循环系统
xún huán xì tǒng
循环系统由心脏、血管和血液组成，负责在全身运输氧气、养分、废物和激素。
Definition
循环系统是你身体的快递服务：心脏把血液泵送到被称为血管的管道中，把氧气和养分送到每一个细胞，同时把废物运走。心血管系统由心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液构成，它把肺部的氧气和消化系统吸收的养分运送到全身细胞，清除二氧化碳和其他废物，输送激素和热量，并运送免疫细胞；人的心脏有四个腔室，驱动着两条回路，一条是通往肺部的肺循环，另一条是通往全身的体循环。这是一个封闭的双回路网络，由一个肌源性的泵驱动，其节律起源于窦房结。血流遵循$Q = \Delta P / R$的规律，阻力主要由小动脉的半径决定（根据泊肃叶定律，阻力与$1/r^4$成正比），因此血管直径的微小变化就能引起局部血流量的巨大变化。物质交换通过毛细血管壁进行，既有扩散作用，也有由静水压和渗透压（斯塔林力）驱动的整体流动，而氧气的运输依赖于血红蛋白的协同结合特性，表现为一条S形的解离曲线，该曲线会随pH值、温度和$CO_2$浓度而移动。
Example
把手指放在手腕上感受脉搏：每一次跳动都是心脏把血液推出动脉，静息状态下大约每分钟$70$次。一个成年人体内约有$5\ \text{L}$血液，静息心脏每分钟大约泵出$5\ \text{L}$血液，因此一个红细胞完成一次完整循环大约需要一分钟；如果把全身的血管首尾相连，其总长度可达数万公里，其中大部分是毛细血管。心输出量等于心率乘以每搏输出量，静息状态下约为$70\ \text{次/分} \times 70\ \text{mL} \approx 4.9\ \text{L/分}$，而在训练有素的运动员运动时可以升高到$20\ \text{L/分}$以上；小动脉半径减半会使其阻力增大$16$倍。
Key Insight
血液是你身体中唯一能到达每一个细胞的物质，因此循环系统把身体其他所有系统都连接在了一起。动脉把血液从心脏运出，静脉把血液送回心脏，但哪一条血管运输富氧血液取决于具体的回路：例如肺动脉运输的其实是缺氧血液，把它送往肺部。血压本质上是一个物理学问题，因为压力、流量和阻力之间的关系，与电路中电压、电流和电阻之间的关系完全相同；高血压就是阻力过高，而心脏正是必须对抗这种阻力工作的泵。