能超過一隻成年大鼠的自體血量;(4)能進行充分有效的中心降、復溫;(5)實驗動物可以獲得穩定的長期存活。在微小的心血管系統上進行相對複雜的CPB操作顯然存在許多困難,在實際工作中,有時可以根據不同的研究目的,在主要方面模擬臨床,沒有必要刻意追求複雜的、完整的CPB。
3 技術重點及解決方案
3.1 麻醉與監測腹腔或肌肉注射2%-3%戊巴比妥鈉(pentobarbitalesodium)即可達到滿意效果,必要時可以追加,也可靜脈給藥維持麻醉。有作者使用異氟烷(isoflorane)吸入麻醉,認為這樣更加安全和易於控制。氣道建立大多數採用氣管切開,而在Grocott等[5]的模型中,則採用纖維喉鏡輔助下的氣管插管,旨在避免因氣管切開產生其它併發症,為動物的長期存活創造條件,他們的所有動物均存活3周以上。
機械通氣需使用特製的小動物唿吸機並根據血氣指標對參數進行調節,套用吸入氧濃度和peep可調的唿吸機,可使實驗條件得到更好的控制。
實驗期間應監測心電圖、動脈血壓、體溫、動脈血氣及電解質等。Popovic等[2]在實驗期間將動物置於平衡秤上,對體重進行監測,以調節灌注流量,保持平衡灌注。Grocott等[5]在動脈灌注管路上,加入線上流量計,排除了血液粘稠度及管腔內壓力變化造成的流量影響,使實驗設計更加科學。以往模型均未描述尿量監測,這可能是因為他們的實驗中沒有涉及到相關內容,有待以後進一步研究。
3.2 靜脈引流 充分的靜脈引流是模型成功的基礎。外周靜脈插管一般採用普通管道,但引流效果不理想,如果要達到較為滿意的灌注流量,則必須使用大量液體預充,導致血液過度稀釋、體液淤滯和血球破壞。Subramanian等[3]嘗試從心房插管,Popovic等[2]通過右房將套管插入右室,有些作者則將心房插管改良為叄叉戟形,分別引流左、右上腔及下腔靜脈的血流,均獲得滿意效果。另外,還可以從頸靜脈引流,加大心房與貯血槽的落差,用30cm長的虹吸,克服引流的不足。Grocott等[5]利用血管超聲探頭經食管定位,將靜脈引流管由頸靜脈置入右房,並在貯血槽上安裝負壓裝置,獲得了良好導管定位與引流。根據Gourlay等[6]的報導,採用與臨床相類似的雙極管道,前端伸入下腔,另一極做成網籃狀置於右房,在大鼠模型中非常有效,甚至需要在靜脈通路上加用阻流閥對回流量進行適當限制。綜上所述,中心引流是獲得良好靜脈回流的必要條件,有時需加用相應輔助措施。
