血液循环医学生理学课件

第四章 血液循环 Blood circulation 循环系统的构成 心脏： 推动血流，保障血供；维持血压 血管：分配血液；调节组织器官的血量 血液循环的生理意义： 运送物质，保障新陈代谢进行 维持内环境稳态 参与机体的防御机能 本章的主要内容： 心脏的生物电活动； 心脏的泵血功能； 血管的机能； 心脏血管活动的调节； 心、肺、脑的血液循环特征。 第一节 心脏的生物电活动 心脏的解剖结构和功能 心脏 工作细胞working cardiac cell 自律细胞rhythmic cardiac cell contractibility, conductivity, excitability autorhythmicity, conductivity, excitability -特殊传导系统cardiac conduction system 特殊传导系统 一、心肌细胞的跨膜电位 transmembrane potential 概 念 内向电流 inward current 外向电流 outward current 去极化 depolarization 复极化 repolarization 超极化 hyperpolarization (一）工作细胞的跨膜电位及其离子基础 神经动作电位和心肌动作电位 心肌细胞中主要离子的浓度和平衡电位 1.静息电位 resting potential 数值：-90mV 形成机制： Ik1静息电位的主要离子流 Na内向背景电流 Na inward background current IK-AChACh 激活神经因素 生电性Na-K泵洋地黄药物抑制 4期Ca2+- Na+交换：3Na+ Ca 2+ 2. 动作电位 action potential （1）去极化过程 (depolariztion)0期 0期： 历时12ms； 最大除极速率达200v/s 膜电位： -90mV +30mV 波形： 形成机制： 刺激 少量Na通道开放 膜轻度去极化 到达阈电位 Na通道开放的再生性循环 膜去极化至Na平衡电位 v快反应细胞和慢反应细胞 阻断剂河豚毒素 1）1期（ phase 1）快速复极初期 （2）复极化过程 (repolariztion) 锋电位 spike potential 持续时间10ms 形成机制Ito transient outward current 阻断剂4-氨基吡啶 2）2期（ phase 2）缓慢复极期平台期 plateau 持续时间100150ms 形成机制： Ca内流 K外流 随时间推移逐渐增强的净外向电流 钾通道的特点： 膜去极化使Ik1通道关闭称内入性整流； Ik通道缓慢激活形成逐渐增加的K流 ； 两种K通道参与： Ik1与 Ik 钙通道的特点： 阈电位 激活/失活速度 主要作用 阻断剂 L型钙电流T型钙电流 去极化至-30-40mV去极化至-50-60mV 慢相对快 快反应细胞平台期 慢反应细胞0期 触发肌浆网释放Ca 参与0期去极 P细胞4期后段自动 去极 维拉帕米、MnNi 3）3期（ phase 3）快速复极末期 0mV较快降至-90mV，约100150ms。 形成机制： 钙钙通道缓慢失活； 膜对K通透性进行性增大（Ik1与Ik参与） K+外流膜电位更负K+通透性 波形： 再生性正反馈 动作电位时程 action potential duration 与心率 4）4期（ phase 4）恢复期 4期Na+- K+交换： 3Na+ 2 K+ 4期Ca2+- Na+交换：3Na+ Ca 2+ 钙泵 (二) 自律细胞的跨膜电位及其离子基础 自律细胞动作电位的特点： 最大复极电位 maximal repolarization potential 4期自动除极 1. 浦肯野细胞 4期缓慢自动除极，自律性较窦房结低。 4期自动除极的离子基础： 逐渐渐衰减的外向K+电电流 随时间而逐渐增强的内向电流(If) ； 快反应自律细胞 0期由Na内流产生 If电流的特点：-起搏电流 pacemaker current 成分Na （少量K） 激活3期复极-60mV 失活0期去极-50mV 阻断剂Cs 2. 窦房结细胞 窦房结P细胞与浦肯野 细胞动作电位的比较 0期 1期 2期 3期 4期 0期： （去极化） 最大复极电位 除极到阈电位 L型Ca2+通道 Ca2+内流 0期除极 3期： （复极化） Ca通道失活 Ik通道开放 4期： （自动去极化） 窦房结P细胞4期离子基础： 随时间而增长的净内向离子流 机制： IK外流进行性衰减； 4期后期ICa-T 逐渐激活，少量Ca2+内流； 超极化激活的非特异性内向离子流(If )； 二、心肌的电生理特性 兴奋性(excitability) 自律性(autorhythmicity) 传导性(conductivity) 电生理 特性 收缩性(contractivity) 机械特 性 静息电位水平：K+ 对兴奋性的影响 阈电位水平： 兴奋性衡量标准 1. 决定和影响心肌兴奋性的因素 (1) 静息电位与阈电位之间 的差值 （一）兴奋性excitability 阈值 (2) 离子通道的性状 ： inactivation 通道的三种状态： resting activation 电压依从性 Voltage dependence 时间依从性 time dependence reactivation 2. 兴奋性的周期变化 v有效不应期的实质： 有效不应期： 绝对不应期(absolute refractory period): 除极开始复极至-55 mV 有效不应期(effective refractory period)： 除极开始复极至-60mV 钠通道完全失活或复活的数目太少 超常期(supranormal period)： 相对不应期(relative refractory period) ： 从复极-60 mV到-80 mV； Na+通道开放能力未恢复正常 从复极-80 mV到-90 mV； 通道已基本恢复到备用状态； 兴奋性高于正常。 相对不应期和超常期的临床意义：易造成 心律失常 复极化后不应状态 3. 心肌兴奋后兴奋性变化的特点 ： 心肌不会产生完全强直收缩 （1）不发生强直收缩 有效不应期特别长：收缩期到舒张早期 一次期前收缩后有较长的心室舒张期； (2) 期前收缩与代偿间隙 期前收缩(premature systole)： 额外刺激作用于心脏引起提前的收缩 期前收缩发生的条件 代偿间歇(compensatory pause)： 代偿间歇产生的原因 自动节动节 律性(autorhythmicity) 衡量自律性高低的指标 （二）自律性 1.心脏的起搏点 自律性的差异： 窦房结房室结房室束浦肯野纤维 正常起搏点 normal pacemaker 窦性节律 sinus rhythm 潜在起搏点 latent pacemaker 抢先占领 capture 超速驱动压抑 overdrive suppression (1）最大复极电位与阈电位之间的差距： 2. 决定和影响自律性的因素 （2）4期自动去极化的速度： （三）传导性 conductivity 窦房结 心房肌 局部电流 房室结 左右束支 浦肯野纤维心室肌 房室束 1. 心脏内兴奋传播的特点 （1） 心肌细胞间的直接电传递： （2） 兴奋通过特殊传导系统的有序传播： （3）心脏脏内兴奋的传导速度： 心房的“优势传导通路” 房室延搁 atrioventricular delay 心室内传导系统 Gap junctionFunctional syncytium （4）特殊传导系统对高频率兴奋的过滤保护作用 ： 房室交界细胞不应期长 浦肯野纤维的不应期也较长 （1）心肌细胞的结构：细胞直径；缝隙连接数量 ； 2. 决定和影响传导性的因素： （2）0期去极化速度和幅度： 去极化速度和幅度与静息电位值有关 快反应细胞和慢反应细胞 （3）邻近的未兴奋部位的兴奋性： a. 静息电位和阈电位的差距； b. 钠通道（或慢反应细胞的 钙通道）的性状 三、心脏生物电活动的检测 心电图(electrocardiogram) 心电图的导联 标准双极肢体导联 加压单极肢体导联 胸导联 希氏束电图(His bundle electrogram) （一）体表心电图 1. 正常心电图的波形及其生理学意义： P波：反映心房去极化过程的电位变化 ； PR间期：房室传导时间 0.120.20秒 ； QRS波：心室去极化过程的电位变化 ； S-T段：心室已全部进入去极化状态； T波：心室复极化过程的电位变化 ； U波：与浦肯野网的复极化有关 ； Q-T间期：心室从兴奋到完全复极的时间； 2. 心电图与心肌细胞 动作电位关系 P波对应心房肌的 除极；PR段对应 心房肌复极； QRS波相当于心室 肌的0期去极，ST 段相当于平台期， T波反映3期复极。 兴奋性(excitability) 自律性(autorhythmicity) 传导性(conductivity) 收缩性(contractivity) 电生理 特性 机械特 性 第二节 心脏的泵血功能 一、心肌收缩的特点一、心肌收缩的特点 对细胞外液Ca2+的依赖性 “全或无”式收缩 不发生完全强直收缩 （一）心动周期的概念 心动周期（cardiac cycle） 心动周期的次序； 各期所占时间： 二、心脏的泵血机制二、心脏的泵血机制 房室瓣和半月瓣关闭，使心室成为密闭腔； 1. 心室收缩期 ventricular systole （1）等容收缩期（period of isovolumic contraction）： （二） 心脏的泵血过程 心室肌强烈收缩使室内压急剧升高； 收缩过程中容积不变； 1）快速射血期（rapid ejection phase）： 室内压超过主动脉压时，半月瓣被推开； 血液射入动脉内，心室容积迅速缩小，室 内压升高至最高值； （2）射血期（ejection phase）： 2）减慢射血期 (reduced ejection phase)： 心室肌收缩力减弱，射血速度减慢； 室内压低于主动脉压时血液还能继续射 入主动脉； 2. 心室舒张期 ventricular diastole 心室肌舒张，半月瓣关闭，心室又成为封闭的腔 ； （1）等容舒张期（isovolumic relaxation phase）： 室内压迅速下降而容积不变； 1）快速充盈期（rapid filling phase）： （2）心室充盈期（ventricular filling phase）： 2）减慢充盈期（reduced filling phase）： 相当于心室舒张的最后时期； 泵入心室的血量约占心动周期回心血量的1030%。 3）心房收缩期（atrial systole）： 1. 心房的接纳和初级泵作用 （三）心房在心脏泵血活动中的作用 静脉血回流 心 房 收 缩 心室的充盈量 心室舒张末期容积 心 室 射 血 2. 心动周期中心房压的变化 a波：心房收缩，房内压力升高， c波：心室收缩，血液向上推顶房室瓣，使之凸入心房 v波：血液从静脉回流入心房，因房室瓣关闭，房内压升高 三、心脏泵血功能的评价 每搏输出量（stroke volume）：70ml （一）心脏的输出量 1. 每搏输出量和射血分数 射血分数(ejection fraction)：5565% 收缩末期容量：55ml 舒张末期容量：125ml l每分输出量(minute volume)：4.56L l心指数(cardiac index)：3.03.5L/minm2 2. 每分输出量和心指数 l每搏动（stroke work） l搏功搏出量(射血相左心室内压 左心室舒张末期压力)动能 l每分功（minute work） l每分功搏功心率 l右心室作功量只有左心室的1/6 l心脏作功的意义：维持血压和推动 血液流动 （二）心脏做功量 （三）心脏泵功能的贮备 搏出量的贮备： （1）舒张期贮备：140125ml15ml 增加心肌初长度 （2）收缩期贮备：55 15ml 40ml 心率贮备： 心力贮备 (cardiac reserve) l体育锻炼对心力贮备的作用： 交感-肾上腺素活动增强； 肌肉泵的作用； 长期体育锻炼提高心力贮备； 四、影响心输出量的因素 心室舒张末期容积和压力 1. 前负荷对搏出量的影响 （1）心室功能曲线 心室舒张末期压在720cmH2O 在2027cmH2O 在27cmH2O以上 （一）前负荷 （2）异长自身调节（heterometric autoregulation ） 心肌初长度粗细肌丝重叠横桥联结数目 心室肌收缩强度搏出量 （3）心肌的初长度和收缩功能的特殊性 心室有较大的初长度贮备； 心肌细胞的伸展性小； 心肌的初长度与Tn对Ca2+的亲和力有关； （4）异长自身调节的生理意义 对搏出量进行精细的调节； 持续的、剧烈的循环改变，由心肌收缩力的变化来 调节。 2. 影响前负荷的因素 静脉回心血量和心室射血后剩余血量 心室充盈时间； 静脉回流速度； 心包内压； 心室顺应性； （二）后负荷 后负荷主动脉血压 后负荷对搏出量的影响： 动脉压等容收缩期延长搏出量 舒张末期容积异长自身调节 搏出量恢复； 动脉压心肌收缩力 神经体液调节心肌收缩力维持搏出量； 动脉压过高，心输出量明显减少。 1.心肌收缩能力(myocardial contractility) 3.影响心肌收缩能力的因素 横桥联结数(活化横桥数)； 肌球蛋白横桥ATP酶活性； 神经体液因素能增加心肌收缩能力； 2.等长自身调节（homeometric autoregulation） （三）心肌收缩能力 （四）心率 1.心率在40180次/min； 2.心率超过180次/min； 3.心率很慢； 4.植物神经、体液因素和体温的影响； （五）左、右心室输出量的平衡协调 1.左、右心室间的串联性相互作用； 2.室间隔的直接相互作用； 3.心包的作用； 一、各类血管的结构和功能特点 第三节 血 管 生 理 血管由动脉、毛细血管和静脉组成。 1.弹性贮器血管 :主动脉和大动脉 2.分配血管：中动脉 3.阻力血管：小动脉、微动脉和毛细血管 前阻力血管 4. 交换血管：真毛细血管 5. 容量血管：静脉系统和毛细血管后阻力 血管 6. 短路血管：小动脉和小静脉间的吻合支 二、血流动力学 （四）血流量、血流速度、血流阻力及血压 1. 血流量(blood flow) ； Q =P/R 2. 血流速度（velocity of blood flow）； 血流速度与血流量成正比； Q1=Q2 S1V1=S2V2 血流速度与血管横截面积成反比。 影响血流阻力的因素： (1) 血管长度 (2) 血液粘滞度 (3) 血管口径： 3. 血流阻力 (resistance of blood flow) Q P/R Pr4/8 L R P/Q8 L /r4 1kPa7.5mmHg；1mmHg=0.133kPa 血压的形成： (1) 血液充盈程度 (2) 心室射血和血液遇到的阻力 4. 血压 (blood pressure) 三、动脉血压和动脉脉搏 （一）动脉血压（arterial blood pressure ） (3) 外周阻力（peripheral resistance） 外周阻力主要来自小动脉和微动脉 R 8 L /r4 (4) 弹性贮器（windkessel） 1. 动脉血压的形成 (2) 心室射血 (1) 循环系统足够的血液充盈 血量和循环系统容积的相对关系 2.动脉血压的测量方法 3.动脉血压的正常值及其生理性变动 收缩压(systolic pressure)； 舒张压（diastolic pressure） 脉搏压(pulse pressure) 平均动脉压(mean arterial pressure) 脉压= 收缩压 - 舒张压 平均动脉压= 舒张压 +1/3脉压 （1）动脉血压的指标： 正常成人： （2）动脉血压的正常值和高血压标准 成人高血压： 临界高血压指血压数值在上述二者之间。 收缩压160mmHg 及或舒张压95mmHg。 收缩压140mmHg ，舒张压 90mmHg 。 （3）动脉血压的生理性变动 l 性别； l 年龄； l 不同生理状态； l 不同的动脉段 4. 影响动脉血压的因素 心输出量 外周阻力 循环系统的血液充盈程度 增加时： （1）每搏输出量 脉压增大； 收缩压明显升高； 舒张压增加较少； （2）心率 增加时： 脉压减小 舒张压明显升高； 收缩压的升高不显著 （3）外周阻力： 增加时： 脉压减小 收缩压增高较少 舒张压明显增加 （4）主动脉和大动脉弹性贮器作用： 血管容积改变 缓冲动脉血压 维持血液的持续流动 （5）循环血量与血管系统容量的比例 5. 动脉血压相对稳定的生理意义 循环血量改变 动脉血压过高或过低的影响 影响动脉血压的因素 影响因素收缩压缩压舒张压张压脉压压平均动动脉 压压 搏出量 心率 外周阻力 大动动脉弹弹性或不变变 循环环血量 （二）动脉脉搏 3.动脉脉搏波的传播速度 动脉脉搏（arterial pulse), 脉搏 1.动脉脉搏形成的机制 2.脉搏波的描记及其波形 上升支 下降支： 射血速度和阻力及心输出量的影响 降中峡和降中波 反映外周阻力及主动脉瓣的功能状态 与血管的顺应性有关 四、微循环 （microcirculation ） 微动脉和微静脉之间的血液循环 微循环的生理意义： l 血液和组织之间的物质交换； l 调节循环血量 ； （一）微循环的组成与通路 1.微循环的组成 (4) 真毛细血管（capillary） (1)微动脉（arteriole）： 控制微循环血流的总闸门 (2) 后微动脉（metarteriole）： 微循环血量调节的一个分闸门 (3) 毛细血管前括约肌（precapillary sphincter） 对代谢物敏感，是微循环的又一分闸门 血液和组织液之间物质交换的场所 (5) 微静脉（venule） 微循环的后阻力血管 (6) 通血毛细血管（thoroughfare channel） 连接后微动脉和微静脉的较粗的毛细血管 (7) 动-静脉吻合支（arteriovenous shunt）： 微动脉和微静脉之间的吻合支 2、微循环的血流通路： (1) 迂回通路： 局部代谢产物的作用 微动脉 后微动脉 毛细血管前括约肌 真毛细血管 微静脉 营养性通路 真毛细血管网交替开放 功能： 非营养性通路 (2) 直捷通路 微动脉 后微动脉 通血毛细血管 微静脉 血流量的相对恒定 少量物质交换 (3) 动-静脉短路 微动脉 动-静脉吻合支 微静脉 参与体温调节 受动脉血压和血流阻力的影响 （ 二）微循环的生理特点 有利于血液与细胞之间的物质交换 1. 血压低 2. 血流慢 为物质交换提供充分的时间 3. 潜在血容量大 4. 灌流量易变 为物质代谢提供巨大的贮备量 1. 神经体液因素对微循环的调节 2. 局部代谢产物对微循环的调节 （ 三）微循环的调节 1. 扩散 2. 吞饮 3. 滤过 4. 重吸收 （四）血液与组织液之间的物质交换 五、组织液的生成及其影响因素 l存在于组织细胞间隙中； l呈胶冻状； l不能自由流动； （一）组织液的生成与回流 滤过：毛细血管血压、组织液胶体渗透压 重吸收：血浆胶体渗透压、组织液静水压 有效滤过压(effective filtration pressure) 有效滤过压=（毛细血管血压+组织液胶渗压） -（血浆胶体渗透压+组织液静水压） 动脉端有效滤过压为10mmHg 静脉端有效滤过压为-8mmHg 滤过的动力略大于重吸收的动力 淋巴系统回流 1.毛细血管血压 l毛细血管动脉端血压升高 l毛细血管静脉端血压升高 2.血浆胶体渗透压 3.毛细血管壁的通透性 4.淋巴回流 （二）影响组织液生成和回流的因素 六、淋巴液的生成和回流 (一) 淋巴液的生成和回流 组织液（蛋白质和微粒）毛细淋巴管 集合淋巴管右淋巴管和胸导管静脉 (二) 淋巴回流的生理意义 1.回收蛋白质 2.运输脂肪及其它营养物质 3.调节体液平衡 4.防御和免疫功能 七、静脉血压和静脉回心血量 （一）静脉血压 1. 外周静脉压（peripheral venous pressure） 血压压低； 重力和体位对对静脉血压压的影响大； 静脉充盈程度受跨壁压压的影响较较大； 右心房和腔静脉压力 ：412cmH2O 反映射血能力和静脉回心血量的关系 ： （1）中心静脉压降低 ； （2）中心静脉压增高； （3）中心静脉压正常。 （二）影响静脉回心血量的因素 QP / R 1. 体循环平均充盈压： 血量增加或容量血管收缩 2. 心脏收缩力量： 左、右心衰的不同表现 3. 体位改变： 4. 骨骼肌的挤压作用：肌肉泵 5. 呼吸运动： 一、神经调节 第四节 心血管活动的调节 神经调节经调节 体液调节调节 心脏和血管的神经支配 心血管活动中枢 心血管反射 一、神经调节 （一）心脏和血管的神经支配 1. 支配心脏的传出神经 （1）心交感神经： 两侧心交感神经分布的差异 T15 交感神经节 心脏神经丛 去甲肾上腺素 心脏1肾上腺素能受体 1. 支配心脏的传出神经 （1）心交感神经（cardiac sympathetic nerve） 正性变时作用(positive chronotropic action) 自律性细胞If 正性变传导作用positive dromotropic action) 慢反应细胞0期Ca2+内流 正性变力作用(positive inotropic action) Ca2+释放和回收 ；糖原分解； 收缩同步 受体的拮抗剂 两侧心迷走神经分布的差异 （2）心迷走神经（vagus nerve） 迷走神经背核和疑核 迷走神经 心内神经节 节后纤维释放乙酰胆碱 心脏M胆碱能受体结合 受体的拮抗剂； 作用： 负性变时作用（negative chronotropic action） 窦房结细胞K外流 负性变传导作用（negative dromotropic action） 慢反应细胞0期Ca2+内流 负性变力作用（negative inotropic action） K外流而Ca2+内流 2. 支配血管的传出神经 缩血管神经纤维(vasoconstrictor fiber) 舒血管神经纤维(vasodilator fiber) (1) 交感缩血管神经纤维 缩血管神经纤维的结构： (T1L3）侧角椎旁和椎前神经节 节后纤 维释放去甲肾上腺素血管平滑肌2受体 缩血管纤维兴奋时引起缩血管效应 交感缩血管纤维调节血流阻力和血流量 (2) 舒血管神经纤维 1) 交感舒血管神经纤维： 2) 副交感舒血管纤维： 乙酰胆碱骨骼肌血管舒张 脑膜、唾液腺、胃肠道腺体和外生殖器 乙酰胆碱效应器M受体血管舒张 （二）心血管中枢 (cardiovascular center) 1. 脊髓心血管神经元： 2. 脑干心血管中枢： 延髓是心血管活动的基本调节中枢。 （1）缩血管区：延髓头端的腹外侧部 （2）心抑制区：迷走神经背核和疑核 （3）传入神经接替站：延髓孤束核 3. 脑干以上的心血管中枢： （四）心血管反射 1. 颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射： 压力感受性反射(baroreceptor reflex) (1) 动脉压力感受