医学生理学血液循环课件

第四章 血液循环 本章需要解决的两个问题 1）心脏是如何推动血液的？- 心脏生理 2）血液又是怎样在血管内流动的？- 血管生理 讲述内容 心脏生理 心脏是怎样收缩射血的？-心脏泵血的过程和机制 好坏如何？ 1）心脏泵功能的评价 2）心脏泵功能的调节 心脏舒缩时发生了什么变化？- 心肌的生物电现象和生理特性 （伴随变化） 血管生理 心脏射血后，血液如何从 动脉经静脉回到心脏？ 动脉、静脉血压的 形成和影响 在毛细血管中，是怎样进行 （物质交换）的 微循环与组织液 的生成 心血管活动受哪些因素 的影响？ 心血管活动的调节 （神经、体液和自身调节） 心脏活动的三个周期 心电周期：动作电位（兴奋）的产生和传导 心动周期： 心肌的收缩与舒张， 导致房、室压力及容积的变化 心音周期：由瓣膜的开闭及血液的流动引起 一、心动周期 (Cardiac cycle) 概念：心脏一次收缩和舒张的机械性活动， 构成一个心动周期。 心动周期= 60秒/心率 0.8 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.7 0.6 Atrioventricular valves close Semilunar valves open Atrioventricular valves open Semilunar valves close Timeing of the contraction and relaxation of the atrium and ventricle in aheart beating at 75 per minute Contraction of ventricle Contraction of atrium Whole heart diastole relaxation of ventricle A C B C A B A C B 水泵工作原理 A C B C A B 水泵工作原理 瓣膜的关闭，血液的冲击+心肌收缩产生的振动 心音 二尖瓣关闭 产生第一心音，S1 收缩期的开始 特点：调低，持续时间长 主动脉瓣关闭产生第二心音，S2 舒张期的开始 特点：调高，持续时间短 室缩室内压室内压 等容收缩期 isovolumic systole 0.05s 射血期 ejection period 0.5s 快速 射血期 rapid ejection period 减慢 射血期 reduced ejection period 关关关开 房压动脉压 室舒室内压室内压 等容舒张期 isovolumic diastole 0.06s 充盈期 filling period 0.44s 快速 充盈期 rapid filling period 减慢 充盈期 reduced filling period 关关开关 房压140ml 25L 105 /min 15ml 55ml 70ml 每搏功=搏出量（射血相左心室内压左室充盈压）+动能 射血期平均 左室内压 平均动脉收缩压 平均动脉压 舒张压+1/3脉压 （收缩压舒张压） 平均心房压 （=6mmHg) 1/2mv2 1mmHg=1333达因/cm2 1达因cm=10-7焦耳 四、心脏泵功能的调节 （一）SV的调节 1 心脏收缩的特点：“全或无” 影响单个细胞强度和速度的因素： 前负荷 后负荷 心肌收缩能力 2 SV的自身调节 1）前负荷与自身调节 心肌的前负荷：相当于心室舒张末期压力（充盈压） 心肌的初长度：相当于心室舒张末期容积 异长自身调节：由于心肌本身初长度的改变而引起 心肌收缩功能（收缩强度和速度）的改变，称为异 长自身调节。 骨骼肌的长度张力曲线 AT：主动张力 RT：静息张力（被动张力） Tmax:最大张力 Lopt:最适初长 心肌的收缩性能与前负荷的关系如何呢？ 1895年，Frank离体蛙心实验 充盈压 EDV 初长度 测心脏收缩时的心室内压 1914年，Starling狗的离体实验（心肺） 灌注压 回心血量 EDV 观察主动脉压的改变 Left ventricular(LV) function curves （lcmH2O=0.098kPa） LV stroke work NE Control Failing LVEDP(cmH2O) 心室舒张末期压 搏出量 搏功 B A C 心室功能曲线 （A 对照 、B 收缩能力增强、C 收缩能力减弱） B 100 200 A C 张力 %最大值 100 200 -35%Lopt+35% 骨骼肌的长度张力曲线 AT 主动张力； RT 静息张力（被动张力） Tmax 最大张力； Lopt 最适初长 Tmax AT RT 影响前负荷的因素： （1）静脉回流量 A 心室充盈时间-与心率有关 B 静脉回流速度-心房与心室间的压力差 （2）剩余血量的影响：（双重影响） A 若回心血量不变 -心室射血量增加 B 若心房、心室间压力差降低-回心血量减少 - SV减少 异长自身调节的生理意义 对SV进行精确的调节 2）心肌收缩能力（ Cardiac contractility, CC) 通过改变心肌本身的收缩性能来调节心肌的收缩强度和速度， 从而调节SV，它与心肌的初长度无关（也与前、后负荷无关） 心肌收缩 性能 活化的 横桥数 胞浆内钙离子浓度 肌钙蛋白对钙离子 的亲和力 肌球蛋白的ATP酶活性 （横桥） 影响因素 凡是能影响胞浆中钙离子浓度、肌钙蛋白与 钙离子的亲和力、横桥中ATP酶活性的因素， 均能影响心肌的收缩性能。 生理意义 （1）对持续的、剧烈的循环变化具有强大的调节作用， （2）是神经-体液调节的基础 3）后负荷的影响（动脉压） BP 等容收缩期室内压峰值 等容收缩期延长，射血期 射血心室肌缩短的速度、 和强度，导致射血速度 SV SV 的 调 节 引起调节的因素 效应 生理意义 异长自 身调节 心肌本身初长 度的改变 初长度 收缩的速度 、强度 精细调节 心肌收 缩能力 心肌本身的 收缩性能 机能状态 收缩的速度、强度 对持续、剧烈 的循环变化有 强大的调节作用 后负荷 的影响 BP的变化 BP 射血速度 射血期 SV 持续高血压 心肌肥厚 泵功能 （病理意义） （二）心率（HR）对MV的影响 MV=SV HR 影响因素 交感神经兴奋 迷走神经兴奋 去甲肾上腺素、肾上腺素、甲状腺激素 体温升高 第二节 心肌细胞生物电 心肌细胞的分类 兴奋性 传导性 收缩性 自律性 心房肌 心室肌 工作细胞 + + + + 自律细胞 窦房结 + + + + + + 房结区 + + + + 结区 + + 结希区 + + + + 浦氏细胞 + + + + + + 房室交界 二、心肌细胞的电活动 （一）工作细胞的跨膜电位 Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP :threshold potential RP 特点 1. RP稳定于-90mV 2. AP不对称, 复极复杂, 时程长 3. AP幅度大, -90+30mV(约+120mV) 超过0的部分称为超射值 除极历时短,约1-2ms, 故除极速率大 称为快反应细胞 4. AP曲线分5期 形成的机制(离子基础) 1.内向离子流(inward current) 正离子(阳离子)从细胞外流向细胞内 或负离子(阴离子)从细胞内流向细胞外 作用除极 2. 外向离子流(outward current) 正离子(阳离子)从细胞内流向细胞外 或负离子(阴离子)从细胞外流向细胞内 作用:复极或超极 Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP :threshold potential RP 慢通道的特点: 1.慢- 激活门和失活门的开闭均慢, 故称慢通道(slow channel) 2. TP高(约-30-40mV) 3. 特异性差 4. 离子流量较小, 仅为I Na的1/10 5. 阻断剂:维拉帕米(异博定)、Mn2+ 钙通道的分类及其特性 一、电压依从钙通道 （Voltage-dependent Ca2+ Channels，VDCs） 二、受体操纵钙通道 （Receptor-voperated Ca2+ Channels，ROCs） 三、第二信使操纵钙通道 （Second-messenger-operated Ca2+ Channels，SMOCs） 四、牵张激活钙通道 （Stretch-activated Ca2+ Channels ，SACs） 五、背景钙通道 （Background Ca2+ Channels ） 细胞处与静息状态时可有少量通透Ca2+的通道， 可能与平滑肌和心肌细胞基础张力的维持有关。 除背景钙通道为静息钙通道外，其余四大类均为 可兴奋钙通道，且以电压依从钙通道最为重要，普遍 存在于各种组织中，为钙内流的主要途径。 电压依从钙通道的分类及其特性 L型通道： 电导较大。高电压激活，衰减慢；普遍存在于心肌、 骨骼肌、神经元及内分泌等不同细胞中，与兴奋-收缩 耦联有关。 T型通道： 电导较小。低电压激活，衰减快；在窦房结细胞及 神经的起步活动与重复发放中起重要作用，并参与调 节细胞生长和增生 N型通道： 电导大小与电压依从性介于L与T型间，它需要较强 的去极化激活，但失活较快。常存在于神经组织中。 P型通道： 需高电压激活，对DHP（双氢吡啶类）不敏感， 但可被蜘蛛毒素所阻断，它介导递质的释放和神经元 的高阈值发放。 Q型通道： 需高电压激活，其药理学特性与其他通道电流不同 主要介导神经元递质的释放。 R型通道： 需高电压激活，失活最快；对Ni2+敏感 它介导递质的释放。 注： N、P、Q、R型钙通道几乎为神经组织所独有。 Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP : threshold potential RP RP RP K+ Na+ K+ Ca2+ Na+ K+K+Na+ K+ Ca2+ Na+ (二)浦氏细胞的跨膜电位 TP Action potential in purkinje cell TP Na+(If) K+(Ik) (三)窦房结细胞的跨膜电位 -70 -40 0 mv Action potential in sinoatrial node(P- cell) 波形特点: 1. 最大复极电位(-70mV)和TP(-40mV)均高于浦氏细胞 2. 无明显的超射 3. 除极幅度小(70mV), 但除极时程长(长达7ms) 故称为慢反应细胞 4. 无明显的1, 2期 5. 4期自动去极速度快 (0.1V/S, 浦氏为0.02V/S) -70 -40 0 mv Action potential in sinoatrial node(P- cell) -70 -40 0 mv 0 4 3 TP K+(IK) Na+(If) Ca2+ Na+ 心肌细胞的分类 快反应细胞 慢反应细胞 非自律细胞 心房肌, 心室肌 结区 自律细胞 浦氏细胞 窦房结 房结区 结希区 房室束 快慢看0期 自律与非自律看4期 心室肌（A）与窦房结（B）细胞跨膜电位的比较 浦氏细胞与P细胞的比较 浦氏细胞 P细胞 最大复极电位 90mv 70mv 阈电位 -70mv -40mv 激活与失活 快 慢 离子活动 Na+ Ca2+ 阻断剂 河豚毒 异搏定 去极幅度 120mv 70mv 去极速度 200-1000v/s 2-6v/s 去极时程 1-2ms 7ms 复极1,2期 明显 不明显 4期自动去极离子流 If , IK,If,ICa 4期自动去极速度 0.02v/s 0.1v/s 0 期 去 极 三、心电图(electrocardiagram, ECG) ECG是反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程的生 物电变化，它记录的是已兴奋部位和未兴奋部位（或 已复极部位）膜外两点之间的电位差。 n NORMAL ECG 典型ECG波型的意义 P波： 左右心房去极化 时间0.11示心室肥大或室内传导阻滞 T 波 心室复极方向应QRS波的主波方向一致 若倒置: 示心肌缺血 P-R间期 P波的起点至QRS波群起点间的距离0.12-0.20 若0.20, 示房室传导阻滞 Q-T间期 QRS波的起点到T波的终点,代表心室从去极到复极的全过程 Q-T延长, 示室内传导阻滞或心肌缺血、低血钙 ST段从QRS波的终点到T波的起点之间的线段，代表 心室各部分完全处于支极化状态 上抬1小格或下移0.5小格为异常示心肌缺血缺氧 NORMAL ECG 心肌细胞电变化曲线与常规心电图的比较 A：心房肌细胞电变化 V：心室肌细胞电变化 四、心肌的电生理特性（指整个心脏的） 生理特性包括： 兴奋性 自律性传导性收缩性 电生理特性： 兴奋性、自律性和传导性 （一）心肌的兴奋性(excitability) 活组织对刺激具有产生兴奋（AP）的能力 衡量指标：阈值兴奋性1/阈值 1 决定和影响兴奋性的因素 AP的产生 膜电位到TP的距离 Na+ 通道的性状 m m m h m m m h m m m h -90mv -70mv 失活 激活 房室交界 房室束 浦氏纤维 (100次/分)(50次/分) (40次/分)(25次/分) 蛙心起搏点实验 结扎 静窦与心房之间(第一结) 心房与心室之间 (第二结) 各自频率不同 加温 加温静脉窦整个HR加快 加温心室HR不变 由此可见，正常心率是由静脉(窦房结)的频率所控制。 窦房结为正常的起搏点 其它的自律组织称为潜在起搏点。 潜在起搏点的意义 1） 安全 2） 潜在的危险心律失常 2 影响自律性的因素 1） 最大复极电位水平 2） TP水平 3） 4期自动去极的速度 （三）心肌的传导性(conductivity) 1 心脏内兴奋传导的途径 窦房结 0.05m/s 心房肌 （优势传导通路） 0.4m/s 房室交界（结区） 0.02m/s 房室束 2.0m/s 左右束支 2.0m/s 浦氏纤维网 4.0m/s 心室肌 1.0m/s 房室延搁 意义：保证心房收缩后心室才开始收缩，使房、室 不同步收缩，有利于心脏泵血。 兴奋在心室内迅速传导的意义： 有利于心室同步收缩射血（即可增加心肌的收缩能力. 2.决定和影响传导性的因素 1）解剖因素-心肌细胞的直径 与直径成反比 2）生理因素 浦氏纤维窦房结结区 （1）邻近未兴奋部位膜的兴奋性 （2）局部电流的形成 局部电流的形成与传导有关？ 因为局部电流是由动作电位0期去极所引起的 所以，0期去极速度快 局部电流形成快 0期去极幅度大电位差大局部电流强 扩布距离远传导快 0期去极的速度与幅度Na通道开放的速度、数量 膜电位 Na通道开放速度和数量受膜电位 变化的这种特性， 称为 Na 通道 的效率（或利用率）。 膜反应曲线 邻近未兴奋部位膜的兴奋性 （1）邻近膜电位与TP差距大 兴奋性低 膜去极化达TP所需时间延长传导性 （2）邻近膜兴奋性的变化 如果邻近膜产生期前收缩，正处于有效不应期内 这时若有兴奋传来，则不能引起兴奋传导阻滞 心肌收缩性的特点 1 收缩呈“全或无” 2 不产生强直收缩 3 对细胞外钙离子浓度有明显的依赖性 Physiology of Vasculature Section Three 一、不同血管的结构功能特点 血管 结 构 功能特点 功能 主动脉、 富含弹性 弹性大 弹性贮备 大中动脉 纤维 小动脉 富含平滑肌 舒缩性大 产生阻力的 微动脉 主要部位 调节阻力，阻力血管 ） 毛细血管 仅一层内皮 通透性大 物质交换 细胞 （交换血管） 小静脉、 壁薄、 扩张性大 容量贮存 大静脉 管腔大 容量大 （容量血管 60-70%贮存） 二、血压 （一）几个概念 1 血流量（Q）在单位时间内血液流经某一截面 的血流量，也称为容积速度。 QP / R 泊肃叶定律Q = ( P1-P2 )r4 / 8L 2血流阻力（R）-血液在血管内流动时所遇到的阻力 R = 8L / r4 3 血压- 血管内的血液对单位面积血管壁的侧压力 （侧压强） 单位：mmHg1mmHg=0.133kPa （二）动脉血压 1 正常值收缩压：90-140mmHg 舒张压：60-90mmHg 收缩压：心室收缩时，主动脉内血压所达到的最高值 舒张压：心室舒张时，主动脉内血压所达到的最低值。 脉（搏）压-收缩压（SP）-舒张压（DP） 平均动脉压：一个动周期中动脉血压的平均值。 平均动脉压=DP+1/3脉压=1/3SP+2/3DP 2 动脉血压形成的条件 四个条件 1）血液充盈量-形成BP的前提 循环系统中血液充盈量的程度可用循环系统平均充盈压 来表示（约7mmHg)。 2）心脏收缩-动力 3）外周阻力 4）大动脉的弹性阻力 作用：贮能-维持心舒张期血压及血液流动； 缓冲血压-使动脉内压力变化不如心室变化大 影响血压的因素 SP DP pulse pressure 外周阻力 心率 搏出量 循环系统充盈程度 大动脉壁弹性 （二）静脉血压） 1 静脉血压的特点 较低微血管处约15-20mmHg，右心房约为0mmHg 中心静脉压(CVP)-右心房和胸腔内大静脉内的血压 正常值：4-12 cmH2O CVP取决于 （1）心脏射血能力CVP （2）静脉回心血量CVP 2 静脉回心血量及其影响因素 Q=外周静脉压-CVP/ 静脉阻力 1）体循环平均充盈压 体循环平均充盈压 回心血量 体循环平均充盈压回心血量 2）心脏的收缩能力 右心衰右心房压 回心血量 颈外静脉怒张 肝充血（肝大） 下肢浮肿 左心衰左心压肺静脉压 肺瘀血 肺水肿 3）体位 4）骨骼肌的挤压作用 （肌肉泵） 5）呼吸运动（呼吸泵） 吸气时胸内负压胸内大静脉、右心房扩张 CVP回心血量 呼气时相反 三、微循环 （microcirculation，MC） MC是指微动脉到微静脉之间的循环。 它是血液与组织之间的物质交换场所。 组成经典的微循环模型包括 七个组成部分： 三条通路： 二套闸门 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、 A-V吻合支、 微V 迂回通路（真毛细血管） 又名营养通路 直捷通路（通血毛细血管） 动-静脉短路（ A-V吻合支） 肠系膜微循环模式图 微循环 微动脉动静脉吻合支微静脉 后微动脉 通血毛细血管 毛细血管 前括约肌 真毛细血管 动 静 脉 短 路 直 捷 通 路 迂 回 通 路 微循环开闭的调控 后微动脉 毛细血管 前括约肌 关闭 局部代谢 产物堆积 后微动脉 毛细血管 开放 前括约肌 血液带走 代谢产物 全身缩血管物质作用 前闸门 总闸门 （微动脉 ） 分闸门 （毛细血管前括约肌） 控制整个微循环血量 控制相应毛细血管的开闭 后闸门微静脉 流出 毛细血管前括约肌对儿茶酚胺类敏感性高， 对代谢产物耐受性差。 微静脉对儿茶酚胺类敏感性低， 对代谢产物耐受性好。 灌入 微循环与休克的关系 休克早期 交感神经-肾上腺 髓质兴奋（CA） 血管平滑肌收缩 （前、后闸门关闭） 少灌重吸收 组织水肿 1 毛细血管血压 2 血浆胶体渗透压 3 淋巴回流受阻 4 毛细血管壁的通透性 Regulation of Cardiovascular system Section Four 一、神经调节 调节方式：反射 心脏的神经支配 心交感神经 心迷走神经 星状神经节 颈交感神经节 T1-5侧角 心脏各部分 （-受体） 正性 变时 变力 变传导 胆碱能 神经 肾上腺 神经 右侧心交感神经 窦房结 正性变时作用 左侧心交感神经 房室交界 正性变传导作用 主要 右侧心迷走神经 窦房结 负性变时作用 左侧心迷走神经 房室交界 负性变传导作用 主要 延髓的迷走神经 背核、疑核 心内神经节 （换元） 心肌 （M-受体） 负性 变时 变力 变传导 胆碱能 神经 胆碱能 神经 交感神经兴奋的作用 NE 4期If 4期自动去极速度 自律性 受体 PCa2+ 慢反应细胞 0期去极速度 、幅度 传导性 Ca2+内流 收缩性 复极相K+外流 复极 不应期 配合协调HR 迷走神经兴奋的影响 ACh （M-R） Pk+ K+外流 RP 兴奋性 窦房结最大复极电位 3期K+外流衰减 自动去极速度 自律性 HR 复极K+外流 复极加快 有效不应期 AP时程 Ca2+内流 收缩力 抑制Ca 2+通道 Ca 2+内流 房室交界慢反应细胞APA 传导性 支配血管的神经 缩血管神经纤维： 均为交感神经纤维 舒血管神经纤维： 交感舒血管神经纤维 副交感舒血管神经纤维 脊髓背根舒血管纤维 血管活性肠肽神经元(VIP) 延髓心血管中枢 心迷走中枢心交感中枢 缩交感血管中区 特点： （1）紧张性(tonicity)活动 生理学中将持续性活动称为紧张。 （2）交互性抑制 交感兴奋时，迷走活动受抑制 迷走兴奋时，交感活动受抑制 （3）紧张性可随呼吸周期变化 呼气迷走兴奋，交感抑制 吸气 迷走抑制，交感兴奋 窦性心 律不齐 效应器 （心、血管） 心血管中枢 （延髓） 感受器 （颈动脉窦、 主动脉弓） 交感缩血管神经 心交感神经 心迷走神经 迷走神经 窦神经 BP搏动性变化 心 血 管 活 动 的 神 经 调 节 颈动脉窦区与主动 脉弓区的压力感受 器与化学感受器 窦神经 迷走神经 BP 颈动脉窦 主动脉弓 心输出量外周阻力 心收缩力 心率 血管 紧张度 ( 延 髓 ) 心迷走中枢紧张性 心交感中枢紧张性 缩血管中枢紧张性 外周阻力颈动脉窦 主动脉弓 BP ( 延 髓 ) 心迷走中枢紧张性 心交感中枢紧张性 缩血管中枢紧张性 血管 紧张度 心收缩力 心率 心输出量 窦神经 迷走神经 生理意义 缓冲动脉血压的波动，维持动脉血压的相对稳定。 特点： 1 当BP在60180mmHg范围内波动时才起作用 在实验中测得的颈动脉窦内压力与动脉血压的关系1mmHg=0.133kPa ） 特点： 1 当BP在60180mmHg范围内波动时才起作用 2 压力感受器对迅速变化的BP起作用，对持续变化的 高BP不敏感。 调定点 增加 减少 对照血压 平均动脉压 颈动脉窦内压 颈动脉窦内压与动脉血压相关曲线与调定点模式图 颈动脉体、 主动脉体 （化学受体） HR PO2 动脉血PCO2 pH 血液重新分布 （心、脑血流量 ） 呼吸 中枢 肺通气 HR （整体） 血流量 动脉 血压 经常性 作用 （+） 心血管 中枢 内脏、 骨骼肌 （血管收缩） 外周 阻力 应急 （+） 改善 应急 化学反射过程 二、体液调节 指血液和组织液中所含的一些化学物质对心肌 和血管平滑肌活动的调节。 全身性： 某些激素或血管活性物质随血液循环到达全身器官， 影响心血管活动，如Adr,