循环邱一华

第四章 血液循环THE BLOOD CIRCULATION,本章主要讨论心脏的泵血功能及生物电现象；血管的功能；心血管活动的调节。,第一节 心脏的泵血功能,心肌收缩的特点,1.对细胞外Ca2+的依赖性 “钙触发钙释放”,2. “全或无”式的收缩,一、心动周期（ cardiac cycle）,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。心缩期和心舒期 (Systolic period and diastolic period ）心动周期的长短与心率有关。（如图）,二、心脏泵血过程,（一）心室的射血和充盈过程,以左心为例分析心脏的射血和充盈过程。通常以心房开始systole来描述一个cardiac cycle的起始点。（如图）,心脏解剖结构复习,心脏解剖结构复习,由此可见： 两房、两室的活动基本室同步的，不会出现房室同时收缩，保证了心室腔内血液充盈顺利进行。 心室收缩期心房收缩期，这是由于心脏泵血功能主要由心室完成。 舒张期收缩期，这样心脏每次活动后有足够的时间休息。 当心率增快时，心动周期将缩短，心缩、舒期均缩短，但心舒期缩短更显著，适当减少血液充盈量及休息时间，从而保证心脏射血时间不至太短。,心房收缩,全心舒张期,（二）左心室泵血机制,上述过程可以用一表加以总结：如表,驱动血液在相应腔室之间流动的主要动力是压力梯度，而产生压力梯度的主要原因是心室的收缩和舒张。瓣膜起到良好的配合作用，引导血液向固定方向流动。,（三）右心活动的特征,唯一明显的区别是右心室的压力升高水平比左室低得多。,（四）心房在心脏泵血功能中的作用,临时接纳和储存血液-心室收缩期血液从静脉返回心室的一个通道-全心舒张期(心室舒张早、中期)初级泵-心房收缩期(心室舒张后期),三、心脏泵血功能的评定,（一）心脏的输出量（ cardiac output）,1.每搏输出量（ stroke volume）和每分输出量（ minute volume，cardiac output）,定义、简称、健康成年男性静息状态下的正常值,2.心指数（ cardiac index）,定义、公式：cardiac indexL/min.m2=cardiac output(L/min)/body surface area(m2)。正常值,（二）射血分数（ ejection fraction）,定义、正常值、生理意义,（三）心脏作功量（ cardiac work）,搏功（stroke work）=搏出量射血压+动能（很小可略） =搏出量(L)（平均动脉压左房平均压） (mmHg) 13.6(g/cm3) 1/1000 9.807 最后单位为J,四、心脏泵血功能的调节（影响心输出量的因素）,（一）搏出量的调节（stroke volume),（1）心泵功能的自身调节autoregulationStarling机制 即前负荷（心肌初长度或心室舒张末期容量）对搏出量的影响。具体表现在每搏输出量多少由静脉回心量多少所决定。其机制与骨骼肌相似，但也表现出自身的特殊性，可从心功能曲线来分析。,1.心肌收缩的“全或无”现象,2.搏出量的调节,指心脏自身对泵血功能的调节。通过改变搏出量和心率来实现的。,心功能曲线大致分为三段：充盈压（1215mmHg)是人体心室最适前负荷，位于左侧一段为功能曲线升支，它与骨骼肌长度-张力曲线相似，均表明当前负荷-初长度未到达最适水平之前，搏功或等容峰压随长度的增加而增加。但通常左室充盈压为56 mmHg说明心室具有较长的初长度贮备。充盈压1520mmHg范围内，曲线逐渐平坦，说明该段变动对泵血功能影响不大。充盈压20mmHg以后，曲线呈平坦状或轻度下倾，但并不出现明显的降支，说明正常心室充盈压即使超过20mmHg，搏功不变，只有在严重病变的心脏，功能曲线才出现降支。,前负荷是心室舒张末期的血液充盈量来决定的。,心脏自身调节的生理意义在于对搏出量进行精细的调节。,心室舒张末期充盈量,心室射血后剩余血量,静脉回心血量,心室舒张充盈持续时间(心率),静脉回流速度（取决于外周静脉压与心房、心室压差）,（2）后负荷（afterload）对搏出量的影响,心肌收缩时的afterload是指动脉血压而言的。在心率、心肌初长度和收缩能力不变的情况下：,但在整体，可通过Starling机制和contractility改变使Stroke volume 回调至正常。,（3）心肌收缩力(Cardiac contractility)的改变对搏出量的调节,Cardiac contraclity是指心肌不依赖于其前负荷而能改变其力学活动（包括收缩的强度和速度）的内在特性。凡是影响兴奋收缩藕联过程中各个环节的因素都能影响收缩能力，其中肌凝蛋白横桥尖部ATP酶活性和活化横桥数是控制收缩能力的主要因素。,兴奋时 Ca2+i和肌钙蛋白对Ca2+的亲和力,（二）心率对心泵功能的影响,1. 在一定范围内，心率加快可增加每分心输出量。2.心率超过180次/分，心室充盈时间过短而充盈量减少，导致搏出量减少，因而心输出量下降。3.心率低于40次/分，心输出量也减少，这是因为心舒期虽然延长，但心室充盈已接近最大限度，不能再进一步增加搏出量。,五、心脏泵血功能的储备(cardiac reserve),心力储备,心率储备 心率上限160180次/分钟,搏出量储备,舒张期储备 15ml,收缩期储备 3540ml,指心输出量随机体代谢的需要而增加的能力。每分输出量可增至安静时的5-6倍。,第二节 心脏的生物电活动,心肌组织具有兴奋性（excitability）、自律性（autorhythmicity）、传导性（conductivity）、收缩性（contractivity）,根据组织学特点、电生理特性以及功能可分为两类：,心肌细胞,普通心肌细胞,特殊分化的心肌细胞,又称working cell,包括心房肌细胞、心室肌细胞。无自律性,构成特殊传导系统。主要有pacemaker cell和Purkinje cell。多数具有自律性，但无收缩性。,一、心肌细胞的动作电位和兴奋性,（一）心室肌的静息电位和动作电位,1.resting potential ：,2.action potential ：除极过程和复极过程 （如图）,（二）形成机制 （如图）,（三）自律细胞的跨膜电位及形成机制,共同特点：AP复极完毕后不稳定，发生4期自动去极化。一旦达到TP水平，就产生新的AP。,1.sinoatrial node（窦房结）细胞的动作电位及形成机制,动作电位如图,形成机制如图,2.浦肯野细胞的动作电位,如图,1.一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化,（1）绝对不应期和有效不应期(absolute and effective refractory period,ARP or ERP),（2）相对不应期(relative refractory period,RRP),（3）超常期(supernormal period,SNP)（ 如图）,2.兴奋的周期性变化与心脏收缩活动的关系,（1）不发生强直收缩（如图）,（2）期前收缩与代偿间歇（如图）,（一）兴奋性,二、心肌的生理特性,3.影响兴奋性的因素,（1）静息电位水平或最大舒张电位水平（2）阈电位水平（3）钠通道的性状，如图,指心肌能自动地按一定节律发生兴奋的能力。心肌的automaticity来源于细胞本身。大多数特殊心肌具有automaticity。,（二）心肌的自动节律性（automaticity),1.正常起搏点(normal pacemaker)、潜在起搏点（latent or ectopic pacemake),2.窦性心律、异位心律,窦房结对潜在起搏点的控制，通过两种方式实现的,抢先占领(preoccuppation),超速驱动压抑(overdrive suppression),3.决定和影响automaticity的因素,（如图）,当自律细胞受到高于它的固有自律频率的刺激时，按外加刺激的频率发生兴奋，称超速驱动。当外来超速驱动刺激停止后，自律细胞不能立即恢复其固有自律性活动，需经一段时间才恢复其自律性，称超速驱动压抑。具有频率依赖性。,设想快Na+通道的三种状态的模式图,1期（快速复极化初期）： 特点：电位变化幅度: +30mv0mv 持续时间：10ms 机制：一过性的K+外流(Ito)引起,2期（平台期）： 特点：电位变化幅度: 0mv 持续时间：100 150ms 机制：Ca2+、Na+内向电流与K+外向电流处于平衡状态的结果（此处为慢钙通道，可被异搏定阻断）,3期（快速复极化末期）： 特点：电位变化幅度: 0mv -90mv 持续时间： 100150ms 机制：K+迅速外流（Ik ）。 延迟整流钾流,静息电位： 特点：电位稳定在-80 -90mv 。 机制：内向整流钾通道 （IK1）-K+外流。,动作电位0期（去极化期）： 特点：电位变化幅度: -90mv +30mv。 持续时间：12ms 机制：钠通道(INa通道)开放。 INa通道对TTX敏感性 差，故TTX不能用于 抗心律失常。,4期（静息期）： 特点：电位变化幅度: 稳定于-90mv。 持续时间：不定 机制：Na-K+交换 ; Ca2+- Na+交换，但膜电位稳定于RP水平。,形态与心室肌相似，产生的离子基础相同。,自律性形成机制：1）递增性If电流2）递减性Ik电流,1）4期自动除极速度2）最大复极电位水平3）TP水平,（三）传导性,心肌细胞的传导性（conductility）,1.传导途径 如图,2.传导特点 各处的传导速度如表,3.影响心肌传导性的因素,（1）结构因素,（2）生理因素AP 0期除极速度和幅度 邻近部位膜的excitability,（四）心肌的收缩的特点 1、同步收缩 2、不发生强直收缩 3、对Ca2+o依赖性大 T管与肌浆网之间形成二联管而非三联管，故心肌细胞的兴奋-收缩耦联过程高度依赖于细胞外Ca2+。 由肌浆网释放的Ca2+占8090%，经L-型钙通道内流的Ca2+占1020%。兴奋-收缩脱耦联,表：心脏兴奋传导的结构特点和传导速度,0期：INa+形成的内向电流。快Na+ - channel，快反应细胞，快反应AP、TTX,1期：K+负载的一过性外向电流（ Ito ），去极化到-30mv 被激活，开放5-10ms.,2期：Ca2+和Na+负载的内向电流与K+负载的外向电流达平衡。L-Ca2+ - channel（Mn 2+、verapamil可阻断）,3期：K+负载的外向电流（ IK ）,4期： Na+ - K+ pump、 Na+ -Ca2+交换体、 Ca2+泵,RP： K+负载的外向电流（IK1内向整流钾通道）,第三节 血管生理 Physiology of Blood Vessel,一、各类血管的功能特点,见表,二、血流量、血流阻力和血压（blood flow、resistance and blood pressure）,各类血管的结构特点和功能特点,1、血流量（blood flow）和血流速度（velocity）,blood flow为单位时间流过血管某一横切面积的血量（L/min）。velocity为血液中某一质点在血管内流动的线速度。,2、血流阻力（blood resistance）,指血液在血管内流动时所遇到的阻力。,（K为常数，与血粘度 有关）,红细胞比容,血管口径,血流切率,温度,3、血压（blood pressure）,指流动着的血液对单位面积血管壁产生的侧压力，在血管有效充盈的条件下 P=QR,三、动脉血压和脉搏（Arterial blood pressure and arterial pulse),（一）动脉血压(arterial blood pressure),血压的定义，动脉血压的定义,1.动脉血压的形成,一个前提：二个因素：,心脏（射血）,血管（外周阻力）,血管内有充足的循环血量,2.Arterial pressure的正常值,收缩压、舒张压的定义脉压的定义,= 收缩压舒张压,平均动脉压的定义,= 舒张压+1/3脉压,我国健康青年人在安静状态下各指标的正常值：,收缩压：心室收缩(中期)时动脉压达到的 最高值。正常值 (90120mmHg)舒张压：心室舒张(末期)时动脉压降到的 最低值。正常值 (6080mmHg)脉 压：收缩压和舒张压的差值。正常 值 (3040mmHg)平均A压：一个心动周期中每一瞬间动脉 血压的平均值。,120,100,80,mmHg,收缩压systolic pressure,舒张压diastolic pressure,脉压pulsepressure,平均动脉压 = 舒张压 + 1/3脉压,动脉血压的正常值,3.影响动脉血压的因素,（1）心脏每搏输出量（stroke volume）,凡是影响心输出量和外周阻力的各种因素，都能影响动脉血压。,搏出量 心缩期大动脉中的血量 收缩压 （流走血量 ） ，舒张压 不明显 脉压 。收缩压的高低反映心脏每搏输出量的多少。,（2）外周阻力（peripheral resistance）,外周阻力 心舒期血流速度 心舒末期大动脉存留血量 舒张压 ，而收缩压 不明显 脉压 。舒张压的高低反映外周阻力的大小。,（3）心率,心率 心舒期缩短 在心舒期流向外周的血量 存留于大动脉内的血量 舒张压 ，而收缩压 不明显 脉压 。,（4）主动脉和大动脉的弹性贮器作用,主动脉、大动脉的弹性 缓冲作用 收缩压舒张压 脉压 。,（5）循环血量和血管容量的比例,四、静脉血压和 静脉回心血量,（一）静脉血压( Venous pressure), 中心静脉压右心房和腔静脉血压 心脏射血能力静脉回心血量 正常值：412 cmH2O。临床作为控制补液的指标。 偏低：输液量不足 偏高：输液过快或心功能不全 外周静脉压各器官静脉的血压,（二）重力对venous pressure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。人体各部分血管的静水压的高低取决于人体所取的体位： 平卧时：各部分血管的静水压大致相同。 直立时：心脏水平以下的血管内的血压比卧位时高，其增高的部分相当于从心脏水平以下的血管至心脏这样一段血柱高度形成的静水压，从足到心脏约12 kPa (90 mmHg)。 心脏水平以上的部分比平卧时低。,（如图）,（三）静脉血流（venous blood flow),1.静脉对血流的阻力,2.静脉回心血流量(Venous return)及其影响因素,静脉回流量=心输出量 微静脉右心房，压降15mmHg 静脉阻力占总阻力的15%。 微静脉毛细血管后阻力组织液的生成,五、微循环（Microcirculation）,定义 微动脉和微静脉间的血液循环。,功能： 实现血液和组织之间的物质交换。,（一） Microcirculation的组成,典型微循环由七个部分组成：如图,（二）存在于微动脉和微静脉间的三条血流通路,1.直捷通路（Thoroughfare channel),组成：,血液经微动脉后微动脉通血毛细血管微静脉,特点：,血流速度快；几乎没有物质交换功能；经常处于开放状态,功能：,骨骼肌中这类血管较多，它的主要功能是使血液快速回流。,2.动-静脉短路（Arteriovenous shunt）,组成：,特点：,血流速度快；一般处于关闭状态；不能进行物质交换。,功能：,皮肤、皮下组织该通路较多，具有调节体温的作用,3.迂回通路,血液从微动脉动-静脉吻合支微静脉。,组成：,血液从微动脉后微动脉毛细血管前括约肌真毛细血管微静脉。,特点：,真毛细血管壁薄，通透性大，且路径长，血流缓慢。,功能：,物质交换（血液和组织间）,（三）微循环的血流动力学,1.一般为层流 毛细血管动脉端: 3040mmHg 静脉端: 1015mmHg,2.毛细血管血压取决于毛细血管前、后阻力比，正常为5:1 此时毛细血管平均血压为20mmHg,3.组织血流量与微动脉与微静脉之间的压力差成正比，与微循环总阻力成反比,4. 微循环单位血流主要受局部代谢水平的调控,微循环血流量的调节,代谢产物积聚,后微A、毛细血管前括约肌,舒张,微循环灌流量,代谢产物清除,收缩,后微A、毛细血管前括约肌,微循环灌流量,六、组织液的生成（Formation of interstitial fluid）,组织液：存在于组织间隙内的细胞外液。组织液中除蛋白质浓度明显低血浆外，其它成分与血浆相同。,（一）组织液的生成,滤过的动力：,有效滤过压（Effective filtration pressure）,=,滤过的力量重吸收的力量,=,（毛细血管血压+组织液胶体渗透压）（血浆胶体 渗透压+组织液静水压）,以图为例,毛细血管动脉端：,=,（30+15）-（25+10）,=,10mmHg,0,生成,毛细血管静脉端：,=,（12+15）-（25+10）,=,-8mmHg,骨骼肌、内脏心脏、脑 微AA V 平时有紧张性活动,特点:,何谓交感缩血管紧张？,安静状态下,交感缩血管神经纤维持续发放约13次/秒的低频冲动，称交感缩血管紧张。,交感缩血管神经紧张增强时，血管进一步收缩；交感缩血管神经紧张减弱时，血管舒张。,（2）舒血管神经纤维（ Vasodilator fiber）,体内有一部分血管除接受缩血管纤维支配外，还接受舒血管纤维支配。,舒血管神经纤维主要有：Sympathetic vasodilator fiber、Parasympathetic vasodilator fiber、脊髓背根舒血管纤维、血管活性肠肽神经元。,1）交感舒血管神经纤维( Sympathetic vasodilator fiber),人和某些动物，支配骨骼肌微动脉的交感神经纤维中有交感舒血管纤维。其末梢释放Ach，Atropine可阻断。平时无紧张性活动。,2）副交感舒血管神经纤维（ Parasympathetic vasodilator fiber）,脑膜、唾液腺、胃肠道外分泌腺、外生殖器、冠状动脉等少数器官同时接受副交感舒血管神经纤维的支配，节后释放Ach，与血管平滑肌上M-R结合，血管舒张。起调节器官组织局部血流量的作用。,3）脊髓背根舒血管纤维,Axon reflex（轴突反射）: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，使其舒张，局部皮肤出现红晕。这种仅通过轴突外周部位完成的反应称为轴突反射。,4)血管活性肠肽神经元 VIP与Ach共存,（二）心血管中枢（ Cardiovascular center）,心血管中枢：与控制心血管活动有关的神经元集中的部位。,1.延髓心血管中枢,最基本的心血管位于延髓。,（1）缩血管区：位于延髓头端腹外侧部，为交感缩血管神经、心交感紧张性活动的直接发源地。（2）舒血管区：位于延髓尾端腹外侧部，抑制交感缩血管区的活动。（3）传入神经接替站：孤束核内，接受外周压力感受器传入信息，并发出纤维至缩血管区及上位脑中枢。（4）心抑制区：位于迷走神经背核和疑核。,整合(integration)： 使心血管功能活动与机体其它功能活 动协调一致 举例：刺激下丘脑“防御反应区”警觉、肌紧张、搏斗姿势心率、心搏骨骼肌血供皮肤、内脏血管收缩 及骨骼肌血管舒张,2.延髓以上的心血管中枢,包括上位脑干、下丘脑、小脑、大脑边缘系统等。其中下丘脑是十分重要的整合部位。,（三） Cardiovascular reflex（心血管反射）,1.颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射（Carotid sinus-aortic arch baroreceptor reflex ）,（1）动脉压力感受器（高压力感受器） 如图在一定范围内，压力感受器的传入冲动频率与动脉管壁的扩张程度成正比。如图,（2）传入神经和中枢联系 如图,Bp,压力感受器（+）,舌咽N迷走N,孤束核,心迷走中枢紧张性心交感中枢紧张性 交感缩血管中枢紧张性,心迷走N（+）,心交感N（-）,交感缩血管N（-）,心率、心缩力,心输出量,血管扩张,静脉回心血量,外周阻力,Bp ,在动物实验中，人为地改变颈动脉窦区的灌注压，可以引起arterial pressure的变化。并画出压力感受性反射的功能曲线（如图）,压力感受性反射的生理意义：,压力感受反射是一种负反馈调节机制。生理意义：当动脉血压突然发生变化时, 对血压进行快速的调节, 使动脉血压不致发生过大有波动,保持动脉血压的相对稳定。,2.心肺感受器引起的心血管反射,心肺感受器: 心房、心室和肺循环大血管壁上存在的低压感受器。适宜刺激： 心脏和血管壁的机械牵张(故也称容量感受器) 化学物质（前列腺素/缓激肽） 传入N：汇入迷走N,动脉血压,化学物质刺激,心肺感受器,迷走神经传入,中枢机制,反射效应,(+),(+),肾交感N活动抑制,肾入球小动脉舒张,肾血流量,肾排水、排钠,动脉血压,血管升压素,肾排水,颈动脉体,主动脉体,3.颈动脉体（Carrotid body） 与主动脉体（arotic body）化学感受性反射（chemoreceptor reflex）,该反射的直接作用（即人为地保持呼吸频率和深度不变）是：,PO2 PCO2H+ ,颈动脉体,主动脉体,化学感受器,窦N迷走N,孤束核,呼吸中枢紧张性,心迷走（+）心交感（-）交感缩血管（ +）,呼吸加深加快,心率（由于以兴奋迷走N为主）,血管收缩（骨骼肌、内脏）,心输出量,外周阻力 ,血压,在完整机体内，动物保持自然呼吸，化学感受器受刺激时，引起的呼吸加深加快可间接地引起心率，心输出量，外周血管阻力，血压。,化学感受性反射意义 在低氧、窒息、动脉血压过低、酸中毒时才对心血管活动起明显调节作用，以保证脑心供血供氧。,从图中可以看出，动脉血压与窦内压的关系成“S”型，曲线中间部分较陡，两端平坦。这说明当窦内压在正常平均动脉压水平即100mmHg上下波动时，压力感受性反射最敏感，纠正偏离正常水平血压的能力最强，动脉血压偏离正常水平越远，压力感受性反射纠正异常血压的能力越弱。,二、体液调节（Humoral regulation）,（一）肾素-血管紧张素系统（Renin-angiotensin system）,来源：,Angiotensinogen（肝）,Renin(from kidneys),Angiotensin (十肽）,Angiotensin （八肽）,Angiotensin （七肽）,Converting enzyme(In lungs and elsewhere),Aminopeptidase,Angiotensin （六肽）,Aminopeptidase,Angiotensin的生物学作用：,（1）血管紧张素受体（angiotensin receptor,AT受体）,目前发现有AT1-R， AT2-R， AT3-R， AT4-R四种受体。,AT1-R分布于人血管、心、肝、脑、肺、肾和肾上腺皮质。,AT2-R分布于人胚胎组织、未发育成熟的脑组织，成人心肌及部分脑组织亦有分布。,AT3-R尚未被克隆。,AT4-R分布广泛分布于哺乳动物的心血管、脑、肾、肺。,Angiotensin ：,不具生理活性。,Angiote