005章麻醉与循环.doc

第5章 麻醉与循环 循环系统生理是麻醉学的重要基础理论，目前的循环生理不仅仅停留在生理学范畴，而且已经拓展到分子生物学水平。本章主要探讨有关循环系统生理和解剖，包括心脏收缩的机理，收缩的调节及心功能的评估等。 心脏是机体的总“泵”，自个体出生前直至死亡，它始终持续工作着。一个70岁的人，如果心率平均为70次/分，其心脏在一生中大约收缩26亿次；如果心输出量是35升/分，则其心脏在一生中大约泵出12亿升血液，为机体组织提供了约96亿升的氧。因此心脏是一个可靠而经久耐用的“泵”。本章所讨论的是心肌收缩的一般机制，对老年人和婴幼儿的特殊性详见其他章节。第1节 心脏心脏有四个腔，左、右心房和左、右心室；构成左右两个并列的“泵”，每个“泵”分别由一个心房和一个心室组成，分别将血液输送到体循环和肺循环。心腔壁有三层结构，最内层是心内膜，为一层薄薄的内皮细胞；中间是心肌细胞，由一群群纵行分叉，直径约为1m的肌原纤维构成心肌纤维；最外层是心外膜，由间皮细胞构成，它也是心包膜的内层。心脏的收缩活动推动全身血液流动，将氧和养分输送给每个器官，并运走废物。体内各部分之间的各类激素和调节物质的运输，也靠心脏的活动来保证。具体过程是：体循环血液经上、下腔静脉流入右心房，通过三尖瓣入右心室，经肺动脉进入肺循环，在肺泡处进行氧二氧化碳交换后，含大量氧的新鲜血液经肺静脉至左心房，流经二尖瓣到左心室，再通过主动脉将养分运输到全身各处，以满足机体新陈代谢的需要。神经和体液反馈环路精细地调节着心脏和循环系统的功能。左右两心房的壁较薄，产生的压力也较低，处于010 mmHg之间。房间隔由胚胎期的卵圆孔衍化，是心脏最薄的部位。心脏的自律活动由窦房结和房室结产生，二者都位于右心房。在心房和心室之间是房室瓣，右侧为三尖瓣，有前、中、后三个瓣膜开向心室，构成心房至心室的单向通路，面积约811cm2。左侧为二尖瓣，有前、后二个瓣膜，面积约68cm2。心室壁较厚，产生的压力较高。血液从这里被泵入肺循环和体循环。由于左心室泵出血液所要克服的主动脉压力远远高于右心室所需克服的肺动脉压力，所以，左心室壁也远厚于右心室。在胚胎期，左右心室壁厚度的比例是1：1。出生后，随肺泡扩张，肺血管阻力迅速下降，而体循环阻力迅速升高，一个月后，左右心室壁的厚度比例为2：1，已接近成人水平。室间隔由上部较薄的膜部和下部较厚的肌部组成，膜部与房间隔相连，肌部构成了室间隔的主要部分，以及左室游离壁的一部分。正常的右室压是1530/010mmHg，左室压是100140/312mmHg。每个心室和其流出道之间有一组半月瓣。肺动脉瓣分隔右心室和肺动脉，有前、右、左三瓣，在心室收缩时开放，使血液流至肺动脉；而在心室舒张时关闭，防止血液倒流。正常肺动脉瓣的面积约4cm2。主动脉瓣稍厚于肺动脉瓣，由后、左、右三瓣组成，正常面积为34cm2。正常肺动脉压是1530/012mmHg，而正常主动脉压是100140/6090mmHg。一、心肌超微结构在细胞水平，心脏可以分为心肌组织、传导系统和细胞外连接组织，主要是胶原。心肌细胞很独特，兼有骨骼肌细胞和平滑肌细胞的特点，其形态也很特别。心肌细胞的主要成份有：细胞膜：又称肌浆膜（sarcolemma），为脂质双层结构，脂质双层中含有受体，离子通道，离子泵等以完成细胞之间及细胞和外环境之间的联系。另外还有亚细胞膜，如线粒体膜。细胞核：担负细胞生长和修复，蕴藏遗传基因。肌原纤维：由收缩蛋白构成，负责心肌的收缩功能。每一肌原纤维由若干圆柱形肌节（sarcomere）连接构成，两端比较透明，称明带（即I带，light zone），中央部分较暗，称暗带（即A带，dark zone）。细胞浆：处于肌浆膜内，细胞核和收缩蛋白周围。心肌细胞纵横相连，构成融合体(syncytium)，由闰盘(intercalated disc)分隔。肌浆膜内褶使细胞外空间延伸到心肌细胞内，包裹细胞浆，并形成横管系统(transverse tubular system)。横管系统与胞内膜结构肌浆网（sarcoplasmic reticulum）紧密连接，肌浆网是细胞内离子钙的主要储存地(图51)。根据其功能，肌浆网又可分为两类：粗面（交叉形）和滑面（纵形）。一种称为钙离子释放通道（CRC）的大型蛋白质复合体（分子量565，000 kd）位于粗面肌浆网上，并有足状突起，可能与Ca2+的流向有关。横管膜上的L型Ca2+通道与粗面肌浆网上的CRC足突很接近，当Ca2+通过L型钙离子通道内流后，立即触发了肌浆网，通过CRC释放大量的Ca2+进入胞浆，使细胞内钙离子浓度从107升高到105。另外，肌浆网对Ca2+的再聚集也有重要作用，它从胞浆中摄取Ca2+，产生新的浓度梯度，这是一主动转运过程，需要滑面肌浆网膜上的Ca2+/Mg2+-ATP泵（分子量105，000 kd）水解ATP，提供能量（图52）。在结构上，粗面和滑面肌浆网是连续的，因此从滑面肌浆网摄取的Ca2+沿浓度梯度差到达粗面肌浆网，再由后者释放至胞浆。与骨骼肌细胞类似，心肌细胞上也有Z线，划分出肌节的界限。肌节是心肌细胞收缩性的最小单位，长约22.5m。肌原纤维由许多蛋白质微丝组成，分粗、细两种。粗微丝在A带中，几乎完全由肌凝蛋白(myosin)分子组成。肌凝蛋白是一构型不对称的大分子蛋白，电子显微镜观察发现，其具有两条重链和四条轻链，分子量分别是220，000 kd和20，000 kd。到目前为止，轻链的功能尚不清楚，可能参与调节横桥的形成。肌凝蛋白分子有一个长的柱状尾部，一个铰链区和两个球形头部。头部含有ATP酶，能水解ATP释放能量，在微丝表面形成横桥，是肌凝蛋白与肌动蛋白（actin）细微丝相接触的部位。铰链区与张力形成有关。尾部由两条重链缠绕形成，与粗微丝中的其他肌凝蛋白分子结合并构成微丝的中心。细微丝的蛋白质分子由三个亚单位组成，主要为肌动蛋白（分子量43，000 kd），相互以双螺旋结构结合，另外有少量的原肌凝蛋白（tropomysin，Tm）和原宁蛋白（troponin,Tn）（图53）。细微丝的一端固定在Z线上，另一端插入A带，而相邻的细微丝构成I带。粗、细微丝相互穿插，排列规则。原肌凝蛋白是一线状蛋白质多肽链，分子量约70，000 kd，位于肌动蛋白分子的双螺旋沟内。原宁蛋白含有3个不同的多肽链亚单位:TnT、TnI和TnC，依附于原肌凝蛋白氨基末端7个单位链上，构成复合体，分别与心肌收缩机制的不同功能相关。原宁蛋白的3个亚单位中，原宁蛋白C与钙离子结合，引起一些蛋白分子构象改变，导致心肌收缩；原宁蛋白I抑制肌凝蛋白与肌动蛋白反应，形成横桥；原宁蛋白T使原宁蛋白与原肌凝蛋白相结合。TnC是小分子量蛋白质(分子量18,000 kd)，属于Ca2+结合蛋白EF臂蛋白的一种，此类蛋白都有一特殊的氨基酸序列，构成带多个氧原子的袋状结构，与Ca2+有高度特异性和亲和性。与骨骼肌细胞相比，心肌细胞的TnC 少一个Ca2+结合位点。每个肌节都有一整齐排列的粗微丝、细微丝和第三种微丝。第三种微丝由大分子量蛋白（titin）组成，分子量约30，000kd，其主要反映解剖结构的完整性和受压后的张力反应。Titin是继肌凝蛋白和肌动蛋白之后第三大含量的肌蛋白，约占肌蛋白的10，有两个主要功能区：免疫蛋白区（Ig）和PEVK区，分别反映弹性和张力特性。PEVK区含有反复重复的脯氨酸（P），谷氨酸（E），缬氨酸（V）和赖氨酸（K）残基。心肌是最坚硬的横纹肌，其坚硬性与Ig和PEVK区相关。与骨骼肌细胞不同的是，心肌细胞的细胞膜呈不连续状，这些细胞膜上有纵横交错的皱襞构成的广泛网络，在闰盘处将各个纤维的Z线连接在一起。由此将纵行纤维紧密连接，在此轴向上的张力也将在细胞间一致传递。另外，水平相邻肌纤维之间的胞膜融合或间隙连接使纤维间的去极化电位的传播通路阻力很低。间隙连接对心肌细胞的心电连贯性很重要。间隙连接的渗透性较之一般并列连接的胞浆膜呈数量级的增加。间隙连接的蛋白主要是connexin，组成相邻细胞间通道的六个亚单位。此类蛋白家族含有独特的氨基酸序列。在心肌细胞中已发现有connexin40，connexin43，和connexin45。此通道的特性（开放和调节机制）尚在进一步研究之中，现已发现此通道保持的开放时间明显长于心肌细胞膜的其他离子通道。间隙连接有效地保证了心肌细胞的同步运动，实现了细胞的完整性。心力衰竭、心肌缺血以及由各种心血管疾病引起的心肌肥厚或扩大时，心肌超微结构将发生异常改变：肌节长度在2.02.2m时心肌收缩性减退；线粒体、肌浆网结构破坏，干扰钙离子转运和三磷酸腺苷（ATP）的产生等，减弱心肌的收缩性。二、起搏传导系统正常心脏的激动起源于窦房结，是一盘状结构，大约1552mm，位于右心房的上部与上腔静脉连接处。向下传导通过三条通路：前通路起源于窦房结的头端，分为两支，一支到左心房（Backmann束），另一支沿房间隔的右侧到房室结；中结间通路（Wenckebach束）起源于窦房结的心内膜面，沿房间隔下行到房室结；后通路（Thorec束）从窦房结的尾端发出，到达房室结后侧（图54）。由窦房结发出的自主节律为60100次/分，经心房的传导速度为1，000mms-1。房室结呈钮扣状，约22103mm，位于右心房下方，冠状窦开口的前方，三尖瓣的上方，它分3个区，即上、中、下区，除中区外，均具有自律性。中间区在房室传导过程中有一延迟作用，使心室收缩稍晚于心房收缩，保证了心室充盈，心电图上表现为PR间期。正常时，房室结的自主节律为4060次/分，由于该节律较窦房结慢，故由窦房结控制心率。经房室结的传导速度转慢，约为200 mms-1。在房室结的下缘形成单独的纤维束希氏束（或房室束），然后穿过环状纤维到达肌性室间隔的上缘，成为希氏束的起点。希氏束从室间隔开始形成左束支，可分为两组：前支经室间隔前面向下到前乳头肌，然后形成浦氏纤维；后支粗短，向后到后内侧的乳头肌基底，再有分支进入浦氏网。电活动离开房室结后即进入希氏束，然后沿两束支下传。心室首先除极的部分是室间隔中部的左侧，两心室的游离壁同时去极化。由于浦氏纤维的细胞直径较大，通过浦氏网的传导速度也快于其他的心肌传导系统，约为4，000 mms-1。如此特性保证心室肌同步收缩。传导系统的某些细胞还具有发放和传导电活动的能力，称为起搏细胞。电活动从窦房结经历0.04s到达房室结，由于房室结内心肌纤维的传导速率减慢，又经0.11s电活动才传至希氏束。而从希氏束传至浦氏网的速率较快（正常时小于0.03s），故电活动从窦房结起始直至整个心脏去极化，正常不超过0.2s。在正常情况下，心搏的电活动起源于窦房结，由动作电位触发。动作电位有两种类型：快反应动作电位和慢反应动作电位。大多数心肌组织（包括心房、心室和传导系统的浦氏细胞）发生快反应动作电位；而与心肌自律性有关的起搏细胞（窦房结和房室结细胞）产生的是慢反应动作电位。窦房结产生的激动先传布到两个心房，然后经过房室结传到两个心室，称为正常窦性心律，凡偏离这种正常心律的心脏活动都属心律失常。麻醉和手术过程中影响心脏节律和传导的因素很多，通过神经系统，内分泌，电解质和体液酸碱度改变都可引起心律的变化。局麻药不同血药浓度可产生一定的心脏电生理作用，例如一定血浆浓度的利多卡因所发生的电生理效应有治疗心律失常的作用。但过高浓度则通过作用于钠离子快通道而抑制心脏的传导。又如布比卡因对心脏有明显的抑制作用，尤其是浦氏网和心肌细胞，作用于钠离子快通道可引起明显的窦性心动过缓和窦性停搏。三、心肌动作电位如前所述，心肌动作电位有快反应和慢反应两种类型，两者的静息膜电位（Vm）和决定动作电位传播速度的快速去极化过程不同。专司心肌收缩活动的工作细胞是快反应动作电位，可以分为四个时相（图55）。静息膜电位约为8090mV，这是由于离子在细胞膜两侧分布不同的结果，细胞内钾离子浓度比细胞外高，K从细胞内通过细胞膜进入细胞外，由于K的运转，使细胞内带负电而细胞外呈正电，因此静息电位主要取决于跨细胞膜的钾离子浓度梯度。除极开始，细胞膜的闸门机制Na+快通道瞬时开放（约1ms）。此Na+快通道为双重门结构（图56），当膜电位达到6070mV时激活细胞外侧的m-门（即活性门）开放，由于Na+的浓度梯度以及细胞的电荷势能梯度，使Na+迅速进入细胞内，此时带正电荷的离子从细胞外流向细胞内，细胞内呈正电（约20mV），而细胞外是负电，此时的动作电位称为0相，相当于心电图的QRS波。当膜电位达到30mV后，细胞内侧的h-门（即非活性门）关闭，阻止Na+继续内流（抑制钠通道），从而有效地结束0相。在膜电位处于0时，没有电势能促进Na+进入细胞，但浓度梯度差的作用仍使Na+进入细胞内，使细胞内产生正电荷。此Na+快通道可以被河豚毒阻断。快通道关闭后，随着Na+内流减慢，细胞内正电荷减少，复极化过程开始，称为1相。复极化的1相和平台期的2相主要由Ca2+通过L型电压依赖的慢通道内流而产生，也有少量Na+由此慢通道内流。在去极化阶段，膜电位达到30m V时，慢通道被激活，Ca2+（以及Na+）开始顺其浓度梯度内流。随着Ca2+的内流，触发肌浆网释放更多的钙离子，促使细胞内游离Ca2+结合收缩蛋白，产生收缩力。2相时，动作电位接近于等电位，细胞仍处于除极状态，相当于心电图的ST段。3相为快速复极化阶段，相当于心电图的T波。此时，钾离子通透性增加，并沿浓度梯度向细胞外流出，致使细胞内电位又呈负电，膜电位降至静息膜电位，慢钙通道和快钠通道被关闭，细胞处于绝对不应期，新的刺激也不能引起细胞去极化反应。复极化完成时，细胞膜电位接近于90mV，但细胞膜内外离子分布与去极化前不同，因为Na+进入细胞，而K流出细胞，结果使细胞内Na+浓度较高，而K浓度较低。在4相时，由于细胞膜上依赖ATP酶的Na+/K泵的作用，使Na+从细胞内流出，并将K带入细胞内（6：3的比例），恢复去极化前的离子状态。去极化开始时的静息膜电位（4相）水平，是决定电活动向其他细胞传导的重要因素。4相电位负值越小，0相升高速度越慢。对慢反应动作电位而言，细胞的静息膜电位大约是60mV。缺乏快Na+通道的活性，去极化的产生机制类似于快反应动作电位的2时相，主要是Ca2+和Na+的缓慢内流。其他时相的作用机制两者类似，只是绝对不应期在慢反应动作电位中的时间更长。起搏细胞的动作电位和心肌细胞明显不同（图57），具有自律性，动作电位的一个重要特点是4相不在一恒定的水平，有一缓慢的自主去极化，称前电位或起搏电位。4相时少量的Ca2+和Na+进入细胞，K外流减少，静息膜电位负值减小。4相的坡度是影响电活动频率的一个重要因素。坡度越陡，则起搏细胞的激动频率越快；反之，坡度越小，频率越慢。兴奋交感神经系统（或儿茶酚胺释放增加）使4相坡度变陡，自律性增强；兴奋副交感神经系统则结果相反。通常用的抗心律失常药，如利多卡因、普鲁卡因酰胺、奎尼丁和苯妥英钠等均能使4相坡度减小，即舒张期自动去极化频率降低。四、心肌收缩原理心肌收缩的基本过程源于Ca2+激活肌凝蛋白分子头部与肌动蛋白相交部位之间的横桥。当心肌细胞膜除极时，电活动经过横管系统进入细胞内，引起主要贮存于肌浆网的Ca2+释放，Ca2+浓度升高达105mol/L后Ca2+与原宁蛋白C结合，解除原宁蛋白I的抑制作用。接着原肌凝蛋白使肌凝蛋白头部的横桥移向肌动蛋白，并与之结合，致使肌动蛋白向A带中央滑行，造成肌节长度缩短，整个心肌产生收缩（图58）。当心肌细胞膜复极时，Ca2+离开原宁蛋白C进入肌浆网，细胞内Ca2+浓度低于107mol/L，致使原肌凝蛋白又覆盖肌动蛋白的结合处，肌动蛋白离开A带中央，故肌节长度延伸，整个心肌处于舒张状态（图59）。肌动蛋白和肌凝蛋白的结合所需的能量，由Ca2+激活肌凝蛋白头部的三磷酸腺苷，使ATP水解为二磷酸腺苷（ADP）和高能磷酸键而产生。因此心肌收缩性取决于肌浆网Ca2+的运转、线粒体产生ATP和肌凝蛋白ATP酶活性的程度。心肌缺血、肥厚和心肌有病变时，心肌收缩力减弱，因为：肌浆网对Ca2+摄取和释出减少；肌凝蛋白ATP酶活性降低；心肌细胞内线粒体减少，能量的提供减少。心肌收缩过程中，肌动蛋白和肌凝蛋白相互重叠的程度极为重要。根据Starling心脏定律，静息时肌原纤维的长度与心肌收缩力有关。因此，静息时肌动蛋白和肌凝蛋白重叠越多，也即原纤维长度越短，则肌原纤维产生的力越小；反之，肌动蛋白和肌凝蛋白分离过度，两者之间相互交叉不合适，也影响心肌的收缩性。因此，静息时粗细微丝应有合适的长度，两者之间应达到最有效的相互交叉，使心肌收缩性处于最佳状态，心肌纤维静息时的最适长度为2.02.3m。五、心肌代谢心肌代谢的主要目的：产生能量，微持细胞内外离子一定的浓度梯度，保证细胞完整性；产生能量，实现心脏不停息的泵血功能。代谢的主要底物是葡萄糖、乳酸及游离脂肪酸（FFA）等，产生可直接利用的能量ATP及肌酸磷酸，满足心肌化学和机械功的需要，即离子转运和心肌收缩。ATP释放能量受贮存在肌凝蛋白分子头部的ATP酶调节。ATP酶对Ca2+很敏感，当Ca2+浓度升高时，ATP经水解释放能量。肌酸磷酸通过肌酐磷酸酶的催化作用迅速转化为ATP。此外，心肌内含有肌激酶，使ADP直接产生ATP。ATP水解速度是决定心肌收缩速率的主要因素。心肌缩短的最大速率与肌凝蛋白ATP酶活性有非常明显的相关性，故影响酶活性的因素均可影响心肌功能。由于禁食病人血清中游离脂肪酸浓度升高，所以此类病人的心肌细胞主要代谢游离脂肪酸和葡萄糖，而FFA又抑制细胞对葡萄糖的利用，使心肌主要代谢FFA。血液中FFA主要与白蛋白结合，而心肌细胞有白蛋白受体，为代谢FFA提供了条件。大约6070的氧由FFA利用，葡萄糖仅利用3040。FFA为脂溶性，能自由通过细胞膜进入胞浆，在胞浆中经硫激酶催化生成乙酰辅酶A衍生物，后者再进入线粒体经三羧酸循环后氧化产生ATP。 线粒体是进行物质代谢，提供ATP能量的主要场所，占心肌细胞容量的23，由此反映了ATP对心功能的重要性。线粒体为双层膜结构，内层膜有很多皱褶，其上含有大量与有氧代谢和细胞色素循环有关的酶，FFA和葡萄糖的代谢中间物在线粒体中被进一步分解。还原尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和还原黄嘌呤二核苷酸（FADH）参与了电子转运链。葡萄糖和FFA是初级底物。葡萄糖在有氧情况下经糖酵解产生丙酮酸，在无氧条件下产生乳酸。丙酮酸进入线粒体进行柠檬酸循环，被分解为二氧化碳、水，同时产生ATP。线粒体内膜上有丙酮酸脱氢酶，丙酮酸在其催化下生成乙酰辅酶A和NADH，乙酰辅酶A通过柠檬酸循环后被氧化，生成NADH、FADH2和2份ATP，此过程称为底物水平磷酸化。NADH和FADH2又进入呼吸链，在有还原当量 (一个还原当量就是一份H+e-)的环境中被氧化。其氧化磷酸化的基本方程式如下： NADH H O NAD H2O ，同时藕合ADP的氧化： 3ADP 3Pi 3ATP因此一份氧原子能产生3份ATP，即磷/氧（P/O）是3。但不同底物产生的P/O比例在2.833.17之间。氧在代谢过程中起电子受体的作用，保证电子转运链循环的顺利进程。（图510）1mol葡萄糖经过三羧酸循环产生38molATP。虽然ATP合成能来自无氧代谢，但1mol葡萄糖分解为乳酸却只产生2molATP。脂肪酸经过氧化作用效果最佳，1mol棕榈酸盐能产生8mol乙酰辅酶A和35molATP，而8mol乙酰辅酶A又经三羧酸循环再产生96molATP。葡萄糖进入心肌细胞需要胰岛素，糖原形成也需要胰岛素，胰岛素还抑制甘油三酯的分解，故胰岛素有利于甘油三酯的贮存。葡萄糖透过细胞后，在糖酵解过程中，经磷酸果糖激酶的催化作用，将6果糖磷酸盐转化为1，6二磷酸果糖。而磷酸果糖激酶又受ATP的控制，若ATP的水解速度超过合成，则ADP和单磷腺苷（AMP）增多，促使磷酸果糖激酶形成。缺氧时，糖酵解增加，而脂肪分解受抑制。麻醉药都能直接抑制心肌细胞的收缩功能，其作用机理是多方面的，例如乙醚能干扰Ca2+、葡萄糖透过肌浆网；氟烷、戊巴比妥酸盐抑制线粒体摄取Ca2+，氟烷还抑制葡萄糖透过肌浆网。但给胰岛素能增加心肌细胞摄取葡萄糖。此外，麻醉药可抑制ATP的合成和转化。氟烷还能抑制葡萄糖磷酸盐异构酶的活性和糖酵解作用，也抑制脂肪酸氧化作用。因此，麻醉药既抑制无氧代谢的糖酵解，又干扰其他物质代谢的氧化作用。最近研究的结果表明，挥发性全麻药都不同程度地抑制心肌收缩、扩张微动脉、降低冠脉血流储备，增加心肌对儿茶酚胺的敏感性，其机理主要是：当心肌除极时，全麻药使Ca2+进入细胞减少，改变了Ca2+释放的动力学和Ca2+通过肌浆网，从而降低收缩蛋白对Ca2+的敏感性。但有研究证明：七氟烷虽然降低心脏灌注压和冠脉血流，对心肌收缩有一定抑制作用，但同时降低心肌耗氧，心肌氧代谢平衡仍能维持，而且不干扰缺血心肌血流分布，对缺血心肌供血的影响与正常心脏无明显差异。因此，与其他常用吸入麻醉药相比，对心肌缺血病人具有一定优越性。静脉全麻药则通过降低心肌细胞内Ca2+浓度，使心肌在收缩过程中得不到足够的Ca2+，而产生心肌抑制作用。其降低Ca2+的途径包括：抑制细胞外Ca2+的跨膜内流；增加心肌细胞膜系统结合Ca2+的能力；抑制肌浆网对Ca2+的摄取，使肌浆网内Ca2+储存量减少；抑制肌浆网Ca2+的释放；减慢肌浆网Ca2+从摄取部位向释放部位的转运。至于抑制线粒体功能使能量生成障碍，可能不是静脉麻醉药抑制心肌作用的原因，至少不是主要原因。目前尚无足够证据证实静脉麻醉药能降低收缩蛋白对Ca2+的敏感性，对心肌收缩蛋白有直接的抑制作用。六、心动周期每一次心房和心室收缩和舒张的过程即构成一个心动周期。每一个心动周期中，先见两心房收缩，继而心房舒张；当心房开始舒张时，两心室也几乎同时收缩；然后心室舒张，接着心房又开始收缩。成人心率若为每分钟75次，则每一心动周期平均为0.8s。若心率增快，心动周期即缩短，且舒张期的缩短更为显著。若心率增快达180次/分，心动周期明显缩短，为0.33s，特别是舒张期缩短更多，致使心室充盈大为减少，心排血量明显下降。（一） 心房心动周期中，正常心房压力曲线呈三个正向波。心房收缩，心房压升高，压力曲线呈正向a波。当心室收缩开始，房室瓣关闭，又使心房压力升高，压力曲线呈正向c波。心室收缩期后半阶段，房室瓣仍关闭，周围静脉血液回流入心房，心房压力升高，压力曲线呈正向v波。心房收缩发生在心室舒张期末，心房内血液射入心室，其容量为心室总充盈量的30。因此，在心房颤动或心房收缩无力时，心室充盈减少。一般通过代偿作用不致发生严重心功能抑制，但在运动或应激状态时，若心房收缩消失，心排血量将明显减少，以致发生心衰。心房舒张期几乎贯穿在整个心室收缩期和舒张期中。（二） 心室1等容收缩期 相当于心电图R波顶峰时心室开始收缩，室内压力升高。由于房室瓣和半月瓣均关闭，心室肌纤维长度和容积均未改变，仅有压力或张力的变化，故称等容收缩期。2快速射血期 当心室继续收缩，室内压力不断升高，超过主动脉压和肺动脉压，使半月瓣启开，心室内2/3容量迅速射入主动脉和肺动脉，室内容积迅速下降。此期约0.11s。3减慢射血期 当主动脉和肺动脉压力曲线达最高峰时，心室开始舒张，血流继续从心室流向主动脉和肺动脉，但流速减慢，故称减慢射血期。心室容积继续下降达最低值，此期历时0.14s。4舒张前期 心室舒张开始，心室内压力急骤下降，当主、肺动脉压超过心室内压，两侧半月瓣关闭，产生第三心音，此期历时0.03s。5等容舒张期 当主动脉瓣关闭后，由于动脉弹性回缩，主动脉压下降后又回升，当心室内压力继续下降到达低于心房内压时，房室瓣开放。从半月瓣关闭到房室瓣开放，心室内压力迅速下降，心室内容量变化很小，故称等容舒张期，历时0.06s。在心室射血期中，心室射出的血量约相当于舒张期容积的5060，因而在等容舒张期心室内仍有部分血液。6快速充盈期 在心室舒张期初1/3阶段，房室瓣开启后，心室内容积迅速增加，由于心室内压力低于心房内压，致使心房和大静脉的血液快速大量流入心室，约占整个心室充盈量的2/3。此期历时0.11s。左心室充盈受许多因素的影响，诸如心包膜、心室壁厚度以及心肌弛张程度等（表51）。7舒张后期（减慢充盈期） 静脉回心血液经心房回流入心室的速度逐渐减慢，心室内充盈不断增加。接着心房又开始收缩。此期历时0.2s。在实验室和临床上使用各种方法，测定和描计心动周期过程中各期的时相和压力等，有助于估价心功能（图511）。计算各期时相可以指导进行主动脉内囊反搏泵等的治疗。表51 左心室充盈的决定因素外因心包膜右心室胸膜腔和纵隔内压力冠状血管容量左心室物理性质左心室腔面积容量、室壁厚度室壁结构（瘢痕组织、淀粉样变）心肌弛张程度负荷活动受制弛张不均匀（暂时性、部分性）心动周期也可用反映容量与压力关系的环形图来显示（图512）。容量压力环包括4相。AB段起始于舒张末期，血液从肺循环和体循环分别回流入左心房和右心房，随着回流量的增加，房内压逐渐升高，当房内压大于心室压力时，房室瓣开放，血液从心房流入心室，心室压迅速上升，当注入约75的心室容量时，房室压基本平衡，此时窦房结去极化并沿结间束传播动作电位（ECG图中的P波），使心房收缩，将另外25的血液注入心室。AB段的斜率与心房壁的弹性或顺应性有关。某些病理条件如：心肺转流术后，冠脉狭窄或心肌梗死引起的左室肥大，使室壁顺应性下降，阻碍了心室灌注，此时，心房收缩对获得足够的心室灌注非常重要。当动作电位从房室结传播至浦氏纤维，心室开始收缩，至心室压大于心房压后，房室瓣关闭，在ECG图上表现为R波结束（B点），心室的等容收缩期对应于B至C曲线。随着心室收缩，室内压力也逐步上升，当心室内压力大于肺动脉压或主动脉压时（C点），肺动脉瓣或主动脉瓣开放，血液进入肺循环和体循环。CE段为心室射血期，又分为快速射血期（CD段）和慢速射血期（DE段）。心室射血开始后左右心室内的压力逐步下降，直至肺动脉瓣和主动脉瓣关闭（E点），心室舒张开始。EA段表示等容舒张期，此期间传导系统和心肌细胞复极化，处于相对不应期，ECG表现为T波结束。心室内压继续下降直至低于左右心房压，三尖瓣和二尖瓣开放，又回复至A点，开始下一个心动周期。近年有许多报道认为容量-压力环可进行心功能研究，又可解释心脏病病理生理变化等。七、心排血量 心排血量（CO）指心室每分钟输出到周围循环的血量。心室每搏输出的血量称为每搏量（SV），是心室舒张末期容量与收缩末期容量之差。心率是每分钟的心跳次数，主要受自主神经系统影响。心肌收缩性是指排除其他影响因素前提下，心肌固有的变力性，受细胞内钙离子浓度和心肌顺应性的影响，。故心排血量（CO）每搏量（SV）心率（HR）。正常成人70公斤，当心率为80次/分时，每搏量为6080ml，心排血量平均为56L/min。由于心排血量与体表面积有关，比较不同身材大小病人的心排血量常采用心脏指数（CI）CO/体表面积（BSA）。70公斤成人CI为2.53.5L/minm2。传统测量心排血量的方法依据Fick的质量守恒定律，即静脉回心血液中的氧含量（q1）与通过肺泡进入血液的氧含量（q2）之和等于动脉血的氧含量（q3），具体方程式如下： q1 + q2 = q3即 CO O2静脉 q2 = CO O2动脉 CO q2 / (O2 动脉 - O2 静脉)其他测定心排血量的方法还有染料指示剂方法。静脉注入吲哚花青绿，计算其在动脉中的稀释曲线下面积，得出心排血量。此方法的主要缺点是染料的再吸收，需要外推稀释曲线的下降斜率，以便得出曲线下面积。如果反复注入染料，血液中会存留一定的染料，影响计算的精确性。但利用此缺点却能计算动静脉分流。当染料因重吸收再次通过心脏时，会在初次稀释曲线峰值之后产生重吸收峰。如果有右向左的分流，则初次吸收峰值升高，且重吸收峰值提前。而左向右分流表现为初次吸收峰值下降，且重吸收峰值降低并延迟出现。另一种无创方法是多普勒超声，利用超声技术计算通过主动脉瓣横截面的血流速率。尽管有研究证明此方法与其他方法有很好的相关性，但其可靠性的不足仍限制了临床应用。目前常用的是温度稀释法。单次注入4或室温的生理盐水/右旋糖苷，通过电热传感器计算心脏内血液温度的变化曲线，同样通过曲线下面积反映心排血量。尽管此方法仅计算通过右心室排出的血量，但一般认为左右心室的排血量相关性良好。此方法的影响因素包括：动静脉分流、注射液的性质、注射的速度、基础体温等。心排血量的调节心排血量的影响因素很多，包括静脉回心血量、外周血管阻力、周围组织需氧量、血容量、体位、呼吸方式、心率和心肌收缩性等。但决定心排血量的主要因素有二：心率和每搏量。（一）心率的调节心率快慢主要取决于窦房结的自律性。正常青年人约70100次/分，随年龄增长而减慢，公式：正常心率118次/分0.57年龄。心率受内因和外因的支配，内因即窦房结的自律性；外因为神经和体液。前已述及，交感和副交感神经自主调节窦房结和房室结，调节不同生理反应中心率的变化，机体在不同年龄和环境中产生的变化也不一样。交感神经影响心率是通过颈交感神经节（上、中、下星状神经节）和心胸加速神经（胸14），影响窦房结、房室结和心室肌等传导系统。副交感神经是通过迷走神经分布到窦房结和房室结的神经纤维影响心率。兴奋副交感神经，释放乙酰胆碱，激活毒蕈样胆碱能受体，使起搏细胞超极化，并减慢4相除极速率，4相去极化坡度减少，从而减慢心率。兴奋交感神经，释放去甲肾上腺素，激活受体，使窦房结起搏细胞4相去极化坡度增加，从而增快心率。心率的改变受两种自主神经的共同支配。在应激状态下交感神经兴奋，则伴有副交感神经的抑制。正常成人在静息状态下以副交感神经支配为主。在某些特定情况下（如心脏移植或药物阻断）去除两类神经的支配后，心脏固有的节律才表现出来，此时心率约105次/分。现已发现心房中参与调节心率或心脏容量的副交感神经反射受体有三种。A受体在右心房中分布于上下腔静脉交界处，左心房中位于肺静脉交界处，受有髓鞘的迷走神经传入纤维支配。其对心率变化的反应大于心房容量的变化，在正常心动周期的a波时相内持续发放冲动。B受体分布位置与A受体相似，并且也受到有髓鞘的迷走神经传入纤维支配，但其对心房伸展性和心室容量改变的反应性大于对心率改变的反应，在收缩晚期的v波时相内发放冲动。此两类受体在心房收缩时被抑制，但在心动过速时（房内压升高速率加快）被激活。C类受体受C型副交感纤维支配，当心房内压改变大于23mmHg时产生反应。但在一般情况下其反应性较低，激活速率也慢于B受体。心室中也有受体接受有髓鞘迷走神经传入纤维的支配，分布于整个心室和冠状动脉，对心动过缓和低血压或者心血管交感神经反射刺激产生的压力改变都有反应。对心室压力升高速率的改变尤其敏感，在心室射血伊始产生冲动，参与副交感神经刺激产生的心肌镇静作用。另外还有两类受体接受无髓鞘迷走神经传入纤维的支配：对辣椒素或藜芦定起反应的化学受体，以及对主动脉和心室收缩起反应的物理受体。大多数交感神经传入纤维是无髓鞘的，但在心房中发现了有髓鞘和无髓鞘两种纤维，并且对机械性和化学性刺激（如钾离子和缓激肽）都有反应。心室中有髓鞘神经纤维也对两种刺激都有反应，在心室压力增加或血管活性肽（缓激肽和藜芦定）刺激情况下冲动增加。心脏病病人体内心肌贮存的儿茶酚胺减少，压力感受器反射机制异常，均可影响心率的调节。（二）每搏量的调节每搏量受心肌纤维缩短程度的影响，是测定心功能的指标之一。决定每搏量的因素有四个方面即前负荷、后负荷、收缩性和心室壁异常活动。1前负荷 是舒张末期心肌纤维长度，与心室内容量有关，受静脉系统容量、心室顺应性，胸内压力、心包膜腔压力、静脉张力等因素影响。在完整无病变心脏中，前负荷常以左心室舒张期末压力（LVEDP）表示。临床上应用飘浮导管进行血流动力学测定，并用温度稀释法测心排血量等，运用这些数据即描绘出所谓Starling心功能曲线（图513），反映LVEDP和CO的关系。曲线向上、向左移动，提示在较低的充盈压力下，能完成更多的功，表示心肌收缩性增加；反之，曲线向下、向右移动，表示心室充盈压力较高，作功减退，心功能受抑制。因此当心率恒定时，在一定范围内，前负荷与CO的变化呈正比。临床上测定LVEDV十分困难，即使借助于心室腔造影术、核扫描和经食道超声心动图等方法，也仅取得双维的近似值，还不能代表真正的LVEDV。若心室内压力与容量关系恒定，则可通过测定左心室舒张末压（LVEDP）了解前负荷的变化。但正常情况下心室的顺应性呈非线性（图514），并受许多因素影响，诸如心室壁增厚强直使顺应性降低。在缺血性心脏病或主动脉瓣狭窄的病人，左心室的顺应性左移（图514），左心室内容量稍有增加，即引起左心室充盈压力明显增加（顺应性降低）。主动脉瓣关闭不全，或心内直视手术病人使用心脏停跳液后，停止人工心肺机即刻，左心室充盈量剧增，而左心室压力升高很小（顺应性增加）。由此可见，当心肌顺应性异常时，左心室压力不能准确反映左心室舒张末容量。二尖瓣正常患者，在进行心脏手术时，可通过左房压（LRP）来反映左心前负荷，同时也能较好地反映LVEDP。目前临床上使用飘浮导管测肺小动脉楔压（又称肺毛细血管楔压，PAWP），也能间接提示左房压力的变化。中心静脉压（CVP）反映右心前负荷，当左、右心室功能良好时，CVP变化能反映心功能，若左、右心室功能有明显差异时，用CVP读数来反映左心室充盈压可造成严重错误，在这种情况下，左、右心室的前负荷和左、右心室功能曲线常不相等，甚至变化也并非平行（图515）。2后负荷 是指左心室射血时，心肌壁所面临的应力。主动脉正常情况下，后负荷就是左心室射血时的阻抗，即等容收缩期和射血期间心室肌纤维收缩产生的张力。它受心室容量、室壁厚度、外周血管阻力等因素影响。临床常测定平均动脉压（MAP）反映后负荷，但确切地说测定体循环阻力（SVR）更能反映后负荷。因为MAP取决于每搏量和左心室射血时的阻抗，MAP升高，提示左心室射血时阻抗增高，因此计算体循环血管阻力以反映后负荷比测量MAP更为确切。通过无创性或有创方法测定CO、MAP等，即可计算SVR，其公式为：SVR 8（MAPCVP）/CO正常值为90150kPaS1L-1。而右心室的后负荷取决于肺血管阻力（PVR），计算PVR的公式为： PVR 8（PAPLAP）/CO式中PAP为平均肺动脉压，LAP为左房压，通常LAP与PAWP相当，PVR正常值为515 kPaS1L-1。上述两个公式都表明心排血量与后负荷呈反比，由于右心室壁比左心室薄，故右心室对后负荷变化更敏感。但无论左心室或右心室，在功能不全时，后负荷急剧升高，均导致CO明显下降，常见于麻醉期间心肌受抑制时。临床上，若出现SVR或PVR升高，均可采用扩血管药降低后负荷治疗，以提高CO，改善组织灌流和心功能。 3. 收缩性 是心肌固有的变力特性，不受其他心输出因素的影响，而与细胞内钙离子浓度和心肌顺应性有关。心肌顺应性又决定了心室充盈能力。若前、后负荷都恒定不变，则每搏量能反映心肌收缩性的状态。反映心肌收缩性的指标包括：单位时间内心室压力的变化速率（dP/dt）；射血时心肌纤维的平均缩短速率；心脏压力容量环；力速率曲线等。射血分数为每搏量除以左室舒张末期容量，正常成人为6070，如果低于40则心肌收缩性严重不良。由于窦房结由胚胎期的右侧结构发展形成，如主要受右侧迷走神经和星状神经节的支配，而左侧心脏主要受左迷走神经和左星状神经节支配。左迷走神经末端接近房室结，对传导产生不同程度的抑制；而左交感神经在心外膜上纵横分布，构成广泛的网络系统，并沿冠脉穿透心肌。因此心脏加速纤维通过左星状神经节释放的交感肾上腺活性主要对心肌收缩性产生作用，而加速纤维通过右星状神经节的交感肾上腺活性主要对心率起作用。心房组织中去甲肾上腺素的浓度大约是心室的三倍，也反映出交感神经对心脏不同部分支配的差异。在心脏移植中，去神经心脏的组织中几乎没有去甲肾上腺素。刺激受体，增加环磷腺苷（cAMP），从而增加心率和心肌收缩性（图516）。具体过程为：交感节后神经末端释放神经递质去甲肾上腺素，结合受体后使兴奋性鸟苷酸结合调理素偶合蛋白（Gs）构象改变。G蛋白是一类同源结构的蛋白质家族，有、和三个亚单位，不同蛋白亚单位的分子量和功能都不同。Gs蛋白通过受体与腺苷酸环化酶偶合，当受体被激活后，亚单位（分子量43，000 d）从Gs蛋白的复合物上分离，同时释放三磷酸鸟苷，随后亚单位又刺激腺苷酸环化酶增加细胞内cAMP水平。cAMP作用于特定的蛋白激酶，使细胞内功能蛋白磷酸化，尤其那些与肌浆网有关的蛋白，最终使细胞内钙离子浓度升高。激活1和2受体都有增加心率和心肌收缩性的作用，但1受体对心率增加的影响更显著，而2受体对平滑肌松弛的效果更显著，此特性在控制哮喘或早产儿的反应性气道疾病中很有用。如前所述，尽管副交感神经对心室的支配作用不如交感神经，但刺激副交感神经对心肌收缩性也有影响。其中副交感神经递质乙酰胆碱所起的具体作用尚不清楚，但最终能降低cAMP水平。乙酰胆碱与心肌细胞毒蕈碱样受体结合后产生双重效果， 一方面激活鸟苷酸环化酶增加cGMP水平，从而促进cAMP的降解（也许是通过激活磷酸二脂酶途径）；另一方面通过抑制性G蛋白（Gi）抑制腺苷酸环化酶，减少cAMP合成。Gi蛋白也是G蛋白家族之一，与Gs蛋白类似，通过毒蕈碱样受体与腺苷酸环化酶偶合，当亚单位（分子量41，000 d）复合物分离后对腺苷酸环化酶产生抑制作用。另外，副交感节后神经末梢与交感节后神经末梢很接近，前者释放乙酰胆碱能抑制后者释放去甲肾上腺素，从而减少受体的刺激，最终降低cAMP水平。增强心肌收缩性的因素是：兴奋交感神经能直接增强心肌收缩性，又使心率加速；抑制副交感神经，使心率增快；使用增强心肌收缩性的药物，如强心甙等，各种药物的作用机理不同。地高辛通过抑制Na+-K+、ATP酶间接地减少细胞内Ca2+；而氨利酮通过抑制二磷脂酶增加心肌细胞内的环磷腺苷（cAMP）；胰高血糖素通过激活特殊的非肾上腺素能受体，增加细胞内cAMP，使心肌收缩性增强。正常时交感神经系统的活性对心肌收缩性影响最为重要，交感神经纤维支配心房、心肌传导系统，除增加心率外，由于释放去甲肾上腺素，兴奋1受体，使心肌收缩性增加。拟交感药物如肾上腺素，通过激活1受体，可增强心肌收缩性。抑制心肌收缩性的因素有：兴奋副交感神经，心肌收缩性减弱，心率减慢；通过阻滞肾上腺素能受体抑制交感神经，或阻断儿茶酚胺作用；使用肾上腺素能受体阻滞药；心肌缺血或梗死；心肌本身病变，如心肌病等；低氧血症和酸中毒。大部分麻醉药和抗心律失常药均可抑制心肌收缩性（负性肌力作用）。心肌电活动和收缩有赖于Ca2+，心衰或心肌缺血时肌浆网对Ca2+摄取和释放减少，抑制心肌收缩。根据Starling机制，心肌纤维长度增加，产生的心肌张力也增加。产生最大张力的肌节长度是2.02.3m，此时粗、细纤维之间收缩蛋白充分结合。小于此长度，肌原纤维被过多重叠，妨碍了横桥的形成；反之，大于此长度，横桥形成不够充分，导致心肌收缩不良。当肌节长度超过3.6m时粗、细肌丝间已无横桥形成，心肌纤维张力为0（图517）。近10年，发现有些充血性心力衰竭病人的症候主要由于心脏舒张期功能紊乱所致，病人表现为不同程度的充血性心力衰竭，但左心室收缩功能正常或甚至增强。因此，估价这些病人心功能时应注意等容舒张期和心室充盈期，而后者又分为早期（快速充盈）和后期（缓慢充盈）。4 左心室壁运动异常 左心室壁局部有异常活动，可呈现收缩性低下，收缩消失以及收缩失常。心肌壁出现活动失常能使前后负荷、每搏量和收缩性均降低，其严重程度与活动失常的范围和数量有关，常见于冠心病和二尖瓣狭窄病人。5 瓣膜功能异常 4个瓣膜任何一个出现狭窄或关闭不全，或两者兼有，就可导致瓣膜功能异常。房室瓣狭窄（如二尖瓣狭窄），由于前负荷减少，致使SV下降。而半月瓣（主动脉或肺动脉瓣）狭窄，因后负荷增加，能使SV下降。反之，瓣膜关闭不全时，由于心室每次收缩均产生返流，既使前负荷、心肌收缩性以及室壁活动均无明显改变，但有效SV仍下降。心排血量增加的原因是：心率加快（在保证有足够心室灌注量的前提下，一般心率最快不超过160次/分）；左心室容量增加（即前负荷增加）；回心血量增多；外周血管扩张所致后负荷减少；动静脉瘘；内、外源性儿茶酚胺增加。心排血量减少的原因是：兴奋副交感神经、心率变慢；前负荷降低；后负荷增加；心肌收缩性减退等。八、心室功能临床上常通过描绘心功能曲线和心肌收缩性各项指标评估心室功能。心功能曲线它是由心排血量，或通过心排血量计算的参数，以及心室充盈压所构成的曲线。测左心室功能曲线时，横轴为PCWP数值，纵轴为左心搏出功等参数；描绘右心室功能曲线时，横轴为CVP，纵轴为右室搏出功等（图513）。心肌收缩性增强，则曲线向上、向左移位；心功能受抑制，曲线向下、向右移位。因此心功能曲线能用以：指导麻醉和手术时、手术后治疗心血管功能异常；有助于了解心衰病人使用血管扩张药和正性肌力药的效果；在心内直视手术体外循环转流结束后为治疗提供方案；指导应用主动脉内囊反搏泵。有研究者证实，舒张期改变会对心功能产生很大影响，一些病理状态可直接影响舒张功能，如：心肌缺血或心肌肥大，也间接影响收缩功能。舒张是一复杂过程，分为四期：等容舒张期；快速心室灌注期；心休息期或慢速灌注期；心房收缩期。每一期都有独立的机制，但又互相影响（图518）。 测量舒张期功能有许多方法，大都属有创监测。其中包括左心室压的最大下降速率，负dP/dt的最大值。但此值受心室内压的最大值，负荷量等影响，并且仅能作瞬时监测，从而忽略了舒张期其他许多监测值。另一指标是压力下降速率，其反比T是左室压从最大dP/dt以指数衰减向其渐近线接近的时间常数（图519）。T增加表示舒张期延长。挥发性麻醉药或心肌缺血时T值延长。与T值有关的机制包括肌浆网对Ca2+的吸收，Ca2+与T