脏由两个合胞体构成, 心动周期包括心房的收缩期和舒张期以及心室的收缩期和舒张期 在正常情况下, 心脏的机械性收缩和舒张是由窦房结的自动节律性电活动所引起的, 经过心内特殊的兴奋传导系统, 先兴奋心房, 再兴奋心室, 并引起它们收缩 一般以心房开始收缩作为一个心动周期的起点 心动周期时程的长短与心率有

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1 第三篇循环系统 第三章血液循环生理 心脏和血管组成机体的血液循环系统 血液循环的主要功能是完成体内的物质运输, 使新陈代谢能不断进行 ; 体内各内分泌腺分泌的激素, 通过血液运输, 实现机体的体液调节 ; 机体内环境的相对稳定和血液防卫功能的实现, 也都有赖于血液的不断循环流动 血液循环是高等动物机体生存的最重要条件之一 循环一旦停止, 生命机能就不能正常进行 体内最先受循环停止影响的是最高度分化的组织, 例如大脑皮层细胞 眼球视网膜等的功能都高度依赖于经常的血液供应 人类血液循环一旦停止, 就会立刻失去意识 ; 停止 4~ 6min 以上, 可使大脑皮层功能遭受几乎不可恢复的损坏 心脏本身的血液供应断绝后, 很快就会停止活动, 如断绝太久, 功能即不可恢复 其他器官也无不如此, 只不过在时间长短上有所不同 第一节心脏的泵血功能 心脏由左 右两个心泵组成 : 右心将血液泵入肺循环 ; 左心则将血液泵入体循环各个器 官 每侧心脏均由心房和心室组成 心房收缩力较弱, 但其收缩可帮助血液流入心室, 起了 初级泵的作用 心室收缩力强, 可将血液射入肺循环和体循环 心脏和血管中的瓣膜使血液 在循环系统中只能以单一方向流动 心脏内特殊的传导系统, 即窦房结 房室交界 房室束 和浦肯野纤维网, 具有产生节律性兴奋的能力, 并将节律性兴奋传导到心脏各部分的心肌, 通过兴奋 - 收缩耦联机制, 引起心房和心室的有序的节律性收缩和舒张 心肌在功能上是一个合胞体 心肌细胞可分支, 细胞间呈串联排列 ; 两细胞在闰盘 (intercalated discs) 处的细胞膜紧密相贴, 该处的电阻很低, 仅为其余部位细胞膜电阻的 1/400, 能允许离子相对自由扩散 在电位差的驱动下, 一些离子可沿着心肌细胞通过闰盘 纵向流动, 使动作电位很容易从一个心肌细胞传导到另一个心肌细胞 心脏实际上是由两个合胞体组成 左 右心房是一个合胞体 ; 左 右心室是另一个合胞 体 房室孔周围的结缔组织环将这两个合胞体分开 在正常情况下, 兴奋只能经房室交界通 过仅几毫米宽的房室束 (atrioventricular bundle) 由心房传向心室 这种结构使心房的收缩先于 心室的收缩, 保证了心房和心室泵血的顺序性和有效性 心肌细胞和骨骼肌细胞都以 Ca 2+ 作为兴奋 - 收缩耦联的媒介 但心肌细胞的肌质网终末池不发达, 容积小, 储 Ca 2+ 量比骨骼肌少, 因此心肌兴奋 - 收缩耦联所需的 Ca 2+ 除从终末池 释放外, 还需由细胞外液的 Ca 2+ 通过肌膜和横管向细胞内流动 心肌横管结构上的一些特 点是有利于心肌细胞收缩时 Ca 2+ 从细胞外进入细胞内部的 : 心肌横管的直径是骨骼肌横管 的 5 倍, 其容积比骨骼肌的大 25 倍 ; 横管内含有大量带负电的粘多糖, 能结合较多的 Ca 2+ ; 横管直接开口于组织间液 在一定范围内, 细胞外液的 Ca 2+ 浓度升高, 兴奋时内流的 Ca 2+ 量会增多, 心肌收缩便增强 在动作电位 2 期末 ( 见后文 ),Ca 2+ 的内流中止, 细胞中内流的 钙被迅速泵回到终末池和横管, 导致收缩终止和肌肉舒张的开始 一 心动周期 心脏从一次收缩的开始到下一次收缩开始前, 称为一个心动周期 (cardiac cycle) 由于心

2 脏由两个合胞体构成, 心动周期包括心房的收缩期和舒张期以及心室的收缩期和舒张期 在正常情况下, 心脏的机械性收缩和舒张是由窦房结的自动节律性电活动所引起的, 经过心内特殊的兴奋传导系统, 先兴奋心房, 再兴奋心室, 并引起它们收缩 一般以心房开始收缩作为一个心动周期的起点 心动周期时程的长短与心率有关 假设成年人的心率平均每分钟 75 次, 则每一心动周期平均约 0.8 秒, 其中心房收缩期约为 0.1 秒, 舒张期为 0.7 秒 ; 心室收缩期约为 0.3 秒, 舒张期约为 0.5( 图 3-3-1) 如果心率增加, 心动周期就缩短, 收缩期和舒张期均相应缩短, 但一般舒张期的缩短更明显 因此, 心率增快时心肌的工作时间相对延长, 休息时间相对缩短, 这对心脏持久活动是不利的 图 心动周期中心房和心室活动的顺序与时间关系 二 心脏泵血过程 ( 一 ) 心房的初级泵血功能心房和心室都舒张时, 血液持续不断地从大静脉流入心房, 回流入心室的血液, 大约 75% 是由大静脉经由心房直接流入心室的 心房开始收缩, 作为一个心动周期开始, 心房内压力升高, 此时房室瓣处于开放状态, 心房将其内的血液进一步挤入心室, 因而心房容积缩小 心房收缩期间泵入心室的血量约占每个心动周期的中心室总回流量的 25% 心房收缩结束后即舒张, 房内压回降, 同时心室开始收缩 ( 二 ) 心室的射血和充盈过程图 表示心动周期中心脏内压力 容积 瓣膜启闭及心音和心电等变化 根据心室内压力 容积的改变, 瓣膜启闭与血流情况, 可将心室的泵血过程分为心室收缩期 (systole) 和舒张期 (diastole)

3 图 犬心动周期各时相中心脏 ( 左侧 ) 内压力, 容积和瓣膜等的变化 1. 心房收缩期 2. 等容收缩期 3. 快速射血期 4. 减慢射血期 5. 等容舒张期 6. 快速充盈期 7. 减慢充盈 期

4 AO 和 AC: 分别表示主动脉瓣开启和关闭 MO 和 MC: 分别表示二尖瓣开启和关闭 (1 mmhg = kpa) 1. 心室收缩期 (1) 等容收缩期 : 心室开始收缩时, 室内压力突然增加, 导致房室瓣关闭, 并产生第一心音, 但此时室内压尚低于主动脉或肺动脉内压力 ; 心肌继续收缩, 经过 0.02~0.03 秒, 才使心室内压力增加到足以打开半月瓣的程度 在半月瓣开放前, 由于房室瓣和半月瓣均处于关闭状态, 心室肌虽然收缩, 但并不射血, 心室容积不变, 故称为等容收缩期 (period of isovolumic contraction) 此期心肌纤维虽无缩短, 但肌张力及室内压增高极快 等容收缩期的时程长短与心缩收缩能力及后负荷 ( 即主动脉和肺动脉内压力 ) 有关, 后负荷增大或心肌收缩能力减弱, 则等容收缩期延长 (2) 快速射血期 : 当左室压力升高到略高于主动脉压, 即约 80mmHg( 左室压力略高于 80mmHg) 时, 半月瓣即开放, 血液被迅速射入动脉内, 在此期间心室射出的血量约占整个收缩期射出血量的 70%, 心室容积迅速缩小 ; 室内压可因心室肌继续收缩而继续升高, 直至最高值, 这段时间称为快速射血期 (period of rapid ejection) 假设心率为每分钟 75 次, 则快速射血期约为 0.11 秒, 相当于整个收缩期的 1/3 左右 (3) 减慢射血期 : 快速射血期之后, 心室收缩力量和室内压开始减小, 射血速度减慢, 称减慢射血期 (period of slow ejection) 此时室内压虽已略低于大动脉压, 但因心室射出的血液具有较大动量, 故仍能继续流向动脉, 心室容积继续缩小, 其射出的血液约占整个心室射血期射出血量的 30%, 但所需时间则占整个收缩期的 2/3 左右 由于外周血管的阻力作用, 血液的动能在主动脉内转变为压强能, 使动脉血压略高于心室内压力, 见图 中主动脉压力曲线 2. 心室舒张期 (1) 等容舒张期 : 收缩期结束后, 射血中止, 心室开始舒张, 使心室内压力迅速下降 ; 当室内压刚低于大动脉内压力时, 半月瓣即关闭, 产生第二心音 在以后大约 0.03~0.06 秒内, 心室继续舒张, 但此时室内压仍高于房内压, 房室瓣仍关闭 由于此时半月瓣和房室瓣均处于关闭状态, 心室容积也无变化, 故称为等容舒张期 (period of isovolumic relaxation) 在该期内, 由于心肌舒张, 室内压急剧下降 (2) 快速充盈期 : 等容舒张期末, 心室内压降低到刚低于心房内压力时, 房室瓣即开放, 心室迅速充盈 ; 房室瓣开放后, 心室继续舒张, 使室内压更低于房内压, 甚至造成负压, 这时心房和大静脉内的血液因心室抽吸而快速流入心室, 心室容积迅速增大, 称为快速充盈期 (period of rapid filling) 快速充盈期约占整个舒张期的前 1/3 (3) 减慢充盈期 : 随着心室内血液的充盈, 心室与心房 大静脉之间的压力差减小, 血液流入心室的速度减慢, 这段时期称为减慢充盈期 (period of reduced filling) 在减慢充盈期的前半段时间内, 仅有少量血液流入心室, 此时, 大静脉内的血液经心房直接流入心室 ; 但在心室舒张期的后 1/3 期间, 由于下一心动周期心房的收缩, 又注入额外的血液到心室 ( 见前 ), 进入一个新的主动周期 左右心室的泵血过程相同, 但肺动脉压力仅为主动脉压力的 1/6, 因此在一个心动周期中, 右心室内压变化的幅度 ( 射血时达 24mmHg) 比左心室 ( 射血时达 130mmHg) 要小得多 ( 三 ) 心动周期中心房内压力的变化从图 中可以看到心房压力曲线有三个正波, 即 a c v 波 心房收缩时, 房内压力升高, 形成 a 波 一般情况下, 右心房内压力可升高到 4~6mmHg, 而左心房内压力可升高到 6~7mmHg 当心室开始收缩时, 心室内的血液向上推顶已关闭的房室瓣, 使之凸入心房, 导致房内压略有升高而形成 c 波

5 v 波起始于心室收缩期末, 由于在心室收缩期房室瓣关闭, 而血液从静脉继续回流入心房, 使心房内血量增加, 房内压持续升高, 形成 v 波 心室舒张期, 房室瓣开放, 血液迅速由心房进入心室, 心房内压很快下降, 形成 v 波的降支 心房的压力波可沿着静脉管壁传到大静脉, 用脉搏描记仪可在颈外静脉记录到每个心动周期中的 a c v 波, 具有一定临床应用价值 ( 四 ) 心房 心室舒缩和瓣膜在心脏泵血活动中的作用心室 - 动脉间的压力梯度是引起半月瓣开放和心室射血的直接动力 这一压力梯度是由于心室的强烈收缩, 使室内压由原来接近心房压的水平升高到超过动脉压水平而形成的 同样, 房 - 室压力梯度是血液由心房流入心室的动力, 其形成主要依靠心室的舒张而并非心房的收缩 整个心室舒张期内, 房 - 室压力梯度始终存在 ; 然而, 在快速充盈期和减慢充盈期的前半段, 心房处于舒张状态, 这时心房只是静脉血液返流回心室的一条通道 所以心室充盈主要依靠心室的舒张 心房的收缩虽然对心室的充盈不起主要作用, 但心房的收缩使心室的充盈量增加 1/4, 使心室舒张末期容积增大 心室肌收缩前的初长度增加, 肌肉的收缩力量加大, 从而提高心室的泵血功能效益 ( 见后文 ) 另一方面, 如果心房收缩缺失, 将会导致房内压增加, 不利于静脉血液回流, 也可间接地影响射血 由此可见, 心房起着初级泵的作用, 对心脏的射血和静脉血液的回流都有利 房室瓣的功能是防止血液在心室收缩期由心室返流回心房 ; 而半月瓣的功能是防止血液在心室舒张期由主动脉和肺动脉倒流回心室腔 瓣膜的开闭是由其两边的压力差来决定的 房室瓣由于其结构特征, 不需血液的回流, 仅依靠房室间的压力差即可关闭 心室收缩时, 乳头肌也收缩, 它们通过腱索牵拉房室瓣的突缘, 可防止瓣膜向心房腔方向返折 如果腱索断裂或乳头肌麻痹, 会造成房室瓣关闭不全, 导致严重的心功能不全 半月瓣的结构与房室瓣不同 心室舒张初期, 较高的主动脉内压力造成血液向心室方向返流, 使半月瓣迅速关闭 半月瓣口径较小, 射血期的血液在此流速较快 由于半月瓣的迅速关闭及血液在该处的快速流动, 半月瓣边缘受到的机械磨损比房室瓣明显 三 心音的产生心音是由于心脏瓣膜关闭和血液撞击心室壁引起的振动所产生的, 可在胸壁的一定部位上用听诊器听取 如果用换能器将此机械振动转换成电信号并记录下来, 即为心音图 (phonocadiogram) ( 图 3-3-2) 瓣膜开放是一个较慢的过程, 并不产生心音 当瓣膜关闭时, 在瓣膜游离缘闭合及其周围液体压力差的影响下, 可产生声音, 并向胸腔各个方向传导 每一心动周期中, 可听到两个心音, 分别称为第一心音和第二心音 第一心音发生在心缩期, 标志着心室收缩开始, 于心尖搏动处即前胸壁第 5 肋间左锁骨中线内侧可听得最清楚 第一心音是由房室瓣关闭 心室收缩时血液冲击房室瓣引起心室振动及心室射出的血液撞击动脉壁引起的振动而产生的, 其音调较低, 持续时间较长 心室收缩力量愈强, 第一心音也愈强 第二心音发生在心室舒张早期, 在胸骨旁第 2 肋间 ( 即主动脉瓣和肺动脉瓣听诊区 ) 可听得最清楚 它是由于主动脉瓣和肺动脉瓣迅速关闭, 血流冲击大动脉根部及心室内壁振动而形成的 第二心音的音调较高, 持续时间短, 其强弱可反映主动脉和肺动脉压力的高低 在正常人偶尔可听到第三心音和第四心音 第三心音发生在快速充盈期末, 为一种低频低振幅的心音 在快速充盈期末, 心室已部分充盈, 此时血流速度的突然改变可造成心室壁和瓣膜振动, 从而产生第三心音 第四心音又称心房音 (atrial sound), 由于心房收缩使血液进入心室, 引起振动而产生的 听取心音对于诊查瓣膜功能有重要的临床意义 第一心音可反映房室瓣的功能, 第二心

6 音可反映半月瓣的功能 瓣膜关闭不全或狭窄时, 均可使血液产生涡流而发生杂音, 从杂音产生的时间及杂音的性质和强度可判断瓣膜功能损伤的情况和程度 听取心音还可判断心率和心律是否正常 四 心泵功能的评定评定心脏泵血功能是否正常, 是医疗实践中的重要问题 以下是一些常用的评定心泵功能的指标 ( 一 ) 每搏输出量和射血分数一次心搏由一侧心室射出的血量称为每搏输出量 (stroke volume) 成年人在安静平卧时每搏输出量约为 70ml 心室舒张末期由于血液的充盈, 其容量可达约 145ml, 称舒张末期容量 (end-diastolic volume) 在收缩期末, 心室内仍剩余的一部分血液, 称为收缩末期容量 (end-systolic volume), 约 75ml 这部分血量的多少和心肌收缩力有关 每搏输出量和心室舒张末期容量的百分比称为射血分数 (ejection fraction), 在安静状态下, 射血分数约为 60% 射血分数的大小, 和每搏输出量及舒张末期容量有关 心脏强烈收缩时, 收缩末期容量可减少到约 20ml, 表明射血分数增加 另外, 舒张末期容量也会变化, 在健康成人, 当静脉回心血量增加时 ( 如由立位转变为卧位时 ), 舒张末期容量可增至约 160 ml 机体通过增加心室舒张末期容量和减少收缩末期容量, 可使每搏输出量增加约 1 倍 ( 二 ) 每分输出量与心指数每分钟由一侧心室输出的血量称为每分输出量 一般所言心输出量 (cardiac output) 即指每分输出量, 它等于每搏输出量乘以心率 如果心率以平均每分钟 75 次计算, 则成人每分输出量约为 5~6L 每分输出量随着机体活动和代谢情况而变化, 在肌肉运动 情绪激动 怀孕等情况下, 心输出量增高 此外, 女子的心输出量较同体重男子约低 10% 左右 心输出量是以个体为单位计算的 身材高大和矮小的人, 新陈代谢总量不相同, 如果用心输出量的绝对值作指标, 进行不同个体间心功能的比较, 是不全面的 人体安静时的心输出量也如基础代谢一样, 与体表面积成正比 为了比较, 把在空腹和安静状态下, 每平方米体表面积的每分心输出量, 称为心指数 (cardiac index) 或静息心指数 一般身材的成年人, 体表面积约 1.6~1.7m 2, 以安静时心输出量 5~6L 计算, 则心指数约为 3.0~3.5L/(min m 2 ) 不同年龄的人, 单位面积代谢率与心指数也不同 一般年龄在 10 岁左右时, 静息心指数最大, 可达 4L/(min m 2 ) 以上, 以后随年龄增长而逐渐下降, 到 80 岁时, 静息心指数接近于 2L/(min m 2 ) ( 三 ) 心脏作功量血液在心血管内流动过程中所消耗的能量, 是由心脏作功所供给的 心脏作功所释放的能量转化为压强能和血流的动能二部分 心室一次收缩所作的功称为每搏功, 可用搏出的血液所增加的动能和压强能来表示 其中动能占整个搏出功的比例很小, 可以略而不计 而压强能实际是指心脏将静脉血管内较低的血压变成动脉血管内较高的血压所消耗的能量 因此计算左室搏功和每分功的简式如下 : 搏功 (g m) = 搏出量 (cm 3 ) (1/1000) ( 平均动脉压 平均心房压 mmhg) (13.6g/cm 3 ) 每分功 (kg m/min) = 搏功 (g m) 心率 (/min) (1/1000) 搏功的单位为 g m; 每分功的单位为 kg m/min 假设搏出量为 70ml, 收缩压为 120mmHg, 舒张压为 80mmHg, 平均左房压为 6mmHg, 心率为 75 次 / 分, 则左心室搏功为 83.1g m; 每分功为 6.23kg m/min 右心室搏出量与左心室相等, 但肺动脉平均压仅为主动脉平均压的 1/6 左右, 故右心室作功量也只有左心室的 1/6 用作功量来评定心脏泵血功能, 较每搏输出量或心输出量更有意义 因为心脏收缩不仅仅是排出一定量的血液, 而且使这部分血液具有较高的压强能及较快的流速 在动脉压增高

7 的情况下, 心脏要射出与原先同等量的血液, 就必须加强收缩 比如两个人的每搏输出量相同, 均为 70 ml, 但前者为高血压病人, 后者为正常血压者, 显然只有前者心脏作功的量大于后者, 才能维持相同的每搏输出量 由此可见, 作为评定心脏泵血功能的指标, 心脏作功量比单纯的心输出量更为全面 五 心泵功能的调节在机体内, 心脏的泵血功能是随不同生理情况的需要而改变的 人体处于安静状态时, 每分心输出量约为 4~6 L 剧烈运动时, 心输出量可增加 4~7 倍 这种变化是在复杂的神经和体液调节下实现的 本节主要从心脏本身来阐述控制心输出量的因素 心输出量的大小取决于心率和每搏输出量 机体即通过对心率和搏出量这两方面的调节来改变心输出量 ( 一 ) 每搏输出量的调节第二章已经叙述, 骨骼肌的收缩受前负荷 ( 肌肉初长度 ) 肌肉收缩能力及后负荷的影响 心脏的每搏输出量也取决于前负荷 ( 即心肌初长度或心室舒张末期容量 ) 心肌收缩能力, 以及后负荷 ( 动脉血压 ) 的影响 1. 心泵功能的自身调节 Starling 机制每搏输出量的多少是由静脉回心血量的多少来决定的 流经全身所有外周器官的血液, 最后经上 下腔静脉流入右心房, 心脏又自动将流入的血液泵入动脉系统, 使之不断地循环 心室每次的搏出量和心室每次的充盈量都不可能是绝对相同的, 如果没有精细的调节机制, 血液就有可能在静脉系统内蓄积, 造成循环功能障碍 Starling 在一百多年前就发现, 心脏能自动地调节并平衡心搏出量和回心血量之间的关系 ; 回心血量愈多, 心脏在舒张期充盈就愈大, 心肌受牵拉也就愈大, 相当于骨骼肌的初长度和前负荷增加, 则心室的收缩力量也愈强, 搏出到主动脉的血量也愈多, 此现象称为 心的定律 ; 换言之, 在生理范围内, 心脏能将回流的血液全部泵出, 使血液不会在静脉内蓄积 心脏这种不需要神经和体液因素参与的自身调节机制在泵血功能中的作用, 还可通过 心室功能曲线 的测定得到进一步的说明 图 中, 心室功能曲线反映心室舒张末期容量或充盈量 ( 前负荷 ) 与心室搏功的关系 心室功能曲线大致可分为三段 :1 充盈压 12~15mmHg 是人体心室最适前负荷 位于其左侧的一段为功能曲线的升支, 表明在初长度达到最适前负荷之前, 搏功随初长度的增加而增加 通常正常的左室充盈压为 5~6mmHg, 可见正常心室是在功能曲线的升支段工作, 也表明心室具有较大程度的初长度储备 ;2 充盈压在 15~20mmHg 范围内, 曲线渐趋平坦, 说明前负荷在上限范围内变动时对泵血功能的影响不大 ;3 充盈压高于 20mmHg 后, 曲线平坦, 或轻度下倾, 但并不出现明显的降支, 说明正常心室的充盈压即使很高, 搏功基本不变或仅轻度减少

8 图 心室功能曲线 心室功能曲线表明, 当过量的血液进入心室后, 心室肌受到较大程度的牵拉, 这种牵拉或收缩前初长度的增加, 可使心肌肌小节中粗细肌丝有效重叠的程度增加 当收缩蛋白被激活时, 可形成横桥联结的数目相应增多, 肌小节收缩强度也就增加, 其结果是整个心室收缩的强度增加 这样, 心室便能自动地泵出额外增加的回心血量, 这是心功能曲线上升支产生的原因 在正常人体, 舒张期室内压为 0~7mmHg, 肌小节平均长度为 2.2 m 由于心室的可扩张性较小, 当心室充盈增加时, 舒张期室内压就明显升高 在正常的心脏, 舒张期室内压最高可达 12mmHg, 在离体心脏实验中, 即使使舒张期室内压大大升高 ( 超过 50mmHg), 肌小节的长度也不会超过 2.6 m 心肌的这种抗伸展作用, 使心功能曲线上不出现降支 ( 图 3-3-4) 心肌细胞这种能抵抗过度延伸的特性, 对心脏泵血功能有重要生理意义, 它使心脏不致于在前负荷明显增加时发生搏出量和作功能力的下降

9 图 心肌肌小节初长度 - 主动张力关系曲线 前负荷或初长度是调节心脏搏出量的一个重要因素 在体内, 心室肌的前负荷是由心室舒张末期的血液充盈量来决定的 心室充盈量是静脉回心血和心室射血后剩余血量的总和 静脉回心血量受两个因素的影响 :1 心室舒张充盈持续时间 心率增加时, 心舒期缩短 2 静脉回流速度 静脉回流速度取决于外周静脉压与心房 心室压之差 压差大, 可促进静脉回流 剩余血量与心肌收缩力有关, 心肌收缩强, 射血分数增大, 剩余血量就减少 此外, 心房收缩也能增加心室舒张末期的充盈量, 从而增强心室收缩的强度 2. 心肌收缩能力的改变对搏出量的调节人们在运动或强体力劳动时, 搏出量可成倍增加, 而此时心脏舒张期容量或动脉血压并不明显增大, 即此时心脏收缩强度和速度的变化并不主要依赖于前 后负荷的改变 骨骼肌可通过改变收缩肌纤维的数量和强直收缩来改变收缩的力量, 但心肌是合胞体, 它的兴奋和收缩均表现 全或无 的现象, 不可能通过改变参加收缩肌纤维的数量调节收缩强度, 更不会强直收缩 心肌可通过改变其收缩能力来调节每搏输出量 心肌收缩能力 (cardiac contractility) 是指心肌不依赖于前 后负荷而能改变其力学活动的一种内在特性 图 所示, 当心肌收缩能力增强时 ( 如在去甲肾上腺素的作用下 ), 其心室功能曲线向左上方移位 ; 当心肌收缩能力下降时 ( 如心力衰竭 ), 心室功能曲线向右下方移位

10 图 心肌收缩能力改变对心室功能曲线的影响 心肌收缩能力受兴奋 - 收缩耦联过程中各个环节的影响 : 例如兴奋时胞浆内钙离子的浓度, 横桥循环中各步骤的速率, 肌凝蛋白横桥与肌纤蛋白联结体 (rigor complex) 的数量,ATP 酶的活性等 儿茶酚胺增加收缩能力的原因之一, 是激活 肾上腺素受体, 通过兴奋型 G 蛋白激活腺苷酸环化酶, 使 camp 增多 camp 激活细胞膜钙通道蛋白的磷酸化, 使钙通道的开放机率增加, 开放时间延长, 钙内流增加 钙内流的增加, 进一步诱发肌浆网中钙的释放, 再加之横桥 ATP 酶活性的增高, 使心肌收缩力量增大 前节所述衡量泵血功能的指标 ( 如搏出量 搏功等 ) 易受前 后负荷的影响, 并不能完全反映心肌收缩能力的水平 目前常用的方法是采用一系列速度指标来定量评定收缩能力 对完整心脏, 常采用指标有 : 射血相心室容积变化速率 (dv/dt), 心室直径变化速率 (dd/dt) 和心室内压变化速率 (dp/dt) 心室内压最大变化率发生在等容收缩期的前半段时间内( 见图 3-3-2), 前 后负荷基本不变, 因此 dp/dt 可作为评定心肌收缩能力的指标之一 现以心室内压变化速率 dp/dt 测定为例, 说明其如何来评定心肌收缩能力的改变 在测定心动周期过程中心室内压变化的同时, 通过计算机对压力波进行微分, 便可得到 dp/dt 图 显示二个心室压力波及它们的 dp/dt 上图表示从正常搏动心脏所测的数据; 下图为注射异丙肾上腺素 ( 一种拟交感神经递质的化合物 ) 后的心室内压变化曲线及相应的 dp/dt 曲线 图 A, 当心室内压迅速增加时,dP/dt 也到达最大值 ; 当心室内压下降最快时, dp/dt( 为负值 ) 也到达最低值 ; 心室内压力既不增加也不降时,dP/dt 为 0 实验证明, 心室

11 内压变化的速率 dp/dt 一般与心肌收缩能力呈正相关 从图 3-3-6B 可看到, 异丙肾上腺素 使心肌收缩能力增加 心室内压力增大时,dP/dt 峰值也比对照的 dp/dt 值明显增大 因此, 对同一个体来讲,dP/dt 峰值可用来表示不同功能状态下心肌的收缩能力 图 心室内压和 dp/dt 的关系 A. 为对照 ;B. 为注射异丙肾上腺素后 dp/dt( 上线 ) 和室内压 ( 下线 ) 的变化 3. 后负荷对搏出量的影响心室肌后负荷是指动脉血压 在心率 心肌初长度和收缩能力不变的情况下, 如果动脉血压增高, 等容收缩期室内压峰值必然也增高, 而射血期缩短, 同时心室肌缩短的程度和速度均减少, 射血速度减慢, 以致每搏输出量暂时减少 另一方面, 由于搏出量减少, 造成心室内剩余血量增加, 通过自身调节机制可使搏出量恢复正常 随着搏出量的恢复, 心室舒张末期容积也恢复到原来水平 综上所述, 心室后负荷本身可直接影响搏出量, 随后通过心肌初长度的改变和收缩能力的改变, 使前负荷和心肌收缩能力与后负荷相互配合, 从而使机体得以在动脉血压增高的情况下能够维持适当的心输出量 由图 可见, 在动物实验中, 逐步钳夹主动脉远端, 使主动脉内压力逐渐升高, 并同时测定每分心输出量, 在动脉压力升高达 160mmHg 前, 每分输出量并无明显变化, 仍相等于回心血量 一直到主动脉内压力超过一定的调节范围后, 后负荷的继续增加才使心脏每分输出量明显减少, 也就是说, 在一定范围内, 尽管动脉血压升高, 后负荷增大, 但决定心输出量的仍是静脉回心血量 这是由于当后负荷增大时, 心肌收缩力量加强, 故能维持一定的搏出量

12 图 后负荷变化 ( 主动脉压力 ) 和心输出量的关系 ( 二 ) 心率对心泵功能的影响正常成年人安静状态下, 心率约在 60~100 次 / 分之间, 有明显的个体差异 不同年龄 性别和不同生理情况下, 心率都有不同, 新生儿的心率较快, 可达 130 次 / 分以上, 随着年龄的增长而逐渐减慢, 至青春期接近成年人的心率 在成年人中, 女性的心率比男性稍快 经常进行体力劳动和锻炼的人, 平时心率较慢 同一个人, 在安静或睡眠时心率变慢, 运动或情绪激动时心率加快 心输出量是每搏输出量和心率的乘积 在一定范围内, 心率的增加可使每分心输出量相应增加 但当心率增加到某一临界水平, 如每分钟 180 次时, 由于心脏过度消耗供能物质, 会使心肌收缩力降低 其次, 心率加快时, 舒张期缩短, 心室缺乏足够的充盈时间, 导致心输出量反而下降 心率低于每分钟 40 次时, 心舒期过长, 心室充盈早已接近最大限度, 不能再继续增加充盈和搏出量, 故每分心输出量下降 动物实验表明, 当用电直接刺激心脏, 使心率保持在约每分钟 150 次时, 心脏已发挥其最大泵血功能, 再增加刺激频率, 心输出量反而下降 但当心交感神经兴奋时, 最大泵血能力在心率为每分钟 170~220 次时出现 这一差别的原因是心交感神经兴奋时, 不仅增加心率, 也增加心肌收缩力量, 同时还缩短收缩期, 使舒张期充盈时间有相应的延长 影响心率的体液因素有循环血液中的肾上腺素 去甲肾上腺素和甲状腺素 心率也受体温的影响, 体温升高 1, 每分钟心率将增加 12~18 次 体温升高的影响可能是因为高温使细胞膜对离子的通透性增高, 引起自律性兴奋过程加快, 使心率增加 六 心泵功能的储备心泵功能的储备又称心力储备 (cardiac reserve), 是指心输出量随机体代谢的需要而增加的能力 例如健康成年人在静息状态下, 每分钟心输出量约 5~6L, 而强体力劳动时, 每分输出量可增加到 30L 左右, 即达到最大心输出量 说明健康成年人有相当大的心力储备 心脏的储备能力取决于心率和每搏出量的储备 心率的最大变化约为静息时心率的 2 倍多 充分动用心率储备, 就可使心输出量增加 2~2.5 倍 每搏输出量是心室舒张末期容

13 量和收缩末期容量之差, 每搏输出量储备的变化又可分为舒张期储备和收缩期储备 一般说来, 舒张期储备要比收缩期储备小得多 静息状态下, 舒张末期容量约 145ml, 由于心肌细胞外间质含有大量胶原纤维, 心肌的伸展性较小, 心室不能过分扩大, 一般只能到达 160ml 左右, 即舒张期储备只有 15ml 左右 左心室收缩末期容量通常约为 75ml, 心肌收缩能力增强时, 能射出更多的血, 使心室剩余血量不足 20ml 可见, 通过动用收缩期储备, 就可使搏出量增加约 55~60ml, 远比舒张期储备大 舒张期储备是通过增加心肌初长度引起的自身调节过程, 使收缩力量加强 当进行强烈体力活动时, 由于交感 - 肾上腺系统活动增强, 主要通过动用心率储备及使心肌收缩能力增强的收缩期储备 ; 另一方面, 由于肌肉泵的作用 ( 见后 ), 使静脉回流增加, 心室舒张末期的心室容积有所增大, 也动用了舒张期的储备, 使心肌收缩力量加强 这些都可导致心输出量的增加 坚持体育锻炼可使心肌纤维变粗, 心肌收缩能力加强, 因此收缩期储备增加 ; 同时心率储备也增加 训练有素的运动员在安静时心率较慢, 运动时心率可明显增加, 说明经常进行体育锻炼可以增进心脏健康, 提高心力储备 第二节心脏的生物电现象及节律性兴奋的产生和传导 心肌组织具有兴奋性 (excitability) 自律性(autorhythmicity) 传导性(conductivity) 和收缩性 (contractivity) 四种生理特性 心肌的收缩性是指心肌能够在肌膜动作电位的触发下产生收缩反应的特性, 它是以收缩蛋白质之间的生物化学和生物物理反应为基础的, 是心肌的一种机械特性 以心肌收缩性为基础的心脏泵血功能已在第一节中讨论 兴奋性 自律性和传导性也是心肌的电生理特性, 是以心肌细胞生物电活动为基础的 本节首先叙述心肌细胞的生物电现象, 然后, 根据细胞生物电现象分析心肌兴奋和兴奋传播的规律和生理意义 心肌细胞可分为两大类 : 一类是普通的心肌细胞, 又称工作细胞 (working cardiac cell), 包括心房肌和心室肌, 有收缩性 兴奋性和传导性, 没有自律性, 是非自律细胞 另一类是组成特殊传导系统的心肌细胞, 主要包括窦房结 P 细胞和浦肯野细胞, 有兴奋性 自律性和传导性, 又称自律细胞 (rhythmic cell), 其收缩功能基本丧失 一 心肌细胞的动作电位和兴奋性心肌细胞的跨膜电位变化在波形和形成机制上要比神经和骨骼肌复杂得多, 心脏各部位不同类型的心肌细胞的动作电位 ( 图 3-3-8) 不仅幅度和持续时间各不相同, 而且形成的离子基础也有一定的差别 ; 各类心肌细胞电活动的不一致性, 是心脏兴奋的产生及兴奋在心脏传播过程中表现出特殊规律的原因 下面以非自律细胞心室肌的静息电位和动作电位为例, 说明心肌细胞生物电现象的一般规律, 自律细胞另有其独特的活动规律 ( 见后 )

14 图 心室各部分心肌细胞的跨膜电位 ( 一 ) 心室肌的静息电位和动作电位 正常心室肌细胞的静息电位约 -90mV, 其兴奋时产生的动作电位由去极化和复极化两 个过程组成, 通常将此整个过程分为 共五个时期 ( 图 3-3-9) 图 心室肌细胞跨膜电位及其形成的离子基础 gna: 钠电导 ;gk: 钾电导 ;gca: 钙电导 电导与细胞膜对某种离子通透性的大小成正比

15 1. 去极过程 (0 期 ) 膜内电位由静息状态时的 -90mV, 上升到 +20mV~+30mV, 此 时膜由极化状态转成去极化状态, 构成动作电位的上升支, 其正电位部分称超射 (overshoot potential) 人和哺乳动物心室肌动作电位的 0 期很短, 仅 1~2ms 去极幅度可达 120mV 0 期电位变化的最大速率可达 200~400v/s 2. 复极过程心室肌细胞的复极过程远比神经和骨骼肌细胞慢, 历时 200~300 ms, 包括三个阶段 (1) 1 期复极 ( 快速复极初期 ): 在复极初期, 膜电位由 +20mV 迅速下降到 0mV 左右, 耗时约 10ms 0 期和 1 期的快速膜电位变化, 常合称为锋电位 (2) 2 期 ( 平台期 ): 此期膜电位下降很缓慢, 往往停滞于接近零的等电位状态, 形成平 台 2 期是心室肌细胞区别于神经或骨骼肌细胞动作电位的主要特征 此期约占 100~150ms, 是心室肌动作电位持续较长时间的主要原因, 与心肌的兴奋 - 收缩耦联 心室肌不应期长 不会产生强直收缩等特性密切相关, 也常是神经递质和化学因素调节及药物治疗作用的关键 环节 (3) 3 期复极 ( 快速复极末期 ):2 期复极末, 复极过程加速, 膜电位由 0mV 左右较快地 下降到 -90mV, 完成复极化过程, 占时约 100~150ms 3. 静息期 (4 期 ) 是 3 期膜复极完毕, 膜电位恢复后的时期 在心房和心室非自律细 胞,4 期电位稳定于静息电位水平 在自律性细胞 ( 窦房结或浦肯野细胞 ),4 期呈自动去极 现象 ( 见后 ) ( 二 ) 形成机制 上述的心肌细胞动作电位是指细胞在兴奋过程中膜内外电位差变化的过程, 实质上膜 电位的变化是由膜内外各种离子的跨膜流动所造成的 在生理学中, 正离子由膜外向膜内流 动或负离子由膜内向膜外流动, 称内向电流, 内向电流促使膜除极 ; 正离子由膜内向膜外流 动或负离子由膜外向膜内流动, 称外向电流, 外向电流导致细胞膜复极化或超极化 在动作 电位的形成过程中, 大部分的离子跨膜流动属被动转运, 但离子泵如钠泵等所实现的离子主 动转运或离子交换 ( 如钠 - 钙交换 ) 也参与细胞的生电活动 1. 心室肌细胞静息电位的形成与骨骼肌和神经细胞静息电位形成的机制相同, 心室肌细胞在静息时, 膜对 K + 的通透性较高,K + 顺浓度梯度由膜内向膜外扩散所达到的平衡电 位, 即为心肌细胞的静息电位 由于在安静时细胞膜对钠离子也有很小的通透性, 少量带正 电荷的钠离子内流, 导致静息电位的绝对值较按 Nernst 公式计算的值为小 2. 心室肌细胞动作电位的形成 (1) 0 期 : 在动作电位的形成过程中, 局部电流刺激未兴奋区域, 使该区心室肌细胞膜 上部分钠通道激活开放, 少量钠内流造成膜部分去极化 当去极到达阈电位时 ( 约 -70mV), 膜上钠通道开放概率和开放的数量明显增加, 出现再生性钠电流, 即 Na + 顺浓度梯度和电位 梯度由膜外快速进入膜内, 使膜进一步去极化, 而进一步的去极化, 又使更多的钠通道开放, 造成更快 更多的 Na + 内流 在生理实验中, 内向电流出现在电流 0 线的上方 ( 图 3-3-9), 外向电流在 0 线的下方 膜内电位向正电位方向转化达 0mV 电位后,Na + 仍可随浓度梯度继 续内流, 直至接近钠平衡电位, 造成动作电位 0 期 钠通道激活快, 失活 ( 关闭 ) 也快, 开放 时间很短, 因此又称快通道, 所以 0 期仅持续 1~2ms 以钠通道为 0 期去极的心肌细胞, 如心房肌 心室肌及浦肯野细胞, 称快反应细胞, 所形成的动作电位称快反应动作电位 钠 通道可被河豚毒 (tetrodotoxin,ttx) 选择性地阻断 (2) 1 期 : 此时快钠通道已失活关闭, 但去极过程中有瞬时性外向钾离子通道的激活 (I to ) 钾离子经该通道的快速外流, 导致了快速复极 1 期的形成 (3) 2 期 :2 期的平台是同时存在的 Ca 2+ 和 Na + 的内向离子流和 K + 的外向离子流处于平 衡状态的结果

16 0 期膜电位的去极变化, 除了导致快钠通道的再生性开放和以后的关闭外, 也激活了膜 上的钙通道 钙通道的激活过程较钠通道慢, 因此要在 0 期后才表现为持续开放 由于心肌 细胞外 Ca 2+ 的浓度远比细胞内高, 其持续而缓慢的内流造成了较长的平台期 对钙通道的研究表明, 其激活 失活及再复活所需的时间均长于钠通道, 故又称慢通道 慢通道亦呈电压依赖性, 在膜除极到达其阈电位水平 (-40mV 左右 ) 时才开放, 其阈电位高 于钠通道 慢通道可被 Mn 2+ 和多种钙通道阻滞剂如维拉帕米 (verapamil) 等所阻断 造成平台期较长的另一个重要原因是内向整流现象 整流是引用物理学上的名词, 指电 流易向一个方向流动, 而不易向反方向流动 ; 内向整流是指正离子易从细胞膜外流入膜内, 而不易从细胞膜内流向膜外 在神经和骨骼肌细胞, 除极到达正电位后, 细胞膜对钾的通透 性大大增高 ( 外出性整流 ), 钾迅速向外流动, 使膜复极, 故动作电位 ( 锋电位 ) 的时程极短 但在心肌细胞,0 期去极可使细胞膜上的某种钾通道 (I K1 ) 对钾的通透性降低到只有原来的 1/5, 为内向整流 这样就大大降低了钾的外流, 故膜电位的复极时间延长 (4) 3 期 ; 在平台期末, 钙通道失活关闭, 内向电流消失 ; 而膜对钾的通透性又恢复并 增高, 钾离子主要通过 I K 通道迅速外流, 造成膜电位的复极 3 期复极的 K + 外流使膜内电 位向负的方向转化, 膜内电位愈负, 内向整流现象愈小,K + 外流愈快, 这种现象和动作电 位 0 期钠通道的再生性去极相似, 再加之心室肌各细胞复极过程的不一致, 造成复极区和未 复极区间存在电位差, 可加速未复极区的复极过程, 造成再生性复极, 直到复极完成 (5) 4 期 :4 期开始后, 细胞膜的离子转运机制加强, 排出细胞内的 Na + 和 Ca 2+, 摄回细胞外的 K +, 使细胞内外各离子浓度梯度得以恢复 Na + 和 K + 的主动转运是依靠 Na + -K + 泵 Na + -K + 每次运转可泵出 3 个 Na + 并泵入 2 个 K +, 因此是生电的 细胞内 Ca 2+ 的逆浓度梯度外运是与 Na + 的顺浓度梯度内流相耦联的, 称为 Ca 2+ -Na + 交换 Ca 2+ 的这种主动转运是由 Na + 的内向性浓度梯度提供能量的, 由于 Na + 内向性浓度梯度的维持是依靠 Na + -K + 泵而实现的, 因而 Ca 2+ -Na + 交换的能量归根结底是由 Na + -K + 泵提供的 Ca 2+ -Na + 交换也是生电的, 膜外 3 个 Na + 和膜内一个 Ca 2+ 交换, 造成内向电流, 使膜轻度去极 ( 三 ) 影响兴奋性的因素 可兴奋细胞在受到刺激时能产生动作电位, 是细胞具有兴奋性的表现 心肌细胞兴奋性 的高低可用刺激阈值来衡量 阈强度或阈值是指细胞膜从静息电位去极化到达阈电位所需的 最小刺激强度 因此影响兴奋性的因素有 : 1. 静息电位水平静息电位绝对值增大, 距阈电位的差距就加大, 引起兴奋所需的刺 激阈值增高, 表示兴奋性降低 例如一定程度的血钾降低时, 细胞内电位负值增大, 心肌兴 奋性下降 反之, 静息电位绝对值减小时, 兴奋性增高 2. 阈电位水平阈电位上移, 和静息电位之间的差距增大, 兴奋性降低 ; 阈电位下移, 兴奋性增高 一般情况下, 阈电位很少变化 当血钙升高时, 心室肌细胞阈电位可上移, 导 致兴奋性下降 3. 钠通道的状态钠通道有备用 激活和失活三种状态 这三种状态的变化取决于膜 电位和通道状态变化的时间过程 当膜电位处于正常静息水平时, 钠通道虽然关闭, 但处于 可被激活的备用状态 在外来刺激或传导而来的局部电流影响下, 造成膜两侧电位改变并发 生去极时, 钠通道被激活开放, 引起 Na + 快速内流和膜的进一步去极, 紧接着钠通道很快失 活关闭, 使 Na + 内流终止 此时钠通道不能立即被再次激活开放, 只有恢复到备用状态后才 能再次被激活 钠通道的激活 失活和复活到备用状态都是电压依赖性, 又是时间依赖性的, 即这些状态的变化过程均需要一定的时间, 特别是复活过程所需的时间较长 细胞膜上大部 分钠通道是否处于备用状态, 是该心肌细胞是否具有兴奋性的前提 ( 四 ) 兴奋性的周期性变化与收缩的关系 1. 一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化心肌细胞发生一次扩布性兴奋后, 兴奋性会

17 发生周期性变化, 这些变化与跨膜电位的变化密切相关, 实际上也就是与离子通道的状态有关 心肌兴奋性的变化可分为几个时期 : (1) 绝对不应期和有效不应期 : 从去极相开始到复极达 -55mV 这一期间内, 无论给予多大的刺激, 心肌细胞均不产生反应, 也就是说, 此期内兴奋性等于零, 称为绝对不应期 (absolute refractory period) 从-55mV 复极到 -60mV 这段时间内, 给予强刺激可使膜发生部分去极或局部兴奋, 但不能爆发动作电位 因此从去极开始至复极达 -60mV 这段时期内, 给予刺激均不能产生动作电位, 称为有效不应期 (effective refractory period) 在这段时间内钠通道完全失活或仅有少量钠通道刚开始复活, 大部分钠通道没有恢复到备用状态 (2) 相对不应期 : 相当于从复极 -60mV 到 -80mV 的时期 在此期间内, 用大于正常阈值的强刺激才能产生动作电位, 故称为相对不应期 (relative refractory period) 在此期内, 大部分钠通道已复活, 心肌的兴奋性虽已逐渐恢复, 但仍低于正常 (3) 超常期 : 相当于从复极 -80mV 到 -90mV 的时期 在这一期间内, 用低于正常阈值的刺激, 就可引起动作电位爆发, 表明心肌的兴奋性超过正常, 称为超常期 (supranormal period) 在此期内, 膜电位靠近阈电位, 故所需的刺激阈值小于正常阈值 在相对不应期或超常期引出的动作电位, 其 0 期的幅度和上升速率均低于正常 这主要是由于部分钠通道仍处于失活状态之故 这样的动作电位传播速度较慢, 易成为心律失常及折返 ( 见后 ) 形成的原因之一 2. 兴奋性的周期变化与心肌收缩活动的关系一些正常或异常的心肌舒缩活动与心肌兴奋性的周期变化有关 : (1) 不发生强直收缩 : 由于心肌细胞的有效不应期很长 ( 数百毫秒 ), 相当于整个收缩期加舒张早期 ( 图 ) 在此期内, 任何刺激都不能使心肌发生兴奋和收缩 因此心肌与骨骼肌不同, 不会发生强直收缩, 而能保持收缩与舒张交替的节律活动, 实现其泵血功能 图 心室肌动作电位期间兴奋性的变化及其与机械收缩的关系 A. 动作电位 B. 机械收缩 ERP: 有效不应期 RRP: 相对不应期 SNP: 超常期

18 (2) 期前收缩与代偿间隙 : 正常心脏是按窦房结发出的兴奋进行节律性收缩活动的 如果在心室的有效不应期之后, 心肌受到人为的刺激或起自窦房结以外的病理性刺激时, 心室可产生一次正常节律以外的收缩, 称为期外收缩 由于期外收缩发生在下一次窦房结兴奋所产生的正常收缩之前, 故又称为期前收缩 ( 图 ) 期前兴奋也有自己的有效不应期, 当紧接在期前收缩后的一次正常窦房结的兴奋传到心室时, 常正好落在期前兴奋的有效不应期内, 因而不能引起心室兴奋和收缩 必须等到下次窦房结的兴奋传来, 才能发生收缩 所以在一次期前收缩之后, 往往有一段较长的心脏舒张期, 称为代偿间隙 图 期前收缩和代偿间隙 额外刺激 a, b, c 落在有效不应期内, 不引起反应 额外刺激 d 落在相对不应期内, 引起期前收缩和代偿间隙 二 心肌的自动节律性心肌能自动地 按一定节律发生兴奋的能力, 称为自动节律性 心肌的自律性起源于心肌细胞本身 在高等动物和人, 心脏内特殊传导系统 ( 房室结的结区除外 ) 的细胞有自律性, 而心房和心室肌工作细胞不具有自律性 ( 一 ) 自律细胞的跨膜电位及形成机制自律细胞的动作电位在 3 期复极末到达最大复极电位后,4 期的膜电位并不稳定于这一水平, 而是开始自动去极, 去极达到阈电位后, 自动引起下一个动作电位的产生 因此 4 期自动去极是自律性的基础 不同类型的自律细胞,4 期去极的速度不同, 引起 4 期自动去极的离子流基础也不同 下面介绍慢反应自律细胞和快反应自律细胞动作电位形成的机制 1. 窦房结细胞的动作电位及其形成机制窦房结细胞动作电位的幅值小, 由 0 期 3 期和 4 期组成, 超射小,0 期幅值约 70mV, 没有 1 期和 2 期 ( 图 ) 最大复极电位为-60~ -65mV 在此电位下, 钠通道已失活 窦房结细胞的自动去极是由随时间而增长的净内向电流所引起的 当 4 期自动去极达阈电位时 ( 约 -40mV), 即激活膜上的钙通道, 引起钙内流, 导致 0 期去极 由于钙通道是慢通道, 因此窦房结细胞动作电位 0 期去极幅度低, 速度慢 以后钙通道逐渐失活, 而钾通道被激活, 出现 K + 外流 由于钙内流减少和钾外流增加, 膜便逐渐复极并达最大复极电位 窦房结细胞是由慢通道开放而产生 0 期去极, 故称为慢反应自律细胞, 其动作电位称为慢反应动作电位

19 图 心室肌 (A) 与窦房结 (B) 细胞跨膜电位的比较 窦房结细胞在动作电位 3 期复极末到达最大负电位值 随后进入 4 期, 但膜电位并不静息, 而是负电位的绝对值逐渐自动减小 4 期自动去极的净内向电流主要是由一种外向电流和两种内向电流所构成 :1 时间依赖性的 I k 通道逐渐失活, 造成 K + 外流进行性衰减, 是窦房结 4 期去极的重要离子基础之一 外向电流的衰减, 其效应相当于内向电流的逐步增加 2 进行性增强的内向离子流 I f ( 主要是钠流 ) I f 电流不同于心室肌 0 期去极的钠流, 而是细胞膜向复极化或超极化方向激活的离子流, 可被绝 (Cs) 所阻断 膜电位在 3 期向复极化方向的变化是造成该通道逐步激活和在 4 期开放的条件 3T 型钙通道的激活和钙内流 窦房结细胞上的钙通道有两类, 一类是 L(long lasting) 型 (I Ca-L ), 另一类是 T (transient) 型 (I Ca-T ) L 型钙通道即上述 0 期去极的慢通道, 也是前述心室肌细胞动作电位平台期钙内流的通道, 其阈电位在 -30~-40mV, 儿茶酚胺对其有调控作用 T 型钙通道的阈电位较 L 型的低, 为 -50~ -60mV, 一般钙通道的阻断剂对其无阻滞作用, 它也不受儿茶酚胺调控, 但可被镍阻断 上述三种起搏离子流 (pacemaker current) 参与 4 期自动去极的过程见图 在 0 期去极后, 激活的 I K 通道造成钾外流和复极 (3 期 ), 复极进行至最大复极电位时,I K 开始衰减, 在背景内向电流 (Na + 电流 ) 的作用下, 开始自动除极, 此时 I f 的激活和内向离子流引起进一步去极 在 4 期后半期,T 型钙通道被激活, 又引起钙内流和膜电位的进一步减小 当去极达 -40mV 时, 激活 L 型钙通道, 自动引起下一个动作电位

20 图 窦房结细胞的动作电位及其离子机制 此外, 还有许多其他离子流参与窦房结细胞的起搏活动 上述各离子流在 4 期自动去极活动过程中所起作用的大小, 尚有不同的看法 众多离子流参与窦房结细胞的自律性活动, 大大增加了起搏活动的安全性 2. 浦肯野细胞的动作电位浦肯野细胞动作电位的形态与心室肌的相似, 产生的离子基础也基本相同, 但 4 期膜电位并不静息, 而是出现自动去极现象, 属快反应自律细胞 浦肯野细胞 4 期自动去极的离子基础与窦房结细胞的不同, 主要是由随时间而逐渐增强的内向电流 I f 和逐渐衰减的外向 K + 电流所引起, 浦肯野细胞的 4 期自动去极速率远较窦房结为慢, 因此其自律性较窦房结为低 ( 二 ) 心脏传导系统各部位的自律性及影响自律性的因素在人体, 只有心脏特殊传导系统, 包括窦房结, 房室交界 ( 结区除外 ), 希氏束, 浦肯野纤维等具有自律性 但各部位的自律性高低不一, 窦房结为 90~100 次 / 分, 房室结为 40~ 60 次 / 分, 浦肯野纤维为 15~40 次 / 分 可见, 窦房结的自律性最高, 成为正常心脏活动的起搏点 (pacemaker) 其他部位的自律组织受窦房结控制, 在正常情况下不表现其自身的节律性, 只起着兴奋传导的作用, 所以是潜在的起搏点 以窦房结为起搏点的心脏节律性活动, 临床上称为窦性心律, 以窦房结以外的部位为起搏点的心脏活动, 则称为异位心律 窦房结对于潜在起搏点的控制, 通过两种方式实现 :1 抢先占领 (preoccupation) 窦房结的自律性高于其他潜在起搏点 在潜在起搏点 4 期自动去极尚未达阈电位时, 它们已受到由窦房结发出并传播而来的兴奋激动作用而产生动作电位, 其自身的自动兴奋便不可能出现 2 超速驱动压抑 (overdrive suppression) 当窦房结对心室潜在起搏点的控制突然中断后, 首先会出现一段时间的心脏停搏, 然后心室按其自身潜在起搏点的节律发生兴奋和搏动 其原因是 : 在自律性较高的窦房结的节律性兴奋驱动下, 潜在起搏点的 被动 兴奋的频率远超过它们本身的自动兴奋的频率 ( 抢先占领机制 ) 但潜在起搏点长时间超速驱动的结果, 发生其本身自律活动被压抑的效应 ; 一旦窦房结的驱动作用中断, 心室潜在起搏点需要经过一定时间才能从被压抑的状态恢复过来, 表现出本身的自动兴奋节律 这种自律性由于超速驱动而受到压抑的现象称为超速驱动压抑 超速驱动压抑的程度与两个起搏点自律性的差别呈平行关系, 频率差别愈大, 压抑效应愈强, 超速驱动作用中断后, 停搏的时间也愈长 超速驱动压抑的机制较复杂, 有人认为潜在起搏点在超速驱动下, 单位时间内产生的动作电位数

21 量增加, 细胞内钠离子增多, 钾外流也增多, 于是钠 - 钾泵活动相应加强 由于钠 - 钾泵是生电性泵, 使细胞膜超极化, 故在去极时膜电位不易达到阈电位, 而表现为超速驱动压抑现象 该现象提示, 在人工起搏的情况下, 如因故需暂停起搏器时, 在中断之前其驱动频率应逐步减慢, 以避免发生心搏暂停 自律性的高低受 4 期自动去极的速度 最大复极电位的水平以及阈电位水平的影响 ( 图 ) 图 影响自律性的因素 A: 起搏电位斜率由 a 减小到 b 时, 自律性降低 B: 最大复极电位水平由 a 达到 d, 或阈电位由 TP-1 升到 TP-2 时, 自律性均下降 TP: 阈电位 1.4 期自动去极的速度去极速度快, 到达阈电位的时间就缩短, 单位时间内爆发兴奋的次数增加, 自律性就增高 ; 反之, 去极速度慢, 到达阈电位的时间就延长, 自律性降低 交感神经递质可加快 4 期自动去极的速度, 使心率加快 2. 最大复极电位的水平最大复极电位的绝对值变小, 与阈电位的差距就减小, 到达阈电位的时间就缩短, 自律性增高 ; 反之, 最大复极电位的绝对值变大, 则自律性降低 心迷走神经兴奋时, 其递质可增加细胞膜对 K + 的通透性, 使最大复极电位更负, 是导致心率减慢的原因之一 3. 阈电位水平阈电位降低, 由最大复极电位到达阈电位的距离缩小, 自律性增高 ; 反之, 阈电位升高, 则自律性降低 三 心肌的传导性和兴奋在心脏的传导 ( 一 ) 心肌细胞的传导性心肌一处发生兴奋后, 由于兴奋部位和邻近安静部位的膜之间发生电位差, 产生局部电流, 从而刺激安静部位的膜发生兴奋 此外, 心肌细胞之间的闰盘为低电阻的缝隙连接, 局

22 部电流很易通过, 引起相邻细胞的兴奋, 导致兴奋在心脏的同种细胞和心脏内不同组织间的传导 ( 二 ) 兴奋在心脏内的传导过程和特点窦房结发出的兴奋, 经心房肌及功能上的优势传导通路 ( 见后 ) 传播到左 右心房 与此同时, 窦房结的兴奋也可通过心房肌传到房室交界, 然后由房室束 ( 希氏束 ) 传到左右束支, 最后经浦肯野纤维到达心肌 ( 图 ) 1. 心脏起搏点正常情况下心脏的起搏点是窦房结 窦房结为扁平椭圆形的结构, 宽 3mm 长 15mm 厚 1mm, 位于右心房和上腔静脉连接处, 含有 P 细胞和过渡细胞 P 细胞是自律细胞, 为整个心脏的起搏点 ; 过渡细胞位于窦房结的周边部, 其作用是将 P 细胞的自律性兴奋传播到与其相邻的心房肌细胞 2. 结间束及兴奋在心房内的传播心房肌的传导速度为 0.3m/s 某些部位的心房肌纤维排列方向一致, 结构整齐, 其传导速度较其他心房肌快, 构成功能上的优势传导通路 (preferential pathway), 分别称为前 中 后结间束, 连接窦房结和房室交界间的兴奋传导 ( 结间束细胞在组织结构上与其他心房肌细胞并无明显差异, 但目前国内 外临床上仍在应用此概念 ) 其中前结间束的分支连接左 右心房, 其传导速度可达 1m/s, 因此左 右心房可以几乎同时收缩 3. 房室结的单向传导和延搁作用心房与心室的心肌不相连接, 两者间由处于左 右房室口周围的结缔组织所构成的纤维环所隔开 房 室肌细胞之间并无直接的电联系, 房室结是惟一联系心房和心室间的兴奋通路 房室结位于房间隔的下部, 适在冠状窦口的前上方 其上端经房结区与结间束相连 ; 下端经结希区与希氏束相接 房结区 结区和结希区合称房室交界, 这三个区的划分是接照它们动作电位的差异, 并非按照解剖特点 在结希区, 由房室结发出的多束细纤维穿过房室间的纤维环, 将兴奋传至希氏束 兴奋在房室交界处的传导速度极慢, 约为 0.02~0.05m/s 这主要是由于房室交界处细胞体积小, 细胞间隙连接少, 细胞膜电位低,0 期去极幅度小及去极速度慢所致 房室交界处的兴奋传导约需 0.1 秒, 延搁时间较长, 这具有重要的生理意义 心房兴奋后, 要经过较长时间才引起心室兴奋收缩, 可避免心房和心室收缩重叠的现象 这不但有利于心房 心室的有序先后收缩, 而且心房先收缩可进一步将血液挤入心室, 使心室在收缩前有充分的血液充盈, 有利于心室的射血 房室交界传导速度较慢, 易发生传导阻滞, 使心房的兴奋不易或不能传到心室 房 - 室传导阻滞是临床上常见的一种传导阻滞 4. 浦肯野系统兴奋的传导由浦肯野细胞组成的浦肯野系统连接房室结和心室肌细胞 由房室结发出的房室束, 穿入室间隔的膜部, 并在室间隔肌性部的上缘分为左 右二支 二支分别在左 右两侧心内膜深部下降, 并逐渐分为细小的分支, 分布到心室, 最后到达心底部 浦肯野纤维末梢穿过心室内壁 1/3, 再和心室肌细胞相连 与房室结细胞不同, 浦肯野细胞体积大, 甚至比心室肌工作细胞还大 ; 细胞间有丰富的缝隙连接, 其传导速度可高达 1.5~4m/s, 是房室结传导速度的 150 倍, 心室肌传导速度的 6 倍 兴奋的浦肯野系统中的传导历时仅 0.03 秒, 可几乎同时到达心室各处的内壁 这种多方位的快速传导, 对于保持心室肌的同步收缩是十分重要的 5. 兴奋在心室肌的传导兴奋由浦肯野纤维传至心室肌后, 主要依靠心室肌细胞本身通过局部电流机制在心室壁内进行传导 心室肌的传导速度为 0.5m/s 心室壁由浅层和深层的纵行纤维及其中间的环行纤维组成, 各层间有结缔组织纤维分隔, 因此兴奋传导并非直接由心内膜肌层经最短直线距离传至心室外壁肌层, 而是经过螺旋形或曲折的途径传导至心外壁 兴奋由心内膜传导到心外膜历时约 0.03 秒, 几乎和整个浦肯野系统的传导时间一样长

23 6. 兴奋在心脏各部位出现的时间及影响传导的因素图 显示兴奋从窦房结传到心脏各部位所需要的时间 兴奋在心房中以中等速度传播, 在房室交界处延搁 0.1 秒后, 又以高速在浦肯野系统传导, 几乎同时到达心室内壁各处, 然后以较慢的速度经心室壁传至外膜面的心肌细胞 了解心脏兴奋传导的途径和传到各处所需的时间, 对于理解心电图各波产生的原理是很重要的 图 兴奋由窦房结开始传导到心脏各处的时间 ( 秒 ) 7. 影响心肌传导性的因素心肌的传导性受以下几方面因素的影响 : (1) 结构因素 : 心肌细胞兴奋传导的速度与细胞的直径有关 直径大, 横截面积较大, 则对电流的阻力较小, 局部电流传播的距离较远, 兴奋传导较快 反之, 细胞直径较小, 则兴奋传导慢 例如羊的浦肯野纤维直径为 70 m, 传导速度为 4m/s, 而房室交界细胞直径只有 3~4 m, 传导速度为 0.05m/s 另外, 细胞间缝连接的数量也是重要因素 在窦房结或房室交界处, 细胞间缝隙连接数量少, 传导速度慢 (2) 生理因素 1) 动作电位 0 期去极速度和幅度 : 动作电位去极度和幅度愈大, 其形成的局部电流愈大, 达到阈电位的速度也愈快, 使传导速度加快 快反应细胞和慢反应细胞传导速度的差异就是一个例证 2) 邻近部位膜的兴奋性 : 邻近部位膜的兴奋性取决于静息电位和阈电位的差距 邻近部位的兴奋性高, 即膜电位和阈电位间的差距小, 传导速度就快 邻近部位膜的兴奋性还取决于 0 期去极钠通道 ( 或慢反应细胞的钙通道 ) 的状况 当兴奋落在通道尚处在失活状态的有效不应期内, 则传导阻滞 ; 如落在相对不应期或超常期内, 则传导减慢 临床上在相对不应期出现的期外兴奋的动作电位, 由于其传导较慢, 严重时可形成兴奋的折返 (reentry), 诱发心律失常 四 体表心电图每个心动周期中, 由窦房结产生的兴奋, 依次传向心房和心室, 心脏兴奋的产生和传播时所伴随的生物电变化, 可通过周围组织传导到全身, 使身体各部位在每一心动周期中都发

24 生有规律的电变化 将引导电极置于肢体或躯体一定部位记录到的心电变化的波形, 称为心电图 (electrocardiogram, ECG) 它反映了心脏兴奋的产生 传导和恢复过程中的生物电变化, 而与心脏的机械收缩活动无直接关系 心肌兴奋过程中, 各种离子通道相继开放和关闭, 引起跨膜细胞离子流的变化, 后者又引起细胞动作电位的产生 ; 通过局部电流, 动作电位由窦房结经房室交界 浦肯野系统传导至整个心脏 因此心电图是整个心脏在心动周期中各细胞电活动的综合向量变化 ( 一 ) 正常心电图的波形及生理意义心电图各波是由 Einthoven 命名的, 他从英文字母的 P 开始命名各波, 分别为 P QRS T 波, 偶然还有 U 波 其中 QRS 波由三个小波 Q R S 波组成 ( 图 ) 随着引导电极位置的不同, 各波的形态 幅度均有差异 图 正常人心电模式图 1.P 波 P 波代表两心房的去极化过程 虽然窦房结去极化在心房之前, 但由于窦房结太小, 所产生的电位差不能从体表记录到 P 波的宽度反映去极化在整个心房传播所需的时间, 其波形小而圆钝, 历时 0.08~0.11s, 波幅不超过 0.25mV 2.PR 间期 PR 间期是指从 P 波的起点到 QRS 波起点之间的时程, 一般为 0.12~0.2s P 波和 QRS 波之间的间期反映去极化从窦房结产生经过房室交界 房室束 束支和浦肯野纤维网到达心室肌所需要的时间 3.QRS 综合波当去极化在心室肌内传导时, 体表上出现的电位变化为 QRS 综合波, 包括三个紧密相连的电位波动 : 第一个是向下的 Q 波, 随后是高而尖峭的向上的 R 波, 最后是向下的 S 波 QRS 综合波幅度远较 P 波为大, 这是因为心室组织的体积大于心房 ;QRS 综合波的时间比 P 波短, 历时仅 0.06~0.10s, 因为去极化通过浦肯野纤维和心室肌的传播速度很快 Q R S 各波的波幅在不同的导联中变化较大

25 4.S-T 段在 QRS 综合波之后, 电位回到基线或接近基线, 直到 T 波开始 这个短暂的等电位相 S-T 段, 是心室各部分都处于去极化状态的一个时期, 故各引导电极之间不存在电位差 S-T 段也反映心室肌细胞动作电位平台期的长短 5.T 波心室的复极化产生 T 波, 它相当于动作电位的 2 期末和 3 期 T 波的时程明显长于 QRS 波 狭窄的 QRS 综合波是由快速传导的去极化通过心室肌所产生, 而宽的 T 波则反映心室各细胞不同步的复极化 T 波与 QRS 综合波的极性在正常情况下是相同的, 表明心室最后去极化的区域首先复极 业已证明, 心内膜面心肌细胞动作电位的时程明显长于心外膜面心肌细胞的动作电位时程 因为在心外膜面的心肌细胞富有产生 1 期复极电流的 I to 通道, 因此该处虽然去极迟, 但平台期短, 故复极提前 心房在复极化时也产生电位差, 形成 T a 波, 因为它的幅度小, 而且被埋在比它大得多的 QRS 综合波中, 一般不能看到 如果心脏传导阻滞, 在 P 波后无 QRS 波, 有时在心电图中可看到 T a 波 6.U 波心电图中有时在 T 波之后可见一个小的偏转, 称为 U 波 其发生机制不详 一般推测 U 波与浦肯野纤维网的复极化有关, 因为它们的动作电位时程比心室肌长, 复极更迟 7.Q-T 间期从 QRS 综合波的开始到 T 波结束, 称为 Q-T 间期 Q-T 间期的时程与心率成反比关系, 心率愈快,Q-T 间期愈短 ( 二 ) 心肌动作电位和心电图的关系图 表示心电图和心房 心室肌等动作电位在时间上的关系 QRS 综合波相当于心室肌细胞动作电位的 0 期,S-T 段相当于平台期,T 波反映 3 期复极 QRS 综合波和 T 波代表不同部位的心室肌细胞在不同时间去极化和复极化时所产生的动作电位效应的总和 QRS 综合波的迅速的电位变化, 反映去极化在心室中的快速传导 ; 由于不同心室肌细胞动作电位的时程有较大的差异, 复极过程先后不一, 故 T 波较宽

26 图 各部分心肌细胞动作电位与体表心电图的时相关系 ( 陈莹莹 ) 第三节血管生理 一 各类血管的功能特点 不论体循环或肺循环, 由心室射出的血液都流经由动脉 毛细血管和静脉相互串联构成 的血管系统, 再返回心房 从生理功能上, 可将血管分为以下几类 : 1. 弹性贮器血管 (Windkessel vessels) 指主动脉 肺动脉主干及其发出的最大分支 这类血管的管壁厚, 富含弹性纤维, 有明显的可扩张性和弹性 左心室射血时, 一方面推动动脉内的血液向前流动, 另一方面使主动脉内压力升高, 主动脉扩张, 容积增大 因此, 左心室射出的血液在射血期内只有一部分进入动脉系统以后的部分, 另一部分则被贮存在大动脉内 主动脉瓣关闭后, 被扩张的大动脉管壁发生弹性回缩, 将在射血期多容纳的那部分血液继续向动脉系统以后的部分推动 大动脉的这种功能称为弹性贮器作用, 可以使心脏间断的射血成为血管系统中连续的血流, 并能减小每个心动周期中血压的波动幅度

27 2. 分配血管从弹性贮器血管以后到分支为小动脉前的动脉管道, 其功能是将血液输送至各器官组织, 故称为分配血管 3. 毛细血管前阻力血管小动脉和微动脉的管径小, 对血流的阻力大, 称为毛细血管前阻力血管 (precapillary resistance vessels) 微动脉的管壁富含平滑肌, 平滑肌的收缩或舒张可改变微动脉的口径及其对血流的阻力, 从而改变所在器官 组织的血流量 4. 毛细血管前括约肌在真毛细血管的起始部常有平滑肌环绕, 称为毛细血管前括约肌 (precapillary sphincter) 它的收缩和舒张可控制其后的毛细血管的关闭和开放, 因此可决定某一时间内毛细血管开放的数量 5. 交换血管指真毛细血管 其管壁仅由单层内皮细胞构成, 外面有一薄层基膜, 故通透性很高, 为血液和组织液之间进行物质交换的场所 6. 毛细血管后阻力血管指微静脉 微静脉因管径小, 对血流也产生一定的阻力 它的收缩或舒张可影响毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值, 从而改变毛细血管压和体液在血管内和组织间隙内的分配情况 7. 容量血管静脉和相应的动脉比较, 数量较多, 口径较粗, 管壁较薄, 故其容量较大, 而且可扩张性较大, 即较小的压力变化就可使静脉内容纳的血量发生很大的变化 在安静状态下, 整个静脉系统容纳了全身循环血量的 60%~70% 因此, 静脉在血管系统中起着血液贮存库的作用, 在生理学中将静脉称为容量血管 (capacitance vessels) 8. 短路血管指一些血管床中小动脉和小静脉之间的直接联系 它们可使小动脉内的血液不经过毛细血管而直接流入小静脉 手指 足趾 耳廓等处的皮肤中有许多短路血管存在, 它们在功能上与体温调节有关 二 血流量 血流阻力和血压血液在心血管系统中流动的一系列物理学问题属于血流动力学 (hemodynamics) 的范畴 血流动力学和一般的流体动力学一样, 其基本的研究对象是流量 阻力和压力之间的关系 但由于血管是有弹性和可扩张性的而不是硬质的管道系统, 血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体, 而不是理想液体, 因此血流动力学除具有一般流体力学的共同点外, 还有它自身的特点 ( 一 ) 血流量和血流速度单位时间内流过血管某一截面的血量称为血流量 (blood flow), 也称容积速度, 其单位通常以 ml/min 或 L/min 来表示 血液中的一个质点在血管内移动的线速度, 称为血流速度 血液在血管内流动时, 其血流速度与血流量成正比, 与血管的截面积成反比 1. 泊肃叶定律泊肃叶研究了液体在管道系统内流动的规律, 指出单位时间内液体的流量 (Q) 与管道两端的压力差 P 1 -P 2 以及管道半径 r 的 4 次方成正比, 与管道的长度 L 成反比, 即为泊肃叶定律 (Poiseuille s law) 这些关系可用下式表示: r 4 Q = K (P 1 -P 2 ) L 为 这一等式中的 K 为常数 研究证明它与液体的粘滞度 η 有关 因此泊肃叶定律又可写 Q = (P P )r L 4 2. 层流和湍流血液在血管内流动的方式可分为层流 (laminar flow) 和湍流 (turbulence) 两类 在层流的情况下, 液体中每个质点的流动方向都一致, 与血管的长轴平行 ; 但各质点 的流速不相同, 在血管轴心处流速最快, 越靠近管壁, 流速越慢 因此可以设想血管内的血

28 液由无数层同轴的圆柱面构成, 处于同一层的液体质点的流速相同, 由轴心向管壁, 各层液 体的流速依次递减, 如图 所示 图 层流情况下各层血液的流速 图中的箭头指示血流的方向, 箭头的长度表示流速, 在血管的纵剖面上各箭头的连线形 成一抛物线 泊肃叶定律适用于层流的情况 当血液的流速加快到一定程度后, 会发生湍流 此时血液中各个质点的流动方向不再一致, 出现旋涡 在湍流的情况下, 泊肃叶定律不再适 用, 血流量不是与血管两端的压力差成正比, 而是与压力差的平方根成正比 关于湍流的形 成条件,Reynolds 提出一个经验公式 : Re = VD 式中 V 为血液在血管内的平均流速 ( 单位为 cm/s),d 为管腔直径 ( 单位为 cm),ρ 为血 液密度 ( 单位为 g/cm 3 ),η 为血液粘滞度 ( 单位为泊 ),Re 为 Reynolds 数, 没有单位 一般 当 Re 数超过 2000 时, 就可发生湍流 由上式可知, 在血流速度快, 血管口径大, 血液粘 滞度低的情况下, 容易产生湍流 ( 二 ) 血流阻力 血液在血管内流动时所遇到的阻力, 称为血流阻力 血流阻力的产生, 是由于血液流动 时发生磨擦 其消耗的能量一般表现为热能 这部分热能不可能再转换成血液的势能或动能, 故血液在血管内流动时压力逐渐降低 在湍流的情况下, 血液中各个质点不断变换流动的方 向, 故消耗的能量较层流时更多, 血流阻力就较大 血流阻力一般不能直接测量, 而需通过计算得出 血液在血管中的流动与电荷在导体中 流动有相似之处 根据欧姆定律, 电流强度与导体两端的电位差成正比, 与导体的电阻成反 比 这一关系也适用于血流, 即血流量与血管两端的压力差成正比, 与血流阻力 R 成反比, 可用下式表示 : P1 P2 Q = R 在一个血管系统中, 假设血流形式为层流, 若测得血管两端的压力差和血流量, 就可根 据上式计算出血流阻力 比较上式和泊肃叶定律的方程式, 则可写出计算血流阻力的方程式, 即 8 L R = 4 r 这一算式表示, 血流阻力与血管的长度和血液的粘滞度成正比, 与血管半径的 4 次方成

29 反比 由于血管的长度很少变化, 因此血流阻力主要由血管口径和血液粘滞度决定 对于一个器官来说, 如果血液粘滞度不变, 则器官的血流量主要取决于该器官的阻力血管的口径 阻力血管口径增大时, 血流阻力降低, 血流量就增多 ; 反之, 当阻力血管口径缩小时, 器官血流量就减少 可见, 机体可通过控制各器官阻力血管的口径来调节各器官之间的血流分配 血液粘滞度 (blood viscosity) 是决定血流阻力的另一因素 全血的粘滞度为水的粘滞度的 4~5 倍 血液粘滞度的高低取决于以下几个因素 : 1. 红细胞比容一般说来, 红细胞比容是决定血液粘滞度的最重要的因素 红细胞比容愈大, 血液粘滞度就愈高 2. 血流的切率在层流的情况下, 相邻两层血液流速的差和液层厚度的比值, 称为血流的切率 (shear rate) 从图 可见, 切率也就是图中抛物线的斜率 匀质液体的粘滞度不随切率的变化而改变, 称为牛顿液 血浆属于牛顿液 非匀质液体的粘滞度随着切率的减小而增大, 称为非牛顿液 全血属非牛顿液 当血液在血管内以层流的方式流动时, 红细胞有向中轴部分移动的趋势 这种现象称为轴流 (axial flow) 当切率较高时, 轴流现象更为明显, 即红细胞集中在中轴, 其长轴与血管纵轴平行, 红细胞移动时发生的旋转以及红细胞相互间的撞击都很少, 故血液的粘滞度较低 切率较低时, 红细胞可发生聚集, 使血液粘滞度增高 3. 血管口径血液在较粗的血管内流动时, 血管口径对血液粘滞度不发生影响 但当血液在直径小于 0.3 mm 的小动脉内流动时, 只要切率足够高, 则随着血管口径的进一步变小, 血液粘滞度也就变低 产生这一现象的原因尚不完全清楚, 但对机体有明显的益处 如果没有此种效应, 血液在小血管中流动时的阻力将会大大增高 4. 温度血液的粘滞度随温度的降低而升高 人体的体表温度比深部温度低, 故血液流经体表部分时粘滞度会升高 如将手指浸在冰水中, 局部血液的粘滞度可增加 2 倍 ( 三 ) 血压血压 (blood pressure) 是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力, 也即压强 按照国际标准计量单位规定, 压强的单位为帕 (Pa), 即牛顿 / 米 2 (N/m 2 ) 帕的单位较小, 故血压数值通常用千帕 (kpa) 表示 但由于长期以来人们用水银检压计测量血压, 因此习惯上用水银柱的高度即毫米汞柱 (mmhg) 来表示血压数值 1mmHg 等于 kpa 血压的形成, 首先是由于心血管系统内有血流充盈 循环系统中血液充盈的程度可用循环系统平均充盈压 (mean circulatory filling pressure) 来表示 在动物实验中, 用电刺激造成心室颤动使心脏暂时停止射血, 血流也就暂停 此时在循环系统中各处所测得的压力都是相同的, 这一压力数值即循环系统平均充盈压 这一数值的高低取决于血量和循环系统容量之间的相对关系 如果血量增多, 或血管容量缩小, 则循环系统平均充盈压就增高 ; 反之, 如果血量减少或血管容量增大, 则循环系统平均充盈压就降低 用巴比妥麻醉的狗, 循环系统平均充盈压约为 7mmHg 人的循环系统平均充盈压估计接近这一数值 形成血压的另一基本因素是心脏射血 心室肌收缩时所释放的能量可分为两部分, 一部分用于推动血液流动, 是血液的动能 ; 另一部分形成对血管壁的侧压, 并使血管壁扩张, 这部分是势能, 即压强能 在心舒期, 大动脉发生弹性回缩, 又将一部分势能转变为推动血液的动能, 使血液在血管中继续向前流动 由于心脏射血是间断性的, 因此在心动周期中动脉血压发生周期性的变化 另外, 由于血液从大动脉流向心房的过程中不断消耗能量, 故血压逐渐降低 在机体处于安静状态时, 体循环中毛细血管前阻力血管部分血压降落的幅度最大 生理学实验中测量血压的经典方法, 是将导管的一端插入动脉 静脉或心腔, 将导管的另一端连至一装有水银的 U 形管, 从 U 形管两边水银面高度的差即读得测定部位的血压值 用 U 形水银检压计测得的压力读数为平均压 现在已有多种类型的压力换能器, 可将压强能的变化转变为电能的变化, 并精确地测出心动周期中各瞬间的血压数值 在临床上, 常用

30 听诊法间接测定肱动脉的收缩压和舒张压 在有些情况下, 也可用导管插入血管直接测量血压 三 动脉血压和动脉脉搏 ( 一 ) 动脉血压 1. 动脉血压 (arterial blood pressure) 的形成如上文所速, 循环系统内足够的血液充盈和心脏射血是形成动脉血压的基本因素 形成动脉血压的另一个因素是外周阻力 (peripheral resistance) 外周阻力主要是指小动脉和微动脉对血流的阻力 假如不存在外周阻力, 心室每次射血所射出的那部分血液将可全部流至动脉系统以后的部分, 即心室收缩释放的能量可全部表现为血流的动能, 因而不会再增高对血管壁的侧压 对整个循环系统来说, 主动脉平均血压的高低与总外周阻力的大小成正比 动脉管壁具有的顺应性 (compliance) 也能影响动脉血压 血管的顺应性是指血管内的压力每改变 1mmHg 时血管容积的改变值, 即 C = V/ P 式中 C 为血管顺应性, V 和 P 分别表示容积和压力的变化值 在每个心动周期中, 一般情况下左心室每次收缩可向主动脉内射入 60~80ml 血液 由于小动脉和微动脉处有较高的阻力, 而主动脉和大动脉有较高的顺应性, 因此左心室每次收缩所射出的血液, 在心缩期内大约只有三分之一流至动脉系统以后的部分, 其余约三分之二被暂时贮存在主动脉和大动脉内, 使其进一步扩张, 主动脉压也就随之升高 这样, 心室收缩时释放的能量中有一部分以势能的形式贮存在弹性贮器血管的管壁中 心室舒张时, 半月瓣关闭, 射血停止, 被扩张的弹性贮器血管管壁发生弹性回缩, 将在心缩期贮存的那部分血液继续向前推进, 同时也使主动脉压在心舒期仍能维持在较高的水平, 例如 80 mmhg 左右, 而不像左心室内压在心舒期接近 0mmHg 可见, 由于弹性贮器血管的作用, 使左心室的间断射血变为动脉内的连续血流 ; 另一方面, 还使每个心动周期中动脉血压的变动幅度远小于左心室内压的变动幅度 老年人的大动脉管壁硬化, 顺应性减小, 弹性贮器的功能受损, 因此每个心动周期中动脉血压的波动幅度明显增大 2. 动脉血压的正常值心室收缩时, 主动脉压急剧升高, 在收缩期的中期达到最高值, 这时的动脉血压值称为收缩压 (systolic pressure) 心室舒张时, 主动脉压下降, 在心舒末期动脉血压的最低值称为舒张压 (diastolic pressure) 收缩压和舒张压的差值称为脉搏压, 简称脉压 (pulse pressure) 一个心动周期中每一瞬间动脉血压的平均值, 称为平均动脉压 (mean arterial pressure) 简略估算, 平均动脉压大约等于舒张压加 1/3 脉压 一般所说的动脉血压是指主动脉压 因为在大动脉中血压降落很小, 故通常将在上臂测得的肱动脉血压代表主动脉压 我国健康青年人在安静状态时的收缩压为 100~120mmHg (13.3~16.0 kpa), 舒张压为 60~80mmHg(8.0~10.6 kpa), 脉搏压为 30~40mmHg(4.0~ 5.3 kpa) 动脉血压除存在个体差异外, 还有性别和年龄的差异 一般说来, 女性在更年期前动脉血压比同龄男性的低, 更年期后动脉血压升高 男性和女性的动脉血压都随年龄的增长而逐渐升高, 收缩压的升高比舒张压的升高更为显著 新生儿的收缩压仅 40mmHg 左右 出生后第 1 个月内, 收缩压很快升高, 到第 1 个月末约可达 80mmHg 以后, 收缩压继续升高, 到 12 岁时约为 105mmHg 在青春期, 收缩压又较快地上升,17 岁的男性青年, 收缩压可达 120mmHg 青春期以后, 收缩压随年龄增长而缓慢升高 至 60 岁时, 收缩压约 140mmHg 当血液从主动脉流向外周时, 因不断克服血管对血流的阻力而消耗能量, 血压也就逐渐降低 在各段血管中, 血压降落的幅度与该段血管对血流的阻力的大小成正比 在主动脉和大动脉段, 血压降落较小 如果主动脉的平均压为 100mmHg, 则到直径为 3mm 的动脉处,

31 平均压仍在 95mmHg 左右 到小动脉时, 血流阻力大, 血压降落的幅度也变大 在体循环中, 微动脉段的血流阻力最大, 血压降落也最为显著 如果微动脉起始端的血压为 85mmHg, 则血液流经微动脉后, 压力降落 55mmHg, 故在毛细血管起始端, 血压仅 30mmHg 在不同的动脉段记录血压时, 可以看到从主动脉到外周动脉, 血压的波动幅度变大 和主动脉内的血压波动相比, 外周动脉的收缩压较高, 舒张压较低, 故脉搏压较大, 而平均压则低于主动脉压 ( 图 ) 产生这种现象的原因, 主要是由于血压压力波的折返 当动脉的压力波动在传播至较小的动脉分支处, 特别是到微动脉时, 因受到阻碍而发生折返 折返的压力波逆流而上, 如果遇到下行的波动, 二者可以发生叠加, 形成一个较大的波 在股动脉记录血压时, 常可看到在一个大的波后面有一个较小的折返波 ( 图 ), 股动脉的血压波动幅度大于主动脉的血压波动幅度 图 主动脉和外周动脉的脉搏压 平均压和血流变化 (1 mmhg = kpa) 3. 影响动脉血压的因素如前所述, 动脉血压的数值主要取决于心输出量和外周阻力, 因此, 凡是能影响心输出量和外周阻力的各种因素, 都能影响动脉血压 循环血量和血管系统容量之间的相互关系, 即循环系统内血流充盈的程度, 也能影响动脉血压 现将影响动脉血压的因素分述如下 : (1) 心脏每搏输出量 : 如果每搏输出量增大, 心缩期射入主动脉的血量增多, 心缩期中主动脉和大动脉内增加的血量变多, 管壁所受的张力也更大, 故收缩期动脉血压的升高更加明显 由于动脉血压升高, 血流速度就加快, 如果外周阻力和心率的变化不大, 则大动脉内增多的血量仍可在心舒期流至外周 到舒张期末, 大动脉内存留的血量和每搏输出量增加之前相比, 增加并不多 因此, 当每搏输出量增加而外周阻力和心率变化不大时, 动脉血压的升高主要表现为收缩压的升高, 舒张压可能升高不多, 故脉压增大 反之, 当每搏输出量减少时, 则主要使收缩压降低, 脉压减小 可见, 在一般情况下, 收缩压的高低主要反映心脏每搏输出量的多少 (2) 心率 : 如果心率加快, 而每搏输出量和外周阻力都不变, 则由于心舒期缩短, 在心舒期内流至外周的血液就减少, 故心舒期末主动脉内存留的血量增多, 舒张期血压就升高

32 由于动脉血压升高可使血流速度加快, 因此在心缩期内可有较多的血液流至外周, 收缩压的升高不如舒张压的升高显著, 脉压比心率增加前减小 相反, 心率减慢时, 舒张压降低的幅度比收缩压降低的幅度大, 故脉压增大 (3) 外周阻力 : 如果心输出量不变而外周阻力加大, 则心舒期内血液向外周流动的速度减慢, 心舒期末存留在主动脉中的血量增多, 故舒张压升高 在心缩期, 由于动脉血压升高使血流速度加快, 因此收缩压的升高不如舒张压的升高明显, 脉压也就相应减小 反之, 当外周阻力减小时, 舒张压的降低比收缩压的降低明显, 故脉压加大 可见, 在一般情况下, 舒张压的高低主要反映外周阻力的大小 (4) 主动脉和大动脉的弹性贮器作用 : 如前所述, 由于主动脉和大动脉的弹性贮器作用, 动脉血压的波动幅度明显小于心室内压的波动幅度 老年人的动脉管壁硬化, 顺应性变小, 大动脉的弹性贮器作用减弱, 故脉压增大 (5) 循环血量和血管系统容量的比例 : 循环血量和血管系统容量相适应, 才能使血管系统足够地充盈, 产生一定的体循环平均充盈压 在正常情况下, 循环血量和血管容量是相适应的, 血管系统充盈程度的变化不大 失血后, 循环血量减小, 此时如果血管系统的容量改变不大, 则体循环平均充盈压必然降低, 使动脉血压降低 在另一些情况下, 如果循环血量不变而血管系统容量增大, 也会造成动脉血压下降 上面对影响动脉血压的各种因素的叙述, 都是在假设其他因素不变的前提下, 分析某一因素发生变化时对动脉血压可能发生的影响 实际上, 在各种不同的生理情况下, 上述各种影响动脉血压的因素可同时发生改变 因此, 在某种生理情况下动脉血压的变化, 往往是各种因素相互作用的综合结果 ( 二 ) 动脉脉搏在每个心动周期中, 动脉内的压力发生周期性的波动 这种周期性的压力变化可引起动脉血管发生搏动, 称为动脉脉搏 (pulse) 在手术时暴露动脉, 可以直接看到动脉随每次心搏而发生的搏动 用手指也可摸到身体浅表部位的动脉搏动 1. 动脉脉搏的波形用脉搏描记仪可以记录浅表动脉脉搏的波形 这种记录图形称为脉搏图 ( 图 ) 动脉脉搏的波形可因描记方法和部位的不同而有差别, 但一般都包括以下几个组成部分 : 图 不同情况下锁骨下动脉与桡动脉的脉搏图

33 (1) 上升支 : 在心室快速射血期, 动脉血压迅速上升, 管壁被扩张, 形成脉搏波形中的上升支 上升支的斜率和幅度受射血速度 心输出量以及射血所遇阻力的影响 射血遇到的阻力大, 心输出量少, 射血速度慢, 则脉搏波形中上升支的斜率小, 幅度也低 ; 反之, 射血所遇的阻力小, 心输出量大, 射血速度快, 则上升支较陡, 幅度也较大 (2) 下降支 : 心室射血的后期, 射血速度减慢, 被扩张的大动脉开始回缩, 动脉血压逐渐降低, 形成脉搏波形中下降支的前段 随后, 心室舒张, 动脉血压继续下降, 形成下降支的其余部分 在主动脉记录脉搏图时, 其下降支上有一个切迹, 称为降中峡 (dicrotic notch) 降中峡发生在主动脉瓣关闭的瞬间 因为心室舒张时室内压下降, 主动脉内的血液向心室方向返流 这一返流使主动脉瓣很快关闭 返流的血液使主动脉根部的容积增大, 并且受到闭合的主动脉瓣阻挡, 发生一个返折波 因此在降中峡的后面形成一个短暂向上的小波, 称为降中波 动脉脉搏波形中下降支的形状可大致反映外周阻力的高低 外周阻力高时, 脉搏波降支的下降速率较慢, 切迹的位置较高 如果外周阻力较低, 则下降支的下降速率较快, 切迹位置较低 切迹以后下降支的坡度小, 较为平坦 主动脉瓣关闭不全时, 心舒期有部分血液倒流入心室, 故下降支很陡, 降中波不明显或者消失 在有些心血管系统疾病时, 脉搏图的波形和幅度可发生明显的改变 例如, 大动脉的顺应性减小时, 弹性贮器作用减弱, 动脉血压的波动幅度增大, 脉搏波上升支的斜率和幅度也加大 ; 主动脉瓣狭窄时, 射血阻力大, 脉搏波上升支的斜率和幅度都较小 ; 在主动脉瓣关闭不全时, 心舒期主动脉内的血液向心室返流, 主动脉内压急剧降低至接近室内压 ; 而在心缩期, 每搏输出量则明显增加, 所以脉搏波的幅度明显增大, 降支不出现降中峡 2. 动脉脉搏波的传播速度动脉脉搏可以沿着动脉管壁向外周血管传播, 其传播的速度远较血流的速度为快 一般说来, 动脉管壁的顺应性越大, 脉搏波的传播速度就越慢 由于主动脉的顺应性最大, 故脉搏波在主动脉的传播速度最慢, 约 3~5m/s, 在大动脉的传播速度约为 7~10m/s, 到小动脉可加快到 15~35m/s 老年人主动脉管壁的顺应性减小, 脉搏波的传播速度可增加到大约 10m/s 由于小动脉和微动脉对血流的阻力很大, 故在微动脉段以后脉搏波动即大大减弱 到毛细血管, 脉搏已基本消失 四 静脉血压和静脉回心血量静脉在功能上不仅仅是作为血液回流入心脏的通道, 由于整个静脉系统的容量大, 而且静脉容易被扩张, 又能够收缩, 因此静脉起着血液贮存库的作用 静脉的收缩或舒张可有效地调节回心血量和心输出量, 使血液循环能够适应机体在各种生理状态时的需要 ( 一 ) 静脉血压当体循环血液经过动脉和毛细血管到达微静脉时, 血压下降至 15~20mmHg 右心房作为体循环的终点, 血压最低, 接近于零 通常将右心房和胸腔内大静脉的血压称为中心静脉压 (central venous pressure), 而各器官静脉的血压称为外周静脉压 中心静脉压的高低取决于心脏射血能力与静脉回心血量之间的相互关系 如心脏射血能力强, 能及时将回流入心脏的血液射入动脉, 中心静脉压就较低 反之, 心脏射血能力减弱时, 中心静脉压就升高 另一方面, 如果静脉回流速度加快, 中心静脉压也会升高 因此, 在血量增加, 全身静脉收缩, 或因微动脉舒张而使外周静脉压升高等情况下, 中心静脉压都可能升高 可见, 中心静脉压是反映心血管功能的又一指标 临床上在用输液治疗休克时, 除需观察动脉血压变化外, 还要观察中心静脉压的变化 中心静脉压的数值较低, 故常常以厘米水柱为单位, 其正常变动范围为 4~12cm H 2 O(1cmH 2 O = 98 Pa) 如果中心静脉压偏低或有下降趋势, 常提示输液量不足 ; 如果中心静脉压高于正常并有进行性升高的趋势, 则提示输液过快或心脏射血功能不全 当心脏射血功能减弱而使中心静脉压升高时, 静脉回流将会减慢, 较多的血液滞留

34 在外周静脉内, 故外周静脉压升高 静脉脉搏动脉脉搏在到达毛细血管时已经消失, 因此外周静脉没有脉搏波动 但是右心房在心动周期中的血压波动可以逆向传递到与心房相连续的大静脉, 引起这些大静脉的周期性压力和容积变化, 形成静脉脉搏 由于引起搏动的原因不同, 故大静脉的脉搏波形和动脉脉搏的波形完全不同 正常情况下, 静脉脉搏不很明显 但在心力衰竭, 静脉压升高, 右心房内的压力波动较容易传递至大静脉, 故在心力衰竭病人的颈部常可见到较明显的静脉搏动 ( 二 ) 重力对静脉压的影响血管系统内的血液因受地球重力场的影响, 产生一定的静水压 因此, 各部分血管的血压除由于心脏作功形成以外, 还要加上该部分血管的静水压 各部分血管的静水压的高低取决于人体所取的体位 在平卧时, 身体各部分血管的位置大致都处在和心脏相同的水平, 故静水压也大致相同 但当人体从平卧转为直立时, 足部血管内的血压比卧位时高 其增高的部分相当于从足至心脏这样一段血柱高度形成的静水压, 约 90 mmhg, 见图

35 图 直立体位对肢体动脉和静脉血压的影响 (1 mmhg = kpa) 而在心脏水平以上的部分, 血管内的压力较平卧时为低, 例如颅顶脑膜矢状窦内压可降 至 -10mmHg 重力形成的静水压的高低, 对于处在同一水平上的动脉和静脉是相同的, 但 是它对静脉功能的影响远比对动脉功能的影响大 因为静脉较动脉有一明显的特点, 即有较

36 大的可扩张性 (distensibility) 血管的可扩张性是指血管壁内外的压力差 ( 称跨壁压 ) 每改变 1mmHg 时血管容积变化的百分数, 可用下式表示 : D = V P V 0 式中 D 为可扩张性, V 为血管容积的变化值, P 为跨壁压的变化值,V 0 为血管的初始容积 可见, 血管的可扩张性与顺应性的概念有所区别, 可扩张性等于顺应性除以血管的初始容积 血管的跨壁压即血管内血液对管壁的压力和血管外组织对管壁的压力之差 一定的跨壁压是保持血管充盈膨胀的必要条件 跨壁压减小到一定程度, 血管就不能保持充盈膨胀, 即发生塌陷, 此时静脉的容积也减小 ; 当跨壁压增大时, 静脉就充盈, 容积增大 当人在直立时, 足部的静脉充盈饱满, 而颈部的静脉则塌陷 静脉的这一特性在人类特别值得注意 因为当人在起立时, 身体中大多数容量血管都处于心脏水平之下, 由于身体低垂部分的静脉充盈扩张, 可比在卧位时多容纳 400~600ml 血液, 这部分血液主要来自胸腔内的血管 这样就造成体内各部分器官之间血量的重新分配, 并导致暂时的回心血量减少, 每搏输出量减少和收缩压降低 这些变化会发动神经和体液的调节机制, 使骨骼肌 皮肤和肾 腹腔内脏的阻力血管收缩以及心率加快, 故动脉血压可以很快恢复 许多动物由于四足站地, 多数容量血管都处于心脏水平以上, 故体位改变时血量分配的变化不像在人类中那样明显 ( 三 ) 静脉血流 1. 静脉对血流的阻力单位时间内由静脉回流入心脏的血量与心输出量相等 在静脉系统中, 由微静脉至右心房的压力降落仅约 15mmHg 可见静脉对血流的阻力很小, 约占整个体循环总阻力的 15% 微静脉在功能上是毛细血管后阻力血管 毛细血管后阻力 (postcapillary resistance) 的改变可影响毛细血管血压, 因为后者的高低取决于毛细血管前阻力 (precapillary resistance) 和毛细血管后阻力的比值 微静脉收缩, 使毛细血管后阻力升高, 如果毛细血管前阻力不变, 则毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值变小, 于是毛细血管血压升高, 组织液的生成增多 ( 见后 ) 因此, 机体可通过对微静脉收缩状态的调节来控制血液和组织液之间的液体交换, 并间接地调节循环血量 前面提到, 静脉的跨壁压改变时可改变静脉的扩张状态, 从而也改变静脉对血流的阻力 大静脉在处于扩张状态时, 对血流的阻力很小 ; 但当管壁塌陷时, 因其管腔截面由圆形变成椭圆形, 截面积减小, 因此对血流的阻力增大 另外, 血管周围组织对静脉的压迫也可增加静脉对血流的阻力 例如锁骨下静脉在跨越第一肋骨处受肋骨的压迫 ; 颈部皮下的颈外静脉直接受外界大气的压迫 ; 腹腔内的大静脉受腹腔器官的压迫等等 位于胸腔内的大静脉则因受胸膜腔内负压的作用, 跨壁压较大, 一般不会塌陷 颅腔 脊柱 骨和肝 脾等器官内的静脉, 因受到血管周围结缔组织的支持, 也不会塌陷 2. 静脉回心血量及其影响因素单位时间内的静脉回心血量取决于外周静脉压和中心静脉压的差, 以及静脉对血流的阻力 故凡能影响外周静脉压 中心静脉压以及静脉阻力的因素, 都能影响静脉回心血量 (1) 体循环平均充盈压 : 体循环平均充盈压是反映血管系统充盈程度的指标 实验证明, 血管系统内血液充盈程度愈高, 静脉回心血量也就愈多 当血量增加或容量血管收缩时, 体循环平均充盈压升高, 静脉回心血量也就增多 反之, 血量减少或容量血管舒张时, 体循环平均充盈压降低, 静脉回心血量减少 (2) 心脏收缩力量 : 心脏收缩时将血液射入动脉, 舒张时则可从静脉抽吸血液 如果心脏收缩力量强, 射血时心室排空较完全, 在心舒期心室内压就较低, 对心房和大静脉内血液的抽吸力量也就较大 右心衰竭时射血力量显著减弱, 心舒期右心室内压较高, 血液淤积在

37 右心房和大静脉内, 回心血量大大减少 患者可出现颈外静脉怒张, 肝充血肿大, 下肢浮肿等体征 左心衰竭时左心房压和肺静脉升高, 造成肺淤血和肺水肿 (3) 体位改变 : 当人体从卧位变为立位时, 身体低垂部分的静脉因跨壁压增大而扩张, 容纳的血量增多, 故回心血量减少 站立时下肢静脉容纳血量增加的程度可受到若干因素的限制, 例如下肢静脉内的静脉瓣, 以及下面将叙述的下肢肌肉收缩运动和呼吸运动等 下肢静脉瓣膜受损的人, 常不能长久站立 即使在正常人, 如长久站立不动, 也会导致回心血量减少, 动脉血压降低 体位改变对静脉回心血量的影响, 在高温环境中更加明显 在高温环境中, 皮肤血管舒张, 皮肤血管中容纳的血量增多 因此, 如果人在高温环境中长时间站立不动, 回心血量就会明显减少, 导致心输出量减少和脑血供不足, 可引起头晕甚至昏厥 长期卧床的病人, 静脉管壁的紧张性较低, 可扩张性较高, 加之腹壁和下肢肌肉的收缩力量减弱, 对静脉的挤压作用减小, 故由平卧位突然站起来时, 可因大量血液积滞在下肢, 回心血量过少而发生昏厥 (4) 骨骼肌的挤压作用 : 人体在站立位的情况下, 如果下肢进行肌肉运动, 肌肉收缩可对肌肉内和肌肉间的静脉发生挤压, 使静脉血流加快 ; 另一方面, 因静脉内有瓣膜存在, 使静脉内的血液只能向心脏方向流动而不能倒流 这样, 骨骼肌和静脉瓣膜一起, 对静脉回流起着 泵 的作用, 称为 静脉泵 或 肌肉泵 下肢肌肉进行节律性舒缩活动时, 例如步行, 肌肉泵的作用就能很好地发挥 因为当肌肉收缩时, 可将静脉内的血液挤向心脏, 当肌肉舒张时, 静脉内压力降低, 有利于微静脉和毛细血管内的血液流入静脉, 使静脉充盈 肌肉泵的这种作用, 对于在立体情况下降低下肢静脉压和减少血液在下肢静脉内潴留有十分重要的生理意义 例如, 在站立不动时, 足部的静脉压为 90mmHg, 而在步行时则降低至 25mmHg 以下 在跑步时, 两下肢肌肉泵每分钟挤出的血液可达数升 在这种情况下, 下肢肌肉泵的作功在相当程度上加速了全身的血液循环, 对心脏泵血起辅助作用 但是, 如果肌肉不是作节律性的舒缩, 而是维持在紧张收缩状态, 则静脉持续受压, 静脉回流反而减少 (5) 呼吸运动 : 呼吸运动也能影响静脉回流 胸膜腔内压是低于大气压的, 称为胸膜腔负压 由于胸膜腔内压为负压, 故胸腔内大静脉的跨壁压较大, 经常处于充盈扩张状态 在吸气时, 胸腔容积加大, 胸膜腔负压值进一步增大, 使胸腔内的大静脉和右心房更加扩张, 压力也进一步降低, 因此有利于外周静脉内的血液回流至右心房 由于回心血量增加, 心输出量也相应增加 呼气时, 胸膜腔负压值减小, 由静脉回流入右心房的血量也相应减少 可见, 呼吸运动对静脉回流也起着 泵 的作用 有些人在站立时呼吸加深, 显然可以促进身体低垂部分的静脉血液回流 需要指出, 呼吸运动对肺循环静脉回流的影响和对体循环的影响不同 吸气时, 随着肺的扩张, 肺部的血管容积显著增大, 能贮留较多的血液, 故由肺静脉回流至左心房的血量减少, 左心室的输出量也相应减少 呼气时的情况则相反 五 微循环微循环 (microcirculation) 是指微动脉和微静脉之间的血液循环 血液循环最根本的功能是进行血液和组织之间的物质交换, 这一功能就是在微循环部分实现的 ( 一 ) 微循环的组成各器官 组织的结构和功能不同, 微循环的结构也不同 人手指甲皱皮肤的微循环形态比较简单, 微动脉和微静脉之间仅由呈袢状的毛细血管相连 骨骼肌和肠系膜的微循环形态则比较复杂 典型的微循环由微动脉 后微动脉 毛细血管前括约肌 真毛细血管 通血毛细血管 ( 或称直捷通路 ) 动- 静脉吻合支和微静脉等部分组成 图 是一个典型的微循环单元

38 图 肠系膜微循环模式图 微动脉管壁有环行的平滑肌, 其收缩和舒张可控制微血管的血流量 微动脉分支成为管径更细的后微动脉 (metarteriole) 每根后微动脉向一根至数根真毛细血管供血 真毛细血管通常从后微动脉以直角方向分出 在真毛细血管起始端通常有 1~2 个平滑肌细胞形成一个环, 即毛细血管前括约肌 该括约肌的收缩状态决定进入真毛细血管的血流量 毛细血管的血液经微静脉进入静脉 最细的微静脉管径不超过 20~30 m 管壁没有平滑肌, 在功能上属于交换血管 较大的微静脉管壁有平滑肌, 在功能上属于毛细血管后阻力血管 微静脉的舒缩状态可影响毛细血管血压, 从而影响毛细血管处的液体交换和静脉回心血量 另外, 微动脉和微静脉之间还可通过直捷通路和动 - 静脉短路发生沟通 直捷通路 (thoroughfare channel) 是指血液从微动脉经后微动脉和通血毛细血管进入微静脉的通路 通血毛细血管是后微动脉的直接延伸, 其管壁平滑肌逐渐稀少以至消失 直捷通路经常处于开放状态, 血流速度较快, 其主要功能并不是物质交换, 而是使一部分血液能迅速通过微循环而进入静脉 直捷通路在骨骼肌组织的微循环中较为多见 动 - 静脉短路 (arteriovenous shunt) 是吻合微动脉和微静脉的通道, 其管壁结构类似微动脉 在人体某些部分的皮肤和皮下组织, 特别是手指 足趾 耳廓等处, 这类通路较多 动 - 静脉吻合支在功能上不是进行物质交换, 而是在体温调节中发挥作用 当环境温度升高时, 动 - 静脉吻合支开放增多, 皮肤血流量增加, 皮肤温度升高, 有利于发散身体热量 环境温度低时, 则动 - 静脉短路关闭, 皮肤血流量减少, 有利于保存体热 动 - 静脉短路开放, 会相对地减少组织对血液中氧的摄取 在某些病理状态下, 例如感染性和中毒性休克时, 动 - 静脉短路大量开放, 可加重组织的缺氧状况 ( 二 ) 毛细血管壁的结构和通透性 毛细血管壁由单层内皮细胞构成, 外面有基膜包围, 总的厚度约 0.5 m, 在细胞核的部分稍厚 内皮细胞之间相互连接处存在着细微的裂隙, 成为沟通毛细血管内外的孔道 ( 图 )

39 图 毛细血管壁亚显微结构示意图 人体各种组织中毛细血管的通透性是不同的 例如, 肝脏内的毛细血管壁的裂隙较大, 白蛋白分子可自由通过 在脑, 毛细血管内皮细胞之间以紧密连接封闭, 水和脂溶性分子可通过内皮细胞, 但是许多离子和非脂溶性小分子则必须由特异的载体转运 ( 三 ) 毛细血管的数量和交换面积有人粗略估计, 人体全身约有 400 亿根毛细血管 不同器官组织中毛细血管的密度有很大差异, 例如在心肌 脑 肝 肾, 毛细血管的密度为每立方毫米组织 2500~3000 根 ; 骨骼肌为每立方毫米组织 100~400 根 ; 骨 脂肪 结缔组织中毛细血管密度较低 假设毛细血管的平均半径为 3 m, 平均长度为 750 m, 则每根毛细血管的表面积约为 m 2 由于微静脉的起始段也有交换功能, 故估计每根毛细血管的有效交换面积为 m 2 由此可以估计全身毛细血管 ( 包括有交换功能的微静脉 ) 总的有效交换面积将近 1000m 2 ( 四 ) 微循环的血流动力学微循环中的血流一般为层流 血液在流经微循环血管网时血压逐渐降低 在直径为 8~ 40 m 的微动脉处, 对血流的阻力最大, 血压降落也最大 正常情况下, 毛细血管的动脉端的血压约 30~40mmHg, 毛细血管中段血压约 25 mmhg, 毛细血管静脉端约 10~15mmHg 毛细血管血压的高低取决于毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值 一般说来, 当这一比例为 5:1 时, 毛细血管的平均血压约为 20mmHg 这一比值增大时, 毛细血管血压就降低 ; 比值变小时毛细血管血压升高 某一组织中微循环的血流量与微动脉和微静脉之间的血压差成正比, 与微循环中总的血流阻力成反比 由于在总的血流阻力中微动脉处的阻力占较大比例, 故微动脉的阻力对血流量的控制起主要作用 测量一个器官的血流量时, 常可见到在一定时间内其血流量是稳定的 但如果在显微镜下观察微循环中单个血细胞的移动速度, 则可看到在同一时间内不同微血管中的流速有很大差别, 而且同一血管内血流的速度在不同时间也有较大变化 其原因是由于后微动脉和毛细血管前括约肌不断发生每分钟约 5~10 次的交替性收缩和舒张, 称为血管舒缩活动 (vasomotion) 后微动脉和毛细血管前括约肌收缩时, 其后的真毛细血管网关闭, 舒张时

40 真毛细血管网开放 在安静状态下, 骨骼肌组织中在同一时间内只有 20%~35% 的真毛细血管处于开放状态 血管舒缩活动主要与局部组织的代谢活动有关 毛细血管关闭时, 该毛细血管周围组织中代谢产物积聚, 氧分压降低 代谢产物和低氧都能导致局部的后微动脉和毛细血管前括约肌舒张, 于是毛细血管开放, 局部组织内积聚的代谢产物被血流清除, 随后, 后微动脉和毛细血管前括约肌又收缩, 使毛细血管关闭 如此周而复始 当组织代谢活动加强时, 愈来愈多的后微动脉和毛细血管前括约肌发生舒张, 使愈来愈多的毛细血管处于开放状态, 从而使血液和组织 细胞之间发生交换的面积增大, 交换的距离缩短 因此, 微循环的血流量是和组织的代谢活动水平相适应的 ( 五 ) 血液和组织液之间的物质交换组织 细胞之间的空间称为组织间隙, 其中为组织液所充满 组织液是组织 细胞直接所处的环境 组织 细胞通过细胞膜与组织液发生物质交换 组织液与血液之间则通过毛细血管壁进行物质交换 因此, 组织 细胞和血液之间的物质交换需通过组织液作为中介 血液和组织液之间的物质交换主要是通过以下几种方式进行的 : 1. 扩散扩散 (diffusion) 是指液体中溶质分子的热运动, 是血液和组织液之间进行物质交换的最主要的方式 毛细血管内外液体中的分子, 只要其直径小于毛细血管壁的孔隙, 就能通过管壁进行扩散运动 分子运动是可以向各个不同方向进行的杂乱运动, 故当血液流经毛细血管时, 血液内的溶质分子可以扩散入组织液, 组织液内的溶质分子也可以扩散入血液 对于某一物质来说, 其通过毛细血管壁进行的扩散的驱动力是该物质在管壁两侧的浓度差, 既从浓度高的一侧向浓度低的一侧发生净移动 溶质分子在单位时间内通过毛细血管壁进行扩散的速率与该溶质分子在血浆和组织液中的浓度差 毛细血管壁对该溶质分子的通透性 毛细血管壁的有效交换面积等因素成正比, 与毛细血管壁的厚度 ( 即扩散距离 ) 成反比 对于非脂溶性物质, 毛细血管壁的通透性 ( 紧密连接内皮除外 ) 与溶质分子的大小有关, 分子愈小, 通透性愈大 毛细血管壁孔隙的总面积虽仅占毛细血管壁总面积的约千分之一, 但由于分子运动的速度高于毛细血管血流速度数十倍, 故血液在流经毛细血管时, 血浆和组织液中的溶质分子仍有足够的时间进行扩散交换 脂溶性物质如 O 2 CO 2 等可直接通过内皮细胞进行扩散, 因此整个毛细血管壁都成为扩散面, 单位时间内扩散的速率更高 2. 滤过和重吸收当毛细血管壁两侧的静水压不等时, 水分子就会通过毛细血管壁从压力高的一侧向压力低的一侧移动 水中的溶质分子, 如其分子直径小于毛细血管壁的孔隙, 也能随同水分子一起滤过 另外, 当毛细血管壁两侧的渗透压不等时, 可以导致水分子从渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动 由于血浆蛋白质等胶体物质较难通过毛细血管壁的孔隙, 因此血浆的胶体渗透压能限制血浆的水分子向毛细血管外移动 ; 同样, 组织液的胶体渗透压则限制组织液的水分子向毛细血管内移动 在生理学中, 将由于管壁两侧静水压和胶体渗透压的差异而引起的液体由毛细血管内向毛细血管外的移动称为滤过 (filtration), 而将液体向相反方向的移动称为重吸收 (reabsorption) 血液和组织液之间通过滤过和重吸收方式发生的物质交换, 和通过扩散方式发生的物质交换相比, 仅占很小一部分, 但在组织液的生成中起重要的作用 3. 吞饮在毛细血管内皮细胞一侧的液体可被内皮细胞膜包围并吞饮 (pinocytosis) 入细胞内, 形成吞饮囊泡 囊泡被运送至细胞的另一侧, 并被排出至细胞外 因此这也是血液和组织液之间通过毛细血管壁进行物质交换的一种方式 一般认为, 较大的分子如血浆蛋白等可以由这种方式通过毛细血管壁进行交换 六 组织液的生成组织液存在于组织 细胞的间隙内, 绝大部分呈胶冻状, 不能自由流动, 因此不会因重力作用而流至身体的低垂部分 将注射针头插入组织间隙内, 也不能抽出组织液 组织液凝

41 胶的基质是胶原纤维和透明质酸细丝 组织液中有极小一部分呈液态, 可自由流动 组织液中各种离子成分与血浆相同 组织液中各种离子成分与血浆相同 组织液中也存在各种血浆蛋白质, 但其浓度明显低于血浆 ( 一 ) 组织液的生成组织液是血浆滤过毛细血管壁而形成的 液体通过毛细血管壁的滤过和重吸收取决于四个因素 : 即毛细血管血压 (P c ), 组织液静水压 (P if ), 血浆胶体渗透压 (π p ) 和组织液胶体渗透压 (π if ) 其中,P c 和 π if 是促使液体由毛细血管内向血管外滤过的力量, 而 π p 和 P if 是将液体从血管外重吸收入毛细血管内的力量 滤过的力量 ( 即 P c +π if ) 和重吸收的力量 ( 即 π p +P if ) 之差, 称为有效滤过压 (effective filtration pressure) 单位时间内通过毛细血管壁滤过的液体量 V 等于有效滤过压与滤过系数 K f 的乘积, 即 V = K f [(P c +π if )-(π p +P if )] 滤过系数的大小取决于毛细血管壁对液体的通透性和滤过面积 以图 所假设的各种压力数值为例, 可见在毛细血管动脉端的有效滤过压为正值, 液体滤出毛细血管 ; 而在毛细血管静脉端的有效滤过压为负值, 故发生重吸收 总的说来, 流经毛细血管的血浆, 约有 0.5%~2% 在毛细血管动脉端以滤过的方式进入组织间隙, 其中约 90% 在静脉端被重吸收回血液, 其余约 10%( 包括滤过的白蛋白分子 ) 进入毛细淋巴管, 成为淋巴液 图 组织液生成与回流示意图 + 代表使液体滤出毛细血管的力量 - 代表使液体吸收回毛细血管的力量 (1 mmhg = kpa) ( 二 ) 影响组织液生成的因素在正常情况下, 组织液不断生成, 又不断被重吸收, 保持动态平衡, 故血量和组织液量能维持相对稳定 如果这种动态平衡遭到破坏, 发生组织液生成过多或重吸收减少, 组织间隙中就有过多的液体潴留, 形成组织水肿 上述决定有效滤过压的各种因素, 如毛细血管血压升高和血浆胶体渗透压降低时, 都会使组织液生成增多, 甚至引起水肿 静脉回流受阻时, 毛细血管血压升高, 组织液生成也会增加 淋巴回流受阻时, 组织间隙内组织液积聚, 可导致组织水肿 此外, 在某些病理情况下, 毛细血管壁的通透性增高, 一部分血浆蛋白质也可滤过进入组织液, 使组织液胶体渗透压升高, 故组织液生成增多, 发生水肿

42 七 淋巴液的生成和回流淋巴管系统是组织液向血液回流的一个重要的辅助系统 毛细淋巴管以稍膨大的盲端起始于组织间隙, 彼此吻合成网, 并逐渐汇合成大的淋巴管 全身的淋巴液经淋巴管收集, 最后由右淋巴导管和胸导管导入静脉 ( 一 ) 淋巴液的生成组织液进入淋巴管, 即成为淋巴液 因此, 来自某一组织的淋巴液的成分和该组织的组织液非常接近 在毛细淋巴管起始端, 内皮细胞的边缘像瓦片般互相覆盖, 形成向管腔内开启的单向活瓣 另外, 当组织液积聚在组织间隙内时, 组织中的胶原纤维和毛细淋巴管之间的胶原细丝可以将互相重叠的内皮细胞边缘拉开, 使内皮细胞之间出现较大的缝隙 因此, 组织液包括其中的血浆蛋白质分子可以自由地进入毛细淋巴管 正常成人在安静状态下大约每小时有 120ml 淋巴液进入血液循环, 其中约 100ml 经由胸导管,20ml 经由右淋巴导管进入血液 粗略估算, 每天生成的淋巴液总量约为 2~4L 大致相当于全身的血浆总量 组织液和毛细淋巴管内淋巴液之间的压力差是组织液进入淋巴管的动力 组织液压力升高时, 能加快淋巴液的生成速度 ( 二 ) 淋巴液的回流及影响淋巴液回流的因素毛细淋巴管汇合形成集合淋巴管 后者的管壁中有平滑肌, 可以收缩 另外, 淋巴管中有瓣膜, 故淋巴液不能倒流 淋巴管壁平滑肌的收缩活动和瓣膜共同构成 淋巴管泵, 能推动淋巴流动 淋巴管周围组织对淋巴管的压迫也能推动淋巴流动, 例如肌肉收缩, 相邻动脉的搏动, 以及外部物体对身体组织的压迫和按摩等等 凡能增加淋巴生成的因素也都能增加淋巴液的回流量 淋巴液回流的生理功能, 主要是将组织液中的蛋白质分子带回至血液中, 并且能清除组织液中不能被毛细血管得吸收的较大的分子以及组织中的红细胞和细菌等 小肠绒毛的毛细淋巴管对营养物质特别是脂肪的吸收起重要的作用 由肠道吸收的脂肪的 80%~90% 是经过这一途径被输送入血液的, 因此小肠的淋巴呈乳糜状 第四节心血管活动的调节 人体在不同的生理状况下, 各器官组织的代谢水平不同, 对血流量的需要也不同 机体的神经和体液机制可对心脏和各部分血管的活动进行调节, 使血流量在各器官之间的分配能适应各器官组织在不同情况下的需要 一 神经调节心肌和血管平滑肌接受自主神经支配 机体对心血管活动的神经调节是通过各种心血管反射实现的 ( 一 ) 心脏和血管的神经支配 1. 心脏的神经支配支配心脏的传出神经为心交感神经和心迷走神经 (1) 心交感神经及其作用 : 心交感神经的节前神经元位于脊髓第 1~5 胸段的中间外侧柱, 其轴突末梢释放的递质为乙酰胆碱, 后者能激活节后神经元膜上的 N 型胆碱能受体 心交感节后神经元位于星状神经节或颈交感神经节内 节后神经元的轴突组成心脏神经丛, 支配心脏各个部分, 包括窦房结 房室交界 房室束 心房肌和心室肌 在动物实验中看到, 两侧心交感神经对心脏的支配有所差别 支配窦房结的交感纤维主要来自右侧心交感神经, 支配房室交界的交感纤维主要来自左侧心交感神经 在功能上, 右

43 侧心交感神经兴奋时以引起心率加快的效应为主, 而左侧心交感神经兴奋则以加强心肌收缩 能力的效应为主 心交感节后神经元末梢释放的递质为去甲肾上腺素 (norepinephrine), 可导致心率加快, 房室交界的传导加快, 心房肌和心室肌的收缩能力加强 这些效应分别称为正性变时作用 (positive chronotropic action) 正性变传导作用 (positive dromotropic action) 和正性变力作 用 (positive inotropic action) 刺激心交感神经可使心缩期缩短, 收缩期室内压上升的速度 加大, 室内压峰值增高, 心舒早期室内压下降的速率加大 这些变化还有利于心室在舒张期 的充盈 交感神经末梢释放的去甲肾上腺素和循环血液中的儿茶酚胺都能作用于心肌细胞膜 上的 肾上腺素能受体, 从而激活腺苷酸环化酶, 使细胞内 camp 的浓度升高, 继而激活蛋 白激酶和细胞内蛋白质的磷酸化过程, 使心肌膜上的钙通道激活, 故在心肌动作电位平台期 Ca 2+ 的内流增加, 细胞内肌浆网释放的 Ca 2+ 也增加, 其最终效应是心肌收缩能力增强, 每搏作功增加 同时, 去甲肾上腺素又能促使肌钙蛋白对 Ca 2+ 的释放和加速肌浆网对 Ca 2+ 的摄 取, 故能加速心肌舒张 另外, 交感神经兴奋引起的正性变传导作用还可使心室各部分肌纤 维的收缩更趋同步化, 这也有利于心肌收缩力的加强 对于自律细胞, 去甲肾上腺素能加强 4 期的内向电流 I f, 使自动除极速率加快, 窦房结的自律性变高, 心率加快 在房室交界, 去甲肾上腺素能增加细胞膜上 Ca 2+ 通道开放的概率和 Ca 2+ 的内流, 使慢反应细胞 0 期动作 电位的上升幅度增大, 除极加快, 房室传导时间缩短 (2) 心迷走神经及其作用 : 支配心脏的副交感神经节前纤维行走于迷走神经干中 这些 节前神经元的细胞体位于延髓的迷走神经背核和疑核, 在不同的动物中有种间差异 在胸腔 内, 心迷走神经纤维和心交感神经一起组成心脏神经丛, 并和交感纤维伴行进入心脏, 与心 内神经节细胞发生突触联系 心迷走神经的节前和节后神经元都是胆碱能神经元 节后神经 纤维支配窦房结 心房肌 房室交界 房室束及其分支 心室肌也有迷走神经支配, 但纤维 末梢的数量远较心房肌中为少 两侧心迷走神经对心脏的支配也有差别, 但不如两侧心交感 神经支配的差别显著 右侧迷走神经对窦房结的影响占优势 ; 左侧迷走神经对房室交界的作 用占优势 心迷走神经节后纤维末梢释放的递质乙酰胆碱 (acetylcholine) 作用于心脏, 可导致心 率减慢, 心房肌收缩能力减弱, 心房肌不应期缩短, 房室传导速度减慢, 即具有负性变时 变力和变传导作用 刺激迷走神经时也能使心室肌收缩减弱, 但其效应不如对心房肌明显 迷走神经减弱心肌收缩能力的机制是由于其末梢释放的乙酰胆碱作用于心肌 M 胆碱能受体 后, 可抑制腺苷酸环化酶, 因此细胞内 camp 浓度降低, 肌浆网释放 Ca 2+ 减少 对于窦房 结细胞, 乙酰胆碱和细胞膜上的 M 受体结合后, 能通过一种 G K 蛋白激活细胞膜上的一种钾 通道 (I KAch 通道 ), 使 K + 由细胞内流向膜外, 于是最大复极电位变得更负, 故自动除极到达 阈电位所需的时间变长, 窦房结的自律性降低, 心率减慢 此外, 乙酰胆碱还能抑制 4 期的 内向电流 I f, 也可导致心率减慢 乙酰胆碱除了能抑制钙通道, 减少内向钙流外, 还可激活 一氧化氮合成酶, 使细胞内 cgmp 增多, 后者可使钙通道开放的概率变小, 减少钙的内流, 使房室交界处的慢反应细胞除极的动作电位上升幅度减小, 上升速率减慢, 故房室传导速度 减慢 (3) 支配心脏的肽能神经元 : 用免疫细胞化学方法证明, 心脏中存在多种肽类神经纤维, 它们释放的递质有神经肽 Y 血管活性肠肽 降钙素基因相关肽 阿片肽等 现已知一些肽 类递质可与其他递质, 如单胺和乙酰胆碱, 共存在于同一神经元内, 并共同释放 目前对于 分布在心脏的肽能神经元的生理功能还不完全清楚, 但心脏内肽能神经纤维的存在说明这些 肽类递质也可能参与对心肌和冠状血管活动的调节 例如血管活性肠肽对心肌有正性变力作 用和舒张冠状血管的作用, 降钙素基因相关肽有加快心率的作用等 2. 血管的神经支配除真毛细血管外, 血管壁都有平滑肌分布 绝大多数血管平滑肌

44 都受自主神经支配, 它们的活动受神经调节 毛细血管前括约肌上神经分布很少, 其舒缩活动主要受局部组织代谢产物影响 支配血管平滑肌的神经纤维可分为缩血管神经纤维 (vasoconstrictor fiber) 和舒血管神经纤维 (vasodilator fiber) 两大类, 二者又统称为血管运动神经纤维 (1) 缩血管神经纤维 : 缩血管神经纤维都是交感神经纤维, 故一般称为交感缩血管纤维, 其节前神经元位于脊髓胸 腰段的中间外侧柱内, 末梢释放的递质为乙酰胆碱 ; 节后神经元位于椎旁和椎前神经节内, 末梢释放的递质为去甲肾上腺素 血管平滑肌细胞有 和 两类肾上腺素能受体 去甲肾上腺素与 肾上腺素能受体结合, 可导致血管平滑肌收缩 ; 与 肾上腺素能受体结合, 则导致血管平滑肌舒张 去甲肾上腺素与 肾上腺素能受体结合的能力较与 受体结合的能力强, 故缩血管纤维兴奋时引起缩血管效应 体内几乎所有血管的平滑肌都受交感缩血管纤维支配, 但不同部位的血管中缩血管纤维分布的密度不同 皮肤血管中缩血管纤维分布最密, 骨骼肌和内脏的血管次之, 冠状血管和脑血管中分布较少 在同一器官中, 动脉中缩血管纤维的密度高于静脉, 微动脉中密度最高, 但毛细血管前括约肌中神经纤维分布很少 人体内多数血管只接受交感缩血管纤维的单一神经支配 在安静状态下, 交感缩血管纤维持续发放约 1~3 次 / 秒的低频冲动, 称为交感缩血管紧张 (vasomotor tone), 这种紧张性活动使血管平滑肌保持一定程度的收缩状态 当交感缩血管紧张增强时, 血管平滑肌进一步收缩 ; 交感缩血管紧张减弱时, 血管平滑肌收缩程度减低, 故血管舒张 在不同的生理状况下, 交感缩血管纤维的放电频率在每秒低于 1 次至每秒 8~10 次的范围内变动 这一变动范围足以使血管口径在很大范围内发生变化, 从而调节不同器官的血流阻力和血流量 当支配某一器官血管床的交感缩血管纤维兴奋时, 可引起该器官血管床的血流阻力增高, 血流量减少 ; 同时该器官毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值增大, 使毛细血管血压降低, 组织液的生成减少而有利于重吸收 ; 此外, 该器官血管床的容量血管收缩, 器官内的血容量减少 近年来, 用免疫细胞化学等方法证明, 缩血管纤维中有神经肽 Y 与去甲肾腺素共存, 神经兴奋时二者可共同释放 神经肽 Y 具有极强烈的缩血管效应 (2) 舒血管神经纤维 : 体内有一部分血管除接受缩血管纤维支配上, 还接受舒血管纤维支配 舒血管神经纤维主要有以下几种 : 1) 交感舒血管神经纤维 : 有些动物如狗和猫, 支配骨骼肌微动脉的交感神经中除有缩血管纤维外, 还有舒血管纤维 交感舒血管纤维末梢释放的递质为乙酰胆碱, 阿托品可阻断其效应 交感舒血管纤维在平时没有紧张性活动, 只有在动物处于情绪激动状态和发生防御反应时才发放冲动, 使骨骼肌血管舒张, 血流量增多 在人体内可能也有交感舒血管纤维存在 2) 副交感舒血管神经纤维 : 少数器官如脑膜 唾液腺 胃肠道的外分泌腺和外生殖器等, 其血管平滑肌除接受交感缩血管纤维支配外, 还接受副交感舒血管纤维支配 例如面神经中有支配软脑膜血管的副交感纤维, 迷走神经中有支配肝脏血管的副交感纤维, 盆神经中有支配盆腔器官和外生殖器血管的副交感纤维等等 副交感舒血管纤维末梢释放的递质为乙酰胆碱, 后者与血管平滑肌的 M 型胆碱能受体结合, 引起血管舒张 副交感舒血管纤维的活动主要对所支配的器官组织的局部血流起调节作用, 对循环系统总外周阻力的影响很小 3) 脊髓背根舒血管纤维 : 皮肤伤害性感觉传入纤维在外周末梢处可发生分支 当皮肤受到伤害性刺激时, 感觉冲动一方面沿传入纤维向中枢传导, 另一方面可在末梢分叉处沿其他分支到达受刺激部位邻近的微动脉, 使微动脉舒张, 局部皮肤出现红晕 这种仅通过轴突外周部位完全的反应, 称为轴突反射 (axon reflex) 这种神经纤维也称背根舒血管纤维, 其释放的递质还不很清楚, 有人认为是 P 物质 (substance P), 也有人认为可能是组胺或 ATP 近年来用免疫细胞化学方法证明, 脊神经节感觉神经元中有降钙素基因相关肽 (calcitonin

45 gene-related peptide, CGRP) 与 P 物质共存 ; 另外, 在许多血管周围常可看到有降钙素基因相关肽神经纤维分布 降钙素基因相关肽有强烈的舒血管效应, 故有人认为这种多肽可能是引起轴突反射舒血管效应的递质 4) 血管活性肠肽神经元 : 有些自主神经元内有血管活性肠肽 (vasoactive intestinal polypeptide, VIP) 和乙酰胆碱共存, 例如支配汗腺的交感神经元和支配颌下腺的副交感神经元等 这些神经元兴奋时, 其末梢一方面释放乙酰胆碱, 引起腺细胞分泌 ; 另一方面释放血管活性肠肽, 引起舒血管效应, 使局部组织血流增加 ( 二 ) 心血管中枢神经系统对心血管活动的调节是通过各种神经反射来实现的 在生理学中将与控制心血管活动有关的神经元集中的部位称为心血管中枢 (cardiovascular center) 控制心血管活动的神经元并不是只集中在中枢神经系统的一个部位, 而是分布在中枢神经系统从脊髓到大脑皮层的各个水平上, 它们各具不同的功能, 又互相密切联系, 使整个心血管系统的活动协调一致, 并与整个机体的活动相适应 1. 延髓心血管中枢一般认为, 最基本的心血管中枢位于延髓 这一概念最早是在 19 世纪 70 年代提出的 它基于以下的动物实验结果 : 在延髓上缘横断脑干后, 动物的血压并无明显的变化, 刺激坐骨神经引起的升血压反射也仍存在 ; 但如果将横断水平逐步移向脑干尾端, 则动脉血压就逐渐降低, 刺激坐骨神经引起的升血压反射效应也逐渐减弱 当横断水平下移至延髓闩部时, 血压降低至大约 40mmHg 这些结果说明, 心血管的正常的紧张性活动不是起源于脊髓, 而是起源于延髓, 因为只要保留延髓及其以下中枢部分的完整, 就可维持心血管正常的紧张性活动, 并完成一定的心血管反射活动 延髓心血管中枢的神经元是指位于延髓内的心迷走神经元和控制心交感神经和交感缩血管神经活动的神经元 这些神经元在平时都有紧张性活动, 分别称为心迷走紧张 心交感紧张和交感缩血管紧张 在机体处于安静状态时, 这些延髓神经元的紧张性活动表现为心迷走神经纤维和交感神经纤维持续的低频放电活动 一般认为, 延髓心血管中枢至少可包括以下四个部位的神经元 : (1) 缩血管区 : 引起交感缩血管神经正常紧张性活动的延髓心血管神经元的细胞体位于延髓头端的腹外侧部, 它们的轴突下行到脊髓的中间外侧柱 心交感紧张也起源于此区神经元 (2) 舒血管区 : 位于延髓尾端腹外侧部的神经元, 在兴奋时可抑制缩血管区神经元的活动, 导致交感缩血管紧张降低, 血管舒张 (3) 传入神经接替站 : 延髓孤束核的神经元接受由颈动脉窦 主动脉弓和心脏感受器经舌咽神经和迷走神经传入的信息, 然后发出纤维至延髓和中枢神经系统其他部位的神经元, 继而影响心血管活动 (4) 心抑制区 : 心迷走神经元的细胞体位于延髓的迷走神经背核和疑核 2. 延髓以上的心血管中枢在延髓以上的脑干部分以及大脑和小脑中, 也都存在与心血管活动有关的神经元 它们在心血管活动调节中所起的作用较延髓心血管中枢更加高级, 特别是表现为对心血管活动和机体其他功能之间的复杂的整合 例如下丘脑是一个非常重要的整合部位, 在体温调节 摄食 水平衡以及发怒 恐惧等情绪反应的整合中, 都起着重要的作用 这些反应都包含有相应的心血管活动的变化 在动物实验中可以看到, 电刺激下丘脑的一些区域, 可以引起躯体肌肉以及心血管 呼吸和其他内脏活动的复杂的变化 这些变化往往是通过精细整合的, 在生理功能上往往是相互协调的 例如电刺激下丘脑的 防御反应区, 可立即引起动物的警觉状态, 骨骼肌肌紧张加强, 表现出准备防御的姿势等行为反应, 同时出现一系列心血管活动的改变, 主要是心率加快, 心搏加强, 心输出量增加, 皮肤和内脏血管收缩, 骨骼肌血管舒张, 血压稍有升高 这些心血管反应显然是与当时机体所处