生理学第七版校对版-循环

生理学第七版校对版-循环 第四章 血液循环 在整个生命活动过程中，心脏不停地跳动，推动血液在心血管系统内循环流动。心血管系统 (cardiovascular?system)由心脏和血管组成，血管又由动脉、静脉和毛细血管组成。血液循环的主要功能是完成体内的物质运输。细胞代谢所需的营养物质和O，以及代谢产2生的代谢产物和CO都依靠血液循环来运输。此外，由内分泌细胞分泌的各种激素及生物2 活性物质也通过血液循环运送至相应的靶细胞，实现机体的体液调节;机体内环境理化特性相对恒定的维持以及血液的防卫免疫功能的实现，都依赖于血液的循环流动。循环功能一旦发生障碍，机体的新陈代谢便不能正常进行，一些重要器官将受到严重损害，甚至危及生命。 心血管系统的活动受神经和体液因素的调节，且与呼吸、泌尿、消化、神经和内分泌等多个系统相互协调，从而使机体能很好地适应内、外环境的变化。 第一节 心脏的泵血功能 心脏是推动血液流动的动力器官，其主要功能是泵血。心脏的泵血依靠心脏收缩和舒张的交替活动而得以完成。心脏收缩时将血液射入动脉，并通过动脉系统将血液分配到全身各组织;心脏舒张时则通过静脉系统使血液回流到心脏，为下一次射血做准备。正常成年人安静时，心脏每分钟可泵出血液5L左右。 一、心脏泵血的过程和机制 (一)心动周期 心脏的一次收缩和舒张，构成一个机械活动周期，称为心动周期 (carcdic cycle)。在一个心动周期中，心房和心室的机械活动都可分为收缩期 (systole)和舒张期 (diastole)。由于心室在心脏泵血活动中起主要作用，故心动周期通常是指心室的活动周期。 心动周期是心率的倒数。如果心率为每分钟75次，则每个心动周期持续0.8s。如图4-1所示，在心房的活动周期中，先是左、右心房收缩，持续约0.1s，继而心房舒张，持续约0.7s。在心室的活动周期中，也是左、右心室先收缩，持续约0.3s，随后心室舒张，持续约0.5s。当心房收缩时，心室仍处于舒张状态，心房收缩结束后不久，心室开始收缩。心室舒张期的前0.4s期间，心房也处于舒张状态，这一时期称为全心舒张期。在一个心动周期中，心房和心室的活动按一定的次序和时程先后进行，左、右两个心房和左、右两个心室的活动都是同步进行的，心房和心室的收缩期都短于其舒张期。心率加快时，心动周期缩短，收缩期和舒张期都相应缩短，但舒张期缩短的程度更大，这对心脏的持久活动是不利的。 (二)心脏的泵血过程 左、右心室的泵血过程相似，而且几乎同时进行。现以左心室为例，说明一个心动周期中心室射血和充盈的过程 (图4-2)，以便了解心脏泵血的机制。 1(心室收缩期 心室收缩期可分为等容收缩期和射血期，而射血期又可分为快速射血期和减慢射血期。 (1)等容收缩期:心室开始收缩后，心室内压力立即升高，当室内压升高到超过房内压时，即可推动房室瓣使之关闭，因而血液不会倒流人心房。但此时室内压尚低于主动脉压，因此半月瓣仍处于关闭状态，心室暂时成为一个封闭的心腔。从房室瓣关闭到主动脉瓣开启前的这段时期，心室的收缩不能改变心室的容积，故称为等容收缩期 (period of isovolumic contraction)。此期持续约0.05s。由于此时心室继续收缩，因而室内压急剧升高。当主动脉压升高或心肌收缩力减弱时，等容收缩期将延长。 (2)射血期:当心室收缩使室内压升高至超过主动脉压时，半月瓣开放。这标志着等容收缩期结束而进入射血期 (period of ventricular jection)。在射血的早期，由于心室射入主动脉的血液量较多，血液流速也很快，故称为快速射血期 (period of rapid ejection)。此期持续 约0.1s。在快速射血期，心室射出的血液量约占总射血量的2/3，由于心室内血液很快进入主动脉，故心室容积明显缩小，但由于心室强烈收缩，室内压继续上升并达到峰值，主动脉压也随之升高。在射血的后期，由于心室收缩强度减弱，射血的速度逐渐减慢，故称为减慢射血期 (period of slowe jection)。此期持续约0.15s。在减慢射血期，室内压和主动脉压都由峰值逐渐下降。 须指出的是，在快速射血期的中期或稍后，乃至整个减慢射血期，室内压已低于主动脉压 (图4-2)，但此时心室内的血液因具有较高的动量 (momentum)，故仍可逆压力梯度继续进入主动脉。 2心室舒张期 心室舒张期可分为等容舒张期和心室充盈期，心室充盈期又可分为快速充盈期、减慢充盈期和心房收缩期。 (1)等容舒张期:射血后，心室开始舒张，室内压下降，主动脉内的血液向心室方向反流，推动半月瓣关闭;但此时室内压仍高于房内压，故房室瓣仍处于关闭状态，心室又暂时成为一个封闭的心腔。从半月瓣关闭至房室瓣开启前的这一段时间内，心室舒张而心室的容积并不改变，故称为等容舒张期 (period of isovolumic relaxation)。此期持续0.06~0.08s。由于此时心室继续舒张，因而室内压急剧下降。 (2)心室充盈期:当室内压下降到低于房内压时，血液冲开房室瓣进入心室，心室便开始充盈。由于室内压明显降低，甚至造成负压，这时心房和大静脉内的血液因心室的抽吸作用而快速流人心室，心室容积迅速增大，故称为快速充盈期 (period of rapid filling)。此期持续约0.11s。在快速充盈期进入心室的血液量约为总充鼐量的2/3。随后，血液进入心室的速度减慢，故称为减慢充盈期 (period of slow filling)。此期持续约0.22s。在心室舒张期的最后0.1s，心房开始收缩，即进入心房收缩期 (period of atrial systole)。心房的收缩使心房压力升高，容积缩小，心室的充盈量可再增加10,~30,。 如上所述，心室肌的收缩和舒张是造成室内压变化，并导致心房和心室之间以及心室和主动脉之间产生压力梯度的根本原因，而压力梯度则是推动血液在心房、心室以及主动脉之间流动的主要动力。由于心脏瓣膜的结构特点和启闭活动，使血液只能沿一个方向流动。 右心室的泵血过程与左心室基本相同，但由于肺动脉压约为主动脉压的1/6，因此在心动周期中右心室内压的变化幅度要比左心室内压小得多。 (三)心动周期中房内压的变化 在心动周期中，左心房内压力曲线依次出现a、c、v三个较小的正向波 (图4-2)。心房收缩时房内压升高，形成a波的升支;随后心房舒张，房内压回降，形成a波的降支。a波是心房收缩的标志。当心室收缩时，心室内的血液向上推顶已关闭的房室瓣并使之凸入心房，造成房内压略有升高而形成c波的升支;当心室射血后心室容积减小时，房室瓣向下移动，使心房容积扩大，房内压降低，遂形成c波的降支。此后，由于血液不断从静脉回流人心房，而此时房室瓣仍处于关闭状态，故心房内血液量增加，房内压持续升高，形成v波的升支;当心室充盈时，房室瓣开放，血液迅速由心房进入心室，房内压很快下降而形成v波的降支。在心动周期中，右心房也有类似的房内压波动，并可逆向传播到腔静脉，使腔静脉内压也发生同样的波动。 (四)心音的产生 在心动周期中，心肌收缩、瓣膜启闭、血液流速改变形成的涡流和血液撞击心室壁及大动脉壁引起的振动，可通过周围组织传递到胸壁，用听诊器便可在胸部某些部位听到，这就是心音 (heart sound)。若用传感器将这些机械振动转换成电信号 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下来，便可得到心音图 (phonocardiogram)。心音发生在心动周期的一些特定时期，其音调和持续时间也有一定的特征。正常心脏在一次搏动过程中，可产生4个心音，即第一、第二、第三和第四心音。通常用听诊的方法只能听到第一和第二心音;在某些青年人和健康儿童可听到第三心音;用 心音图可记录到4个心音。 1(第一心音 第一心音发生在心室收缩期，标志着心室收缩的开始。第一心音在心尖搏动处 (左第五肋间锁骨中线上)听诊时最清楚，其特点是音调较低，持续时间较长。第一心音是由于房室瓣突然关闭引起心室内血液和室壁的振动，以及心室射血引起的大血管壁和血液涡流所发生的振动而产生的。 2(第二心音 第二心音发生在心室舒张期，标志着心室舒张期的开始。第二心音在胸骨旁第2肋间 (即主动脉瓣和肺动脉瓣听诊区)听诊时最清楚，其特点是音调较高，持续时间较短。第二心音的产生主要与主动脉瓣和肺动脉瓣关闭，血流冲击大动脉根部引起血液、管壁及心室壁的振动有关。 3(第三心音 在部分健康儿童和青年人，偶尔可听到第三心音。第三心音出现在心室快速充盈期之末，是一种低音调、低振幅的振动。是由于快速充盈期之末室壁和乳头肌突然伸展及充盈血流突然减速引起的振动所致。 4(第四心音 第四心音出现在心室舒张的晚期，是与心房收缩有关的一组发生在心室收缩期前的振动，也称心房音。正常心房收缩时一般不产生声音，但异常强烈的心房收缩和在左心室壁顺应性下降时，可产生第四心音。 心脏的某些异常活动可以产生杂音或其他异常的心音。因此，听取心音或记录心音图对于心脏疾病的诊断具有重要意义。 二、心脏泵血功能的评定 心脏的主要功能是泵血。在临床医学实践和科学研究工作中，常常需要对心脏的泵血功能进行判断，或对心脏的功能状态进行评价。对心脏泵血功能的评定，通常用单位时间内心脏的射血量和心脏的做功量作为指标。 (一)心脏的输出量 1(每搏输出量和射血分数 一侧心室在一次心搏中射出的血液量，称为每搏输出量 (stroke volume)，简称搏出量。正常成年人在安静状态下，左心室舒张末期容积 (end-diastolic volume)约125ml，收缩末期容积 (end-systolic volume)约55ml，二者之差即为搏出量，约70ml (60~80ml)。可见，心室在每次射血时，并未将心室内充盈的血液全部射出。搏出量占心室舒张末期容积的百分比，称为射血分数 (ejection fraction)，即 射血分数=搏出量 (ml)/心室舒张末期容积 (ml)×100, (4-1) 健康成年人的射血分数为55,~65,。正常情况下，搏出量与心室舒张末期容积是相适应的，即当心室舒张末期容积增加时，搏出量也相应增加，而射血分数基本保持不变。在心室功能减退、心室异常扩大的病人，其搏出量可能与正常人无明显差异，但与已经增大的舒张末期容积不相适应，实际上射血分数已明显下降。因此，与搏出量相比，射血分数能更准确地反映心脏泵血功能，对早期发现心脏泵血功能异常具有重要意义。 2(每分输出量和心指数 一侧心室每分钟射出的血液量，称为每分输出量 (minute volume)，简称心输出量 (cardiac output)。左、右两侧心室的心输出量基本相等。心输出量等于心率与搏出量的乘积。心输出量与机体的新陈代谢水平相适应，可因性别、年龄及其他生理情况的不同而不同。如果心率为每分钟75次，搏出量为70ml，则心输出量约为5L/min。一般健康成年男性在安静状态下的心输出量为4.5~6.0L/min。女性的心输出量比同体重男性低10,左右。青年人的心输出量较老年人高。成年人在剧烈运动时，其心输出量可高达25~35L/min;而在麻醉情况下则可降到2.5L/min。 对不同身材的个体测量心功能时，若用心输出量作为指标进行比较是不全面的。因为身材矮小和身材高大的机体具有不同的耗氧量和能量代谢水平，心输出量也不同。调查资料表明，人在安静时的心输出量和基础代谢率 (见第七章)一样，并不与体重成正比，而是与 2体表面积成正比。以单位体表面积 (m)计算的心输出量称为心指数 (cardiac index)。中等身 2材的成年人体表面积为1.6~1.7m，在安静和空腹的情况下心输出量为5~6L/min，故心指数 2为3.0~3.5I/ (min•m)。在安静和空腹情况下测定的心指数称为静息心指数，可作为比较不同个体心功能的评定指标。 在同一个体的不同年龄段或不同生理情况下，心指数也可发生变化。10岁左右的少年 2静息心指数最高，可达4L/ (min•m)以上。静息心指数随年龄增长而逐渐下降，到80岁时 2接近于2L/ (min•m)。运动时心指数随运动强度的增加大致成比例地增高。在妊娠、情绪激动和进食时，心指数均有不同程度的增高。 (二)心脏做功量 心脏所做的功可分为两类:一是外功，主要是指由心室收缩而产生和维持一定压力 (室内压)并推动血液流动 (心输出量)所做的机械功，也称压力一容积功;二是内功，指心脏活动中用于完成离子跨膜主动转运、产生兴奋和收缩、产生和维持心壁张力、克服心肌组织内部的粘滞阻力等所消耗的能量。实际上，内功所消耗的能量远大于外功。心脏所做的外功占心脏总能量消耗的百分比称为心脏的效率 (cardiac efficiency)。心肌的能量消耗主要来自物质的有氧氧化，故心脏的耗氧量可作为心脏能量消耗的良好指标。心脏的效率可由下式计算 心脏的效率=心脏所完成的外功/心脏耗氧量×100, (4-2) 正常心脏的最大效率为20~25,在不同生理情况下，心脏的效率并不相同。实验表明，若将动脉血压降至原先的一半，而搏出量增加一倍;或使动脉血压升高一倍，而搏出量减到原先的一半。这两种情况下，心脏完成一次心搏所做的机械外功都与原先未发生变化时基本相同，但后者的心肌耗氧量明显大于前者。说明动脉血压升高可降低心脏的效率。以下主要讨论外功部分。 1(每搏功 每搏功 (stroke work)简称搏功，是指心室一次收缩射血所做的功，亦即心室完成一次心搏所做的机械外功。心脏收缩射血所释放的机械能主要表现为压力一容积功，此外还包括使血液以较快的流速向前流动而增加的血流动能。压力一容积功等于搏出量乘以 2射血压，血流动能等于1/2 (血液质量×流速)，因此 每搏功=搏出量×射血压+血流动能 (4-3) 人体在安静状态下，血流动能在左心室每搏功的总量中所占比例甚小，约1,，故一般可忽略不计。可见，心肌收缩射血所释放的机械能主要用于维持血压和射出一定容积的血量。式中射血压为射血期左心室内压与心室舒张末压之差。因射血期左心室内压是不断变化的，精确计算每搏功需将整个心动周期中压力与容积的变化进行积分。在实际应用中常以平均动脉压代替射血期左心室内压，而以左心房平均压代替左心室舒张末期压，因此，每搏功可用下式计算 左心室每搏功 (J)=搏出量 (L)×血液比重× (平均动脉压-左心房平均压) (mmHg) ×13.6×9.807× (1/1000) (4-4) 若按搏出量为70ml，平均动脉压为92mmHg，平均心房压为6mmHg，血液比重为1.055计算，则每搏功为0.847J。 2(每分功 每分功 (minute work)简称分功，是指心室每分钟内收缩射血所做的功，亦即心室完成每分输出量所做的机械外功。每分功等于每搏功乘以心率。若按心率为每分钟75次计算，则每分功为63.5J/min。 当动脉血压升高时，为克服加大的射血阻力，心肌必须增加其收缩强度才能使搏出量保持不变，因而心脏做功量将增加。可见，与单纯的心输出量相比，用心脏做功量来评定心脏泵血功能将更为全面，尤其是在动脉血压高低不同的个体之间，或在同一个体动脉血压发生改变前后，用心脏做功量来比较心脏泵血功能更显其优越性。 在正常情况下，左、右心室的输出量基本相等，但肺动脉平均压仅为主动脉平均压的l/6左右，故右心室做功量也只有左心室的l/6左右。 三、影响心输出量的因素 如前所述，心输出量等于搏出量与心率的乘积，因此凡能影响搏出量和心率的因素均可影响心输出量。而搏出量的多少则决定于前负荷、后负荷和心肌收缩能力等。 (一)前负荷 前负荷可使骨骼肌在收缩前处于一定的初长度。对中空球形的心脏来说，心室肌的初长度决定于心室舒张末期的血液充盈量，换言之，心室舒张末期容积相当于心室的前负荷。由于测量心室内压比测定心室容积方便，且心室舒张末期容积与心室舒张末期压力在一定范围内具有良好的相关性，故在实验中常用心室舒张末期压力 (end-diastolic pressure，P)来ed反映前负荷。有时也可用心房内压力反映心室的前负荷。这是因为正常人心室舒张末期的心房内压力与心室内压力几乎相等，且心房内压力的测定更为方便。 与骨骼肌相似，心肌的初长度对心肌的收缩力量具有重要影响。为了 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 前负荷或初长度对心脏泵血功能的影响，在实验中可逐步改变心室舒张末期压力，并将相对应的搏出量或每搏功的数据绘制成心室功能曲线 (ventricular function curve) (图4-3)。从心室功能曲线上看，在增加前负荷 (图中为左心室舒张末压)时，心肌收缩力加强，搏出量增多，每搏功增大。这种通过改变心肌初长度而引起心肌收缩力改变的调节，称为异长调节 (heterometric regulation)。早在1895年，德国生理学家Frank在离体蛙心实验中就已观察到这种心肌收缩力随心肌初长度增加而增强的现象。1914年，英国生理学家Starling在狗的心一肺制备标本上也观察到，在一定范围内增加静脉回心血量，心室收缩力随之增强;而当静脉回心血量增大到一定限度时，心室收缩力则不再增强而室内压开始下降。Starling将“心室舒张末期容积在一定范围内增大可增强心室收缩力”的规律称为心的定律 (1aw of the heart)，后人称之为Frank-Starling定律，而把心室功能曲线称为Frank-Starling曲线。 初长度对心肌收缩力影响的机制与骨骼肌相似，即不同的初长度可改变心肌细胞肌节中粗、细肌丝的有效重叠程度。当肌节的初长度为2.0~2.2µm时，粗、细肌丝处于最佳重叠状态，活化时可形成的横桥连接数目最多，肌节收缩产生的张力最大。此时的初长度即为最适初长度。在肌节未达最适初长度之前，随着前负荷或肌节初长度的增加，粗、细肌丝的有效重叠程度增加，活化时形成的横桥连接的数目增多，因而肌节以至整个心室的收缩力逐渐加强 (图4-4)，心搏出量增多，每搏功增大。可见，心室功能曲线是心肌初长度与主动张力间的关系在整个心室功能上的一种反映。 与骨骼肌不同的是，正常心室肌具有较强的抗过度延伸的特性，肌节一般不会超过2.25~2.30µm，因此心功能曲线不会出现明显的下降趋势 (图4-3)。这是因为心肌细胞外间质内含有大量胶原纤维，且心室壁多层肌纤维呈交叉方向排列;当心肌肌节处于最适初长度时，产生的静息张力已经很大，从而能对抗心肌被进一步拉长 (图4-4)。心肌这种能抵抗被过度延伸的特性对心脏泵血功能具有重要的生理意义，它使心脏在前负荷明显增加时一般不会发生搏出量和做功能力的下降。心室功能曲线不出现明显下降趋势并非表示心肌初长度在超过最适初长后不再对心肌收缩功能发生影响，而是初长度在这种情况下不再与室内压呈平行关系，即此时初长度不再随室内压的增加而增加。但在有些慢性心脏病患者，当心脏过度扩张时，心室功能曲线可出现降支，表明心肌此时的收缩功能已严重受损。 异长调节的主要作用是对搏出量的微小变化进行精细的调节，使心室射血量与静脉回心血量之间保持平衡，从而使心室舒张末期容积和压力保持在正常范围内。例如，在体位改变或动脉血压突然升高时，以及在左、右心室搏出量不平衡等情况下，心室的充盈量可发生微小的变化。这种变化可立即通过异长调节来改变搏出量，使搏出量与回心血量之间重新达到平衡状态。但若循环功能发生幅度较大、持续时间较长的改变，如肌肉活动时的循环功能改变，仅靠异长调节不足以使心脏的泵血功能满足机体当时的需要。在这种情况下，需要通过调节心肌收缩能力来进一步加强心脏的泵血功能。 在整体情况下，心室的前负荷主要决定于心室舒张末期充盈的血液量。因此，凡能影响心室舒张期充盈量的因素，都可通过异长调节使搏出量发生改变。心室舒张末期充盈量是静脉回心血量和射血后心室内剩余血量二者之和。在多数情况下，静脉回心血量的多少是决定心室前负荷大小的主要因素。静脉回心血量又受到心室充盈的持续时间、静脉回流速度、心包内压和心室顺应性等因素的影响。当心率增快时，心动周期尤其是心室舒张期将缩短，因而心室充盈的持续时间缩短，心室充盈不完全，静脉回心血量减少;反之，心室充盈的持续时间延长，心室充盈完全，则静脉回心血量增多。但在心室完全充盈后继续延长充盈持续时间将不能进一步增加静脉回心血量。在心室充盈持续时间不变的情况下，静脉回流速度越快，静脉回心血量越大;反之，则静脉回流越小。静脉回流速度决定于外周静脉压与心房压之差。当外周静脉压增高 (如循环血量增多、外周静脉管壁张力增高等)和 (或)心房、心室内压降低时，静脉回流速度加快。正常情况下，心包的存在有助于防止心室的过度充盈。当发生心包积液时，心包内压增高，可使心室充盈受到限制，导致静脉回心血量减少。心室顺应性 (ventricular compliance)是指心室壁受外力作用时能发生变形的难易程度，通常用心室在单位压力差作用下所引起的心室容积改变 (?V/?P)来表示。心室顺应性降低时 (如心肌纤维化、心肌肥厚等)，心室充盈量将减少。另外，假如静脉回心血量不变，射血后心室内剩余血量增加 (如动脉血压突然升高使搏出量暂时减少)时也将导致心室充盈量增加;但实际上，射血后心室内剩余血量增加时，舒张期心室内压也增高，静脉回心血量将减少，因而心室充盈量并不一定增加。 (二)后负荷 在完整的循环系统中，心室收缩时须克服大动脉血压的阻力，才能将血液射人动脉，因此，大动脉血压是心室收缩时所遇到的后负荷。在心肌初长度、收缩能力和心率都不变的情况下，如果大动脉血压增高，等容收缩期室内压的峰值将增高，结果使等容收缩期延长而射血期缩短，射血期心室肌缩短的程度和速度都减小，射血速度减慢，搏出量减少;反之，大动脉血压降低则有利于心室射血。 动脉血压改变在影响搏出量的同时，将继发性地引起心脏内的一些调节活动。当动脉压突然升高而使搏出量暂时减少时，射血后心室内的剩余血量将增多，若舒张期静脉回心血量不变或无明显减少，则心室舒张末期容积将增大。此时可通过异长调节加强心肌的收缩力量，使搏出量回升，从而使心室舒张末期容积逐渐恢复到原先水平。尽管此时动脉血压仍处于高水平，但心脏的搏出量将不再减少。在完整机体内，还有更多的调节机制参与，包括后文将要述及的等长调节。神经和体液调节也可通过等长调节使心肌收缩能力增强，有助于搏出量的恢复。 由上可知，心室后负荷的改变可直接影响搏出量;但在整体条件下，可通过异长调节和等长调节 (见后文)使心肌初长度和收缩能力发生相应改变，以适应后负荷的改变。如上述动脉血压突然升高时发生的适应性改变，其生理意义是在动脉血压升高的一定范围内仍可维持接近正常的心输出量。但当动脉血压持续增高时，心室肌将长期加强其收缩活动，心脏做功量增加而心脏效率降低，久之心肌逐渐发生肥厚，最终可能导致泵血功能减退。如同在高血压病引起心脏病变时，可先后出现左心室肥厚、扩张以至左心衰竭。 (三)心肌收缩能力 前负荷和后负荷是影响心脏泵血的外在因素，而肌肉的内部功能状态也是决定肌肉收缩效果的重要因素。心肌不依赖于前负荷和后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，称为心肌收缩能力 (myocardial contractility)，又称心肌的变力状态 (inotropic state)。在完整的心室，心肌收缩能力增强可使心室功能曲线向左上方移位 (见图4-3)，表明在同样的前负荷条件下，每搏功增加，心脏泵血功能增强。这种通过改变心肌收缩能力的心脏泵血功能调节，称为等长调节 (homometric regulation)。 心肌收缩能力受多种因素的影响。凡能影响心肌细胞兴奋-收缩耦联过程中各个环节的因素都可影响收缩能力，其中活化的横桥数日和肌球蛋白头部ATP酶的活性是影响心肌收缩能力的主要环节。在一定的初长度下，粗、细肌丝的重叠程度是两者结合形成横桥数量的先决条件，但并非所有这些横桥都能被激活成为活化的横桥。因此，在同一初长度下，心肌可通过增加活化的横桥数目来增强心肌收缩力。活化的横桥在全部横桥中所占的比例决定于 2+2+兴奋时胞质内Ca的浓度和 (或)肌钙蛋白对Ca的亲和力。儿茶酚胺 (去甲肾上腺素和肾上腺素)在激动心肌细胞的β肾上腺素能受体后，可通过cAMP转导途径，激活细胞膜上的 2+2+L型钙通道，增加Ca内流，再通过钙触发钙释放 (CICR)机制促进胞质内Ca浓度升高， 2+从而使心肌收缩能力增强。钙增敏剂 (如茶碱)可增加肌钙蛋白对Ca的亲和力，使肌钙蛋 2+白对胞质中Ca的利用率增加，因而活化的横桥数目增多，心肌收缩能力增强。甲状腺激素可提高肌球蛋白ATP酶的活性，因而也能增强心肌收缩能力。老年人和甲状腺功能低下的患者，因为肌球蛋白分子亚型的表达发生改变，ATP酶活性降低，故心肌收缩能力减弱。 (四)心率 正常成年人在安静状态下，心率 (heart rate)为每分钟60~100次，平均约75次。心率可随年龄、性别和不同生理状态而发生较大的变动。新生儿的心率较快，随着年龄的增长，心率逐渐减慢，至青春期接近成人水平。在成年人，女性的心率稍快于男性。在经常进行体力劳动或体育运动的人，平时心率较慢。在同一个体，安静或睡眠时的心率较慢，而运动或情绪激动时心率加快。 在一定范围内，心率加快可使心输出量增加。当心率增快但尚未超过一定限度时，尽管此时心室充盈时间有所缩短，但由于静脉回心血量的大部分在快速充盈期内进入心室，因此心室充盈量和搏出量不会明显减少，而心率的增加可使每分输出量明显增加。但是，如果心率过快，当超过每分钟160~180次时，将使心室舒张期明显缩短，心舒期充盈量明显减少，因此搏出量明显减少，从而导致心输出量下降。如果心率过慢，当低于每分钟40次时，将使心室舒张期过长，此时心室充盈早已接近最大限度，心舒期的延长已不能进一步增加充盈量和搏出量，因此心输出量也将减少。 心率的变化也可影响心肌收缩能力。在实验条件下使心室肌进行等长收缩，可观察到心室肌的收缩张力随刺激频率的增加而逐渐增大，当刺激频率为每分钟150~180次时，心肌收缩张力达到最大值;进一步增加刺激频率时，心肌收缩力反而下降。心率增快或刺激频率增高引起心肌收缩能力增强的现象称为阶梯现象 (staircase phenomenon，或treppe)。其机制 2+可能与心率增快时细胞内Ca浓度增高有关。 在整体情况下，心率受神经和体液因素的调节。交感神经活动增强时心率加快;迷走神经活动增强时心率减慢。循环血中肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺激素水平增高时心率加快。此外，心率还受体温的影响，体温每升高1?，心率每分钟可增加12~18次。 四、心脏泵血功能的储备 健康成年人在安静状态下，心输出量约5L;剧烈运动时，心输出量可达25~30L，为安静时的5~6倍。说明正常心脏的泵血功能有相当大的储备量。心输出量随机体代谢需要而增加的能力，称为心泵功能储备或心力储备 (cardiac reserve)。心泵功能储备可用心脏每分钟能射出的最大血量，即心脏的最大输出量来表示。训练有素的运动员，心脏的最大输出量远较一般人为高，可达35L以上，为安静时心输出量的7倍以上。有些心脏病患者，静息时的心输出量与健康人无明显差异，尚能满足静息状态下机体代谢的需要，但在代谢活动增强如进行肌肉活动时，心输出量则不能相应增加，心脏的最大输出量明显低于正常人，表明他们的心泵功能储备已经降低，实际上是在安静时已有相当部分的储备量被动用，而剩余的储备量已不足以满足代谢活动增强的需要。 心泵功能储备的大小主要决定于搏出量和心率能够提高的程度，因而心泵功能储备包括 搏出量储备和心率储备两部分。 (一)搏出量储备 搏出量是心室舒张末期容积和收缩末期容积之差，所以，搏出量储备又可分为收缩期储备和舒张期储备两部分。前者是通过增强心肌收缩能力和提高射血分数来实现的，而后者则是通过增加舒张末期容积而获得的。静息时舒张末期容积约125ml，由于心室腔不能过分扩大，一般只能达到140ml左右，故舒张期储备仅15ml左右;而当心肌最大程度缩短时，心室收缩末期容积可减小到15~20ml，因而收缩期储备可达35~40ml。相比之下，收缩期储备要比舒张期储备大得多。 (二)心率储备 假如搏出量保持不变，而使心率在一定范围内加快，心输出量可增加至静息时的2~2.5倍。但心率过快时，由于舒张期过短，心室充盈不足，可导致搏出量和心输出量减少。在一般情况下，健康成年人能使心输出量随心率加快而增多的最高心率为每分钟160~180次。 在心力衰竭患者，心肌收缩力减弱，搏出量减少，射血后心室内的剩余血量增多，心室舒张末期容积增大，表明收缩期储备和舒张期储备均下降。在这种情况下，常出现心率代偿性加快，以保证心输出量不致过低，即在静息状态下心率储备已被动用;当心力衰竭患者的心率增快到每分钟120~140次时，心输出量往往就开始下降，表明此时心率储备已不足代偿搏出量储备的降低，所以心力衰竭患者的心力储备显著低于正常人。 在进行强烈的体力活动时，体内交感一肾上腺髓质系统的活动增强，机体主要通过动用心率储备和收缩期储备而使心输出量增加。训练有素的运动员，心肌纤维增粗，心肌收缩能力增强，因此收缩期储备增加;同时，由于心肌收缩能力增强，可使心室收缩和舒张的速度都明显加快，因此心率储备也增加，此时，能使心输出量随心率加快而增多的最高心率将可提高到每分钟200~220次。 第二节 心脏的生物电活动和生理特性 心脏实现其泵血功能是以心肌的收缩和舒张为基础的;但心房和心室之所以能不停地进行有顺序的、协调的、收缩与舒张交替的活动，归根结底都是由心肌细胞动作电位的规律性发生与扩布而引起的。因此，需要进一步学习心脏的生物电活动规律。 与神经细胞和骨骼肌细胞相比，心肌细胞的生物电活动要复杂得多，各类心肌细胞的跨膜电位存在较大差异 (图4-5)，其形成机制也各不相同。因此，在介绍各类心肌细胞跨膜电位之前，有必要对心肌细胞进行适当的分类。根据组织学和电生理学特点，可将心肌细胞分为两类:一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，这类细胞具有稳定的静息电位，主要执行收缩功能，故称为工作细胞 (cardiac working cell);另一类为特殊心肌细胞，主要包括窦房结细胞和浦肯野细胞，它们组成心内特殊传导系统 (specialized conduction system)，这类细胞大多没有稳定的静息电位，并可自动产生节律性兴奋，故称为自律细胞 (autorhythmic cell)。根据心肌细胞动作电位去极相速度的快慢及其不同产生机制，又可将心肌细胞分成快反应细胞 (fast response cell)和慢反应细胞 (slow response cell)两类。前者包括心房肌细胞、心室肌细胞和浦肯野细胞等;后者则包括窦房结P细胞和房室结细胞等。 一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制 (一)工作细胞的跨膜电位及其形成机制 属于工作细胞的心房肌和心室肌细胞跨膜电位及其形成机制基本相同，所以，以下着重介绍心室肌细胞的跨膜电位及其形成机制。 1(静息电位 人和哺乳动物心室肌细胞的静息电位为-80~-90mV，其形成机制与神经细胞和骨骼肌细胞相似，即与静息时细胞膜对不同离子的通透性和离子的跨膜浓度差有关。 + 心室肌细胞膜上存在丰富的内向整流I础通道，它是内向整流钾通道 (inward rectifier K channel，Kchannel)中最常见的一种通道。这种通道属于非门控通道，它不受电压或化学信ir 号的控制，但其开放程度可受膜电位的影响 (见后文)。在静息状态下，I通道处于开放状K1+态，其通透性远大于其他离子通道的通透性，因此，由I电流引起的K平衡电位是构成静K1+息电位的主要成分。但心肌细胞膜在静息时对Na也有一定通透性，这是一种钠背景电流 ++(Na background current)，这种由少量Na内流引起的内向电流可部分抵消细胞内的负电位。 ++因此，心肌静息电位总是略小于I平衡电位 (均指绝对值)。此外，生电性钠泵对Na和KK1++的不对等转运 (转出3个Na，转入2个K)也可影响静息电位，由钠泵活动产生的泵电流 (pump current，I)可使细胞内的负电位有所增大。 pump 2(动作电位 心室肌细胞的动作电位明显不同于神经细胞和骨骼肌细胞，其主要特征是复极化过程较为复杂，持续时间很长，动作电位的升支和降支明显不对称。心室肌细胞的动作电位通常分为0期、1期、2期、3期、4期五个时相 (图4-6A)。 (1)去极化过程:心室肌细胞的去极化过程又称动作电位0期。在适当的外来刺激作用下。心室肌细胞发生兴奋，膜内电位由静息时的-80~-90mV迅速上升到0电位，并继续上升到+30mV左右，形成动作电位的升支。O期去极化的持续时间很短，仅1~2ms;去极化幅度很大，约120mV，因而去极化速度很快，最大速率 (Vmax)可达200~400V/s。 心室肌细胞0期去极化的离子机制与神经细胞和骨骼肌细胞相似，是由钠通道 (I通Na+道)开放和Na内流所引起的。介导0期去极化的I通道激活开放和失活关闭的速度都很快，Na 故又称快通道 (fast channel)。I通道在阈电位水平 (约-70mV)时激活开放，开放时间约1ms;Na 当膜去极达0mV左右时，I通道就开始失活而关闭。I通道激活速度快，又可产生再生NaNa++性循环，即膜去极化达到阈电位时，Na内向电流将超过K外向电流，于是在净内向电流的作用下使膜进一步去极化，而膜的进一步去极化将引起更多的I通道开放，产生更大的钠Na++电导和Na内向电流，如此便形成Na电流与膜去极化之间的正反馈，使膜在不足1ms时间内迅速去极化到接近EN。的水平。这就是心室肌细胞0期去极化速度快、动作电位升支陡峭的原因。这种0期去极化过程由快I通道介导的动作电位称为快反应动作电位 (fast Na response action potential)，因而心室肌细胞属于快反应细胞。心室肌细胞的快I通道与神经Na细胞和骨骼肌细胞的I通道分属不同的亚型，尽管也可被河豚毒 (tetrodotoxin，TTX)选择Na 性阻断，但它对TTX的敏感性要比脑细胞和骨骼肌细胞的敏感性低得多。 快I通道可被TTX选择性阻断。但由于其通道蛋白的分子结构不同，不同组织中的Na 快I通道对TTX的敏感性不同，心肌细胞的I通道对TTX的敏感性仅为神经细胞和骨骼NaNa 肌细胞的1/100~1/1000,，钠通道阻滞剂是临床上常用的抗心律失常药物，而TTX却不能用作抗心律失常药物。这是因为在全身使用TTX时，心肌细胞的I通道尚未被阻滞，而神经Na 细胞和骨骼肌细胞的I通道却早已被阻滞，因而可危及生命。 Na (2)复极化过程:当心室肌细胞去极化达到顶峰后，由于I通道的失活关闭，立即开Na 始复极。但复极化过程比较缓慢，历时200~300ms，包括动作电位的1期、2期和3期三个阶段。 1)1期:1期又称快速复极初期。此期中仅发生部分复极，膜内电位由+30mV迅速下降到0mV左右，历时约10ms。0期去极化和1期复极化期间膜电位的变化速度都很快，在记录的动作电位图形上呈尖峰状，故常把这两部分合称为锋电位。 在动作电位1期，快I通道已失活，且在去极化过程中又发生一过性外向电流 Na (transient outward current，I)的激活，从而使膜电位迅速复极到0mV左右。I通道是在膜toto+电位去极化到-30mV时被激活的，约开放5~10ms。I的主要离子成分是K，换言之，由to+K负载的I是引起心室肌细胞1期复极化的主要外向电流。 to 2)2期:在1期复极膜电位达0mV左右后，复极化过程变得非常缓慢，记录的动作电位图形较平坦，故称为平台期 (plateau)。该期历时100~150ms。这是心室肌细胞动作电位持 续时间较长的主要原因，也是区别于神经细胞和骨骼肌细胞动作电位的主要特征。 平台期的形成与许多离子流有关。造成平台期持续时间较长的一个重要原因是I通道K1的内向整流特性。如前所述，I通道的开放程度受膜电位的影响。它在静息电位水平时通K1 透性很大，I电流是产生静息电位的主要外向离子电流。当膜发生超极化且膜电位的负值K1+++大于I平衡电位时，促进K内流的电场力大于促进K外流的浓度势能，因而出现K内流，K1+且维持较高的通透性;反之，当膜发生去极化时，I通道的通透性降低，K外流减少，当K1+膜去极化至-20mV或更正时，K通过I通道的外流量已接近零 (图4-7)。显然，I通道对K1K1++超级化时的K内流比去极化时的K外流具有更大的通透性，有如一个整流二极管的作用。 +因此，I通道对K的通透性因膜的去极化而降低的现象，称为内向整流 (inward K1+rectification)。I通道的内向整流特性阻碍了平台期内K的外流，因而膜电位难以迅速复极K12+化。研究表明，I通道的内向整流现象是由于膜去极化时I通道内口被细胞内的Mg和K1K12+多胺 (如腐胺、亚精胺、精胺等)堵塞而引起，在实验条件下，如果移去细胞内的Mg和多胺，则可消除I通道的内向整流现象。 K1 事实上，决定平台期的离子电流主要是内向的L型钙电流 (long lasting calcium current， +I)和外向的延迟整流钾流 (delayed rectifier K current，I)。此外，参与平台期的离子流还Ca-LK 有一过性外向电流I和慢失活钠电流等。在平台期的初期，内向电流和外向电流二者处于to 平衡状态;随后，内向电流逐渐减弱，外向电流逐渐增强，总的结果是出现一种随时间推移而逐渐增强的微弱的净外向电流，导致膜电位的缓慢复极化。 心室肌细胞膜上的钙通道主要是L (long-lasting)型钙通道。这种通道属于电压门控通 2++道，主要对Ca通透，也允许少量Na通透。当细胞膜去极化达-40mV时，该通道被激活。L型钙通道的激活、失活以及复活过程均较缓慢，故又称慢通道 (slow channel)。L型钙通 2+道虽然在动作电位0期激活，但Ca内流幅度要到平台期之初才达到最大，而通道的失活过程可持续数百毫秒，所以L型电流成为平台期主要的内向电流。L型钙通道可被Mn2+和 2+多种Ca拮抗剂 (如维拉帕米等)所阻断。心室肌细胞膜上的I通道在动作电位0期去极至K 一40mV时激活，而在复极到-50mV时去激活。该通道的激活和去激活也很缓慢，也可持续数百毫秒。因为该通道激活缓慢，故I电流称为延迟整流钾流。正因为I通道的通透性KK增加缓慢，所以在平台期早期，由I电流形成的外向电流主要起抗衡以L型钙流为主的内K 向电流的作用;而在平台期晚期。则成为导致膜复极化的主要离子电流。 3)3期:3期又称为快速复极末期。在2期复极末，膜复极逐渐加速，延续为3期复极，故2期和3期之间没有明显的界限。在动作电位3期，复极化的速度加快，膜电位由0mV左右较快地复极到-90mV，完成整个复极化过程。该期历时100~150ms。 3期复极是由L型钙通道失活关闭，内向离子流减弱，而外向的I电流进一步增加所K 致。到3期末，随着膜电位负值增加，外向的I电流也增大 (图4-7)，而后者又进一步使K1 复极化过程加快，这种再生性循环使3期复极化越来越快，直至复极化完成。 从0期去极化开始到3期复极化完毕的这段时间，称为动作电位时程 (action potential duration)。心室肌细胞的动作电位时程为200~300ms。 (3)静息期:静息期又称动作电位4期。在心室肌细胞，4期膜电位虽已恢复并稳定于静息电位水平 (-80~-90mV)，但此时离子跨膜转运仍在活跃进行。这是因为在动作电位期间 +2++有Na、Ca进入细胞和K流出细胞，造成细胞内、外离子分布的改变。因此，细胞需要排 +2++出Na和Ca，并摄入K，以恢复细胞内、外各种离子的正常浓度梯度，并保持心肌细胞的正常兴奋性。 ++2+ 细胞膜上钠泵的活动可将内流的Na重新排出，同时将外流的K重新摄入细胞。Ca: +2++2++2+的排出主要依赖于细胞膜上的Na-Ca交换体 (Na-Ca exchanger)和钙泵。Na-Ca交换体 +2++是存在于细胞膜上的一种反向转运蛋白。在动作电位4期，Na-Ca交换体在将3个Na转 2++运人细胞内的同时，可将1个Ca转运出细胞，而进入细胞的Na则再由钠泵的活动排出细 +2+2+胞。Na-Ca交换是一种继发性主动转运 (见第二章)。此外，尚有少量的Ca可通过细胞膜 +2+2+上的钙泵 (即Ca-ATP酶)主动排出细胞。须加以说明的是，钠泵和Na-Ca交换体并非只在4期活动;实际上，它们的活动是持续进行的，并在动作电位的不同时相，其活动的强度可因当时膜内、外不同离子分布情况的改变而改变。这对维持细胞膜内外离子分布的稳态具有重要意义。 工作细胞中除心室肌细胞外，还有心房肌细胞。心房肌细胞的静息电位约-80mV。主 +要是因为其静息电位受Na内漏的影响较大，故细胞内负电位较心室肌细胞为小。心房肌细胞动作电位的形状与心室肌细胞基本相似，但动作电位时程较短，历时仅150~200ms (图 ++4-6B)。这是因为心房肌细胞膜上存在多种类型的钾通道，膜对K的通透性较大，K外流和复极化速度较快。此外，心房肌细胞的I通道较发达，I电流的影响可持续到2期，加速toto 其复极，因而平台期不明显。 (二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制 自律细胞与非自律细胞 (如工作细胞)跨膜电位的最大区别在于4期。工作细胞4期的膜电位是基本稳定的;而自律细胞动作电位3期复极化末在达到最大复极电位 (maximal repolarization potential)后，4期的膜电位并不稳定于这一水平，而是立即开始自动去极化，当去极化达阈电位水平时，即爆发一次新的动作电位。这种4期自动去极化 (phase 4 spontaneous depolarization)的过程具有随时间而递增的特点，尽管其去极化速度远较0期去极化缓慢。4期自动去极化是自律细胞产生自动节律性兴奋的基础。不同类型的自律细胞，4期自动去极化的速度和机制不完全相同。以下主要讨论窦房结P细胞和浦肯野细胞的跨膜电位。 1(窦房结P细胞 窦房结内含有丰富的自律细胞，这些自律细胞称为P (pacemaker)细胞。窦房结P细胞的跨膜电位 (图4-6C)明显不同于心室肌细胞。图4-8示窦房结P细胞的动作电位及其离子机制。 (1)去极化过程:窦房结P细胞的最大复极电位约为-70mV，这是由于其细胞膜上I砌 ++通道较缺乏，膜对K的通透性较低而对Na的通透性相对较高所致。当自动去极化达阈电位水平 (约-40mV)时可触发0期去极化，膜内电位由原来的负值升至0~+15mV，其去极化 2+幅度为70~85mV。由于窦房结P细胞缺乏I通道，因此其动作电位主要依赖于Ca通过LNa 型钙通道内流而发生去极化，又由于L型钙通道的激活过程比较缓慢，故其0期去极化速率较慢， (约10V/s)，持续时间较长 (约7ms)。这种0期去极化过程由慢钙通道介导的动作电位称为慢反应动作电位 (slow response action potendal)，因而窦房结P细胞属于慢反应细胞。与心室肌细胞的跨膜电位相比，窦房结p细胞的最大复极电位和阈电位水平，以及0期去极化的幅度和速率均较小。 (2)复极化过程:与心室肌细胞动作电位相比，窦房结P细胞动作电位无明显的1期和2期，0期去极化后直接进入3期复极化过程。这是因为窦房结P细胞上很少表达I通道和to缺乏I通道之故。其复极化主要依赖于I通道来完成。 K1K (3)自动去极化过程:窦房结P细胞在3期复极达到最大复极电位后立即开始自动去极化。在心肌自律细胞中，窦房结P细胞的4期自动去极化速率最快 (约0.1V/s)，自律性最高。在窦房结P细胞动作电位4期存在许多内向电流和外向电流，其自动去极化的离子机制不外乎外向电流减弱和内向电流增强两个方面，以下着重介绍三种与4期自动去极化有关的离子电流 (图4-8)。 + 1)IK电流:IK通道在动作电位0期去极化时就已开始激活开放，以后K外流逐渐增强，成为窦房结P细胞3期复极的主要原因。但IK通道在复极化接近最大复极电位时去激活关 +闭，K的外流逐渐减少。由于此时外向的IK电流还相当大，因此其衰减而使内向电流相对 +增强的作用也相当大。可见，IK通道的去激活关闭所造成的K外流进行性衰减是窦房结P细胞4期自动去极化最重要的离子基础。甲磺酰苯胺类药物可阻断IK通道。 + 2)If电流:If电流是一种进行性增强的内向离子流，主要是Na内流，在浦肯野细胞4期自动去极化过程中起重要作用 (见后文)。If通道的最大激活电位约-100mV。而在正常情况下，窦房结P细胞的最大复极电位约-70mV。在此电位水平，If通道的激活十分缓慢，电流强度也较小，因此If电流在窦房结P细胞4期自动去极化过程中所起作用可能不大。If通道可被铯 (Cs)阻断。 3)T型钙流:除L型钙通道外，窦房结P细胞还存在T (transient)型钙通道，其阈电位约为-50mV。当4期自动去极化到-50mV时，T型钙通道被激活开放，引起少量的内向T型钙流 (I)，成为4期自动去极化后期的一个组成成分。T型钙通道可被镍 (NiCl)阻断，Ca-T2而一般的钙拮抗剂对I则无阻断作用。 Ca-T 2(浦肯野细胞 浦肯野细胞的最大复极电位约-90mV。由于细胞膜上的I通道密度较K1++高，膜对K的通透性较大，所以其最大复极电位更接近K平衡电位，也较心室肌细胞的静息电位更负。浦肯野细胞兴奋时产生快反应动作电位，所以它是一种快反应细胞，其动作电位分为0期、1期、2期、3期和4期五个时相。除4期外。浦肯野细胞动作电位的形态和离子基础与心室肌细胞基本相同。 浦肯野细胞4期自动去极化的形成机制也包括外向电流减弱和内向电流增强两个方面，前者的主要成分是I电流，而后者则为I电流 (图4-9)。如前所述，在动作电位3期复极K1f 化至-50mV左右时，I通道去激活而关闭，I电流逐渐减小，所以，浦肯野细胞在最大复极KK 电位 (-90mV)时的I电流已经很小。可见，I电流的衰减并不是引起浦肯野细胞4期自动KK 去极化的主要原因。I通道在动作电位3期复极化至-60mV左右时开始激活开放，其激活程f 度随膜内负电位的加大和时间的推移而增加，即具有电压依赖性和时间依赖性。实验 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ，它在-100mV左右时充分开放，I电流达到最大值。而浦肯野细胞的最大复极电位和4期膜f 电位水平与I通道充分激活的电位水平较接近，因而认为I电流的增强在浦肯野细胞的4ff 期自动去极化过程中起主要作用。但由于I通道的激活开放速率较慢，4期自动去极化速度 f (约0.02V/s)较慢，因而自动节律性较低。 I通道是一种特殊的离子通道，它普遍存在于心肌自律细胞，对自律活动的产生具有十f 分重要的作用。I通道虽然也存在于工作细胞，但由于通道密度过低 (在人)或者激活电位过f 负 (在狗约-120mV)，故在生理情况下不起起搏作用。至于在窦房结，尽管I通道的编码基f因在P细胞高度表达，但由于P细胞的最大复极电位偏低，I电流对4期自动去极化的作用f 难以圆满解释，因而目前存在很大争议。I通道的特殊之处在于这种通道的电压依赖性和已f 知的其他心肌电压依赖性通道截然相反。其他通道均因细胞膜的去极化而激活开放，唯有I通道却因细胞膜的超极化而激活开放，故也称I通道。I通道激活开放时产生的I电流主fhff++要以Na内流为主，也有少量K外流，因而形成内向电流，引起自律细胞 (主要是浦肯野细胞)4期自动去极化而产生起搏作用，因此，I电流也称起搏电流 (pace-maker current)。 f 二、心肌的生理特性 心肌细胞具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性等生理特性。其中兴奋性、自律性和传导性都以心肌细胞膜的生物电活动为基础，故属于心肌的电生理特性;而心肌细胞的收缩性则以胞质内收缩蛋白的功能活动为基础，因而是心肌的一种机械特性。心肌的收缩功能是心脏泵血的重要基础，但心肌的收缩性在很大程度上受电生理特性的影响。心肌细胞的上述生理特性对心脏有序而协调的功能活动具有十分重要的作用。 (一)兴奋性 心肌属于可兴奋组织，在受到适当刺激时可产生动作电位，即具有兴奋性。衡量心肌兴奋性的高低可用刺激阈值为指标，阈值高则表示兴奋性低，阈值低则表示兴奋性高。 1(兴奋性的周期性变化 心肌细胞每发生一次兴奋，其膜电位就发生一系列有规律的变化，而引起快、慢反应动作电位0期去极化的钠通道和L型钙通道则由关闭状态经历激活、失活和复活等变化过程。在这一过程中，心肌细胞的兴奋性也随着发生相应的周期性改变。兴奋性的这种周期性变化，使心肌细胞在不同时期内对重复刺激表现出不同的反应能力或特性，这对心肌兴奋的产生和传导，以及收缩反应都将产生重要影响。现以心窒肌细胞为例，说明在一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化 (图4-10)。 (1)有效不应期:心肌细胞受到刺激发生兴奋时，从动作电位0期开始到3期复极化至-55mV的这段时期内，膜的兴奋性完全丧失，即对任何强度的刺激都不能产生去极化反应，这个时期称为绝对不应期 (absolute refractory period，ARP)。在3期复极化膜电位由-55mV继续恢复到约-60mV。的这段时间内，如果给予一个足够强的刺激，肌膜可产生局部的去极化反应，但仍不能发生动作电位，这一时期称为局部反应期 (1ocal response period)。由于从0期开始到3期膜电位恢复到-60mV这段时间内，心肌不能产生新的动作电位，因此这段时间称为有效不应期 (effective refractory period，ERP)。产生有效不应期的原因是这段时间内膜电位的负值太小，钠通道全部失活 (绝对不应期)，或仅少量复活 (局部反应期)，但其激活产生的内向电流仍不足以使膜去极化至阈电位。 (2)相对不应期:在3期复极化从-60mV至-80mV的这段期间内，若给予心肌细胞一个阈刺激，将不能引起细胞兴奋而产生新的动作电位;但当给予一个阈上刺激时，则可能产生一次新的动作电位，这段时间称为相对不应期 (relative refractory period，RRP)。其原因是此时已有相当数量的钠通道复活至可被激活的关闭状态，但在阈刺激下激活的钠通道数量，仍不足以产生使膜去极化至阈电位的内向电流，只有更强的刺激 (阈上刺激)才能激活足够的钠通道以点燃膜的兴奋。故心肌细胞的兴奋性虽比有效不应期时有所恢复，但仍然低于正常。 (3)超常期:在3期复极化膜电位从-80mV恢复到-90mV的这段时期内，膜电位已经基本恢复，钠通道也已复活至初始状态，由于膜电位的绝对值小于静息电位，即与阈电位水平之间的差距较小，所以，此时若给予心肌一个阈下刺激，就有可能引起一个新的动作电位，表明心肌的兴奋性高于正常，故这段时间称为超常期 (supranormal period，SNP)。 在相对不应期和超常期，钠通道尚未完全复活，膜内负电位水平小于静息电位水平，因此，若此时接受一次刺激，所产生的动作电位0期去极化幅度和速率均比正常动作电位小 (详见后文)，动作电位的时程也较短 (图4-11)，兴奋的传导速度也较慢。 2(影响兴奋性的因素 心肌细胞兴奋的产生包括细胞的膜电位达到阈电位水平以及引起0期去极化的离子通道的激活这两个环节。任何能影响这两个环节的因素均可改变心肌细胞的兴奋性。 (1)静息电位或最大复极电位水平:如果阈电位水平不变，而静息电位或最大复极电位的负值增大，则它与阈电位之间的差距就加大，因此引起兴奋所需的刺激强度增大，兴奋性降低。反之，静息电位的负值减小，使它与阈电位之间的差距缩短，因而引起兴奋所需的刺激强度减小，则兴奋性升高。但当静息电位显著减小时，可由于部分钠通道失活使阈电位水 +平上移，结果兴奋性反而降低。例如，当细胞外K浓度轻度升高时，由于膜电位轻度去极 +化，使膜电位与阈电位水平靠近，细胞兴奋性就增高;而当细胞外K浓度明显升高时，则膜电位显著减小，部分钠通道将失活，因而兴奋性反而降低。 (2)阈电位水平:如果静息电位或最大复极电位不变，而阈电位水平上移，则静息电位和阈电位之间的差距加大，引起兴奋所需的刺激强度增大，兴奋性降低。反之，阈电位水平下移则可使兴奋性增高。 (3)引起0期去极化的离子通道性状:如前所述，引起快、慢反应动作电位0期去极化的钠通道和L型钙通道都有关闭、激活和失活三种功能状态。这些通道处于哪种状态与当 时的膜电位水平和该电位的时间进程有关，换言之，这些通道都具有电压依赖性和时间依赖性。在快反应动作电位，当膜电位处于静息电位水平时，钠通道处于关闭状态，但可被激活。当膜发生去极化达到阈电位水平时，大量钠通道激活开放，并发生再生性循环，随后迅速失活关闭。处于失活状态的钠通道不能马上再次激活，须待膜电位复极化到-60mV或更负时，钠通道才开始复活，且复活需要一个时间过程。只有当膜电位恢复到静息电位水平时，钠通道才全部恢复到关闭状态。这就是为何落在有效不应期内的刺激不能产生有效兴奋的道理，因为此时钠通道正处于失活状态。可见，上述兴奋性的周期性变化主要决定于钠通道当时的功能状态。在慢反应动作电位，细胞的兴奋性决定于L型钙通道的功能状态，但L型钙通道的激活、失活和复活速度均较慢，其有效不应期也较长，可持续到完全复极之后。 3(兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系 与神经细胞和骨骼肌细胞相比，心肌细胞的有效不应期特别长，一直延续到心肌收缩活动的舒张早期。因此，心肌不会像骨骼肌那样发生完全强直收缩，而始终进行收缩和舒张交替的活动，从而保证心脏的泵血功能。 在正常情况下，当窦房结产生的每一次兴奋传到心房肌和心室肌时，心房肌和心室肌前一次兴奋的不应期均已结束，因此能不断产生新的兴奋，于是，整个心脏就能按照窦房结的节律进行活动。如果在心室肌的有效不应期后、下一次窦房结兴奋到达前，心室受到一次外来刺激，则可提前产生一次兴奋和收缩，分别称为期前兴奋 (premature excitation)和期前收缩 (premature systole)。期前兴奋也有其自身的有效不应期，当紧接在期前兴奋后的一次窦房结兴奋传到心室时，如果正好落在期前兴奋的有效不应期内，则此次正常下传的窦房结兴奋将不能引起心室的兴奋和收缩，即形成一次兴奋和收缩的“脱失”，须待再下一次窦房结的兴奋传来时才能引起兴奋和收缩。这样，在一次期前收缩之后往往会出现一段较长的心室舒张期，称为代偿性间歇 (compensatory pause) (图4-12)，然后再恢复窦性节律。但若窦性心率较慢，下一次窦房结的兴奋也可在期前兴奋的有效不应期结束后才传到心室，在这种情况下，代偿性间歇将不会出现。 (二)自动节律性 自动节律性 (autorhythmicity)简称自律性，是指心肌组织能在没有外来刺激情况下具有自动发生节律性兴奋的能力或特性。正常情况下，心肌组织的自律性活动较 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf ;而自律性高低则常可发生改变。自律性的高低是指心肌细胞自动兴奋频率的高低。 1(心脏的起搏点 心内特殊传导系统中各部分的心肌细胞都具有自律性，但其自律性高低存在较大差异。窦房结P细胞自身固有的自律性最高，约每分钟100次，但在在体情况下由于受到心迷走紧张性的影响，其自律性表现为每分钟70次左右;末梢浦肯野细胞纤维网的自律性最低，约每分钟25次，而房室交界和房室柬的自律性居中，分别为每分钟50次和40次左右。生理情况下，整个心脏的活动总是按照当时自律性最高的组织所发出的节律性兴奋来进行。正常情况下，窦房结的自律性最高，由它发出的节律性兴奋依次激动心房肌、房室交界、房室束、心室内传导组织和心室肌，引起整个心脏的节律性兴奋和收缩。可见，窦房结是引导整个心脏兴奋和搏动的正常部位，故称为正常起搏点 (normal pacemaker)。由窦房结起搏而形成的心脏节律称为窦性节律 (sinus rhythm)。在正常情况下，心脏其他部位的自律组织仅起兴奋传导作用，:而不表现出它们自身的自律性，故称为潜在起搏点 (latent pacemaker)。在某些病理情况下，由窦房结下传的兴奋可因传导阻滞而不能控制其他自律组织的活动，或窦房结以外的自律组织的自律性增高，心房或心室就受当时自律性最高的部位所发出的兴奋节律支配而搏动，这些异常的起搏部位称为异位起搏点 (ectopic pacemaker)。 窦房结对于潜在起搏点的控制，可通过以下两种机制而实现。 (1)抢先占领:窦房结的自律性高于其他潜在起搏点，故潜在起搏点在4期自动去极化尚未达到阈电位水平之前，已经受到来自窦房结的激动作用而产生动作电位。由于这种抢先 占领 (capture)的作用，使潜在起搏点自身的自律性不能表现出来。 (2)超速驱动压抑:当自律细胞在受到高于其固有频率的刺激时，就按外加刺激的频率发生兴奋，称为超速驱动。在外来的超速驱动刺激停止后，自律细胞不能立即呈现其固有的自律性活动，需经一段静止期后才逐渐恢复其自律性，这种现象称为超速驱动压抑 (overdrive suppression)。窦房结对于潜在起搏点自律性的直接抑制作用就是一种超速驱动压抑。超速驱动压抑具有频率依赖性，即超速驱动压抑的程度与两个起搏点自动兴奋频率的差值呈平行关系，频率差值愈大，压抑效应愈强，驱动中断后停止活动的时间也愈长。临床上常见在突然发生的窦性停搏时，往往要间隔较长时间才出现房室交界性或室性的自主心律，就是这个原因。发生超速驱动压抑的原因之一，是心肌细胞膜上钠泵活动的增强。当自律细 ++胞受到超速驱动时，由于单位时间内产生的动作电位数量增多，导致Na内流和K外流均增加，于是钠泵活动随之增强，所产生的外向性泵电流增大，使细胞膜发生超极化，因此自律性降低。当超速驱动停止后，增强的钠泵活动将继续维持一段时间后才恢复到静息水平，因而使自律细胞出现短时的压抑。这一事实提示，在心脏人工起搏的情况下，若需暂时中断起搏器工作，则应在此之前使其驱动频率逐步减慢，以免发生心搏停止。 2(影响自律性的因素 自律性的产生是由自律细胞4期自动去极化使膜电位从最大复极电位达到阈电位水平所致。因此，自律性的高低主要决定于4期自动去极化的速率，也受最大复极电位与阈电位之间差距的影响 (图4-13)。 (1)最大复极电位与阈电位之间的差距:最大复极电位的绝对值减小，或阈电位水平下移，都能使二者之间的差距缩短，因此自动去极化达到阈电位水平所需的时间减少，自律性就增高;反之则目，律性降低。 (2)4期自动去极化的速率:动作电位4期自动去极化的速率是影响心肌自律性最重要的因素。若4期自动去极化速率增快，达到阈电位水平所需的时间将减少，单位时间内发生兴奋的次数就增多，即自律性增高;反之，则自律性降低。 (三)传导性 传导性 (conductivity)是指心肌细胞具有传导兴奋的能力或特性。传导性的高低可用兴奋的传播速度来衡量。 1(心脏内兴奋传播的途径和特点 心肌细胞之间兴奋的传播是以心肌细胞间的缝隙连接为基础的。心肌细胞闰盘上有较多的缝隙连接构成细胞间的通道，兴奋可以局部电流的形式通过这些低电阻通道直接传给相邻的细胞，实现心肌细胞的同步性活动。 兴奋在心内的传播是通过特殊传导系统而有序进行的。正常情况下，窦房结发出的兴奋通过心房肌传播到整个右心房和左心房，并沿着由心房肌组成的优势传导通路 (preferential pathway)迅速传到房室交界区，再经房室束和左、右束支传到浦肯野纤维网，引起心室肌兴奋。位于内膜侧的心室肌先兴奋，而后兴奋传播至外膜侧心室肌。 不同心肌细胞因其形态和功能不同，因而兴奋在心脏各部分的传导速度也不相等。普通心房肌的传导速度较慢，约0.4m/s，而优势传导通路的传导速度较快，为1.0~1.2m/s，因此窦房结的兴奋可沿此通路迅速传到房室交界区。心室肌的传导速度约为1 m/s。而心室内传导组织的传导速度则快得多，末梢浦肯野纤维的传导速度可达4 m/s，而且这些纤维呈网状分布于整个心室壁，因此，房室交界的兴奋可沿浦肯野纤维网迅速而广泛地传到左、右两心室，有助于左、右两心室的同步活动。房室交界区细胞的传导速度很慢，其中又以结区为最慢 (0.02m/s)，且房室交界是兴奋由心房传向心室的唯~通道，因此兴奋由心房传至心室需经一个时间延搁，这一现象称为房-室延搁 (atrioventricular delay)。房一室延搁具有重要意义，可使心室的收缩必定发生在心房收缩完毕之后，因而心房和心室的收缩在时间上不会发生重叠，这对心室的充盈和射血是十分重要的;但房室交界区也因此而成为传导阻滞的好发部位，房一室传导阻滞在临床上极为常见。 2(影响传导性的因素 心肌的传导性与心肌细胞的结构特点和电生理特性有关。 (1)结构因素:细胞直径与细胞内的纵向电阻呈反变关系，直径较小的细胞，局部电流沿细胞纵轴流动的纵向电阻较大，电紧张电位的波前扩布距离较近，电紧张电位的形成速度也较慢，因而兴奋的传导速度较慢 (见第二章)。心房肌、心室肌和浦肯野细胞的直径都较大，末梢浦肯野细胞的直径最大，在某些动物，其直径可达70µm，因此兴奋的传导速度很快。窦房结P细胞的直径很小，约5~10µm，传导速度很慢;房室交界结区细胞的直径更小，约3µm，传导速度最慢。此外，细胞间缝隙连接的数量和功能状态也可影响传导速度。在窦房结和房室交界区，细胞间的缝隙连接数量较少，因此传导速度较慢;在某些病理情况下，如心肌缺血时，细胞间的缝隙连接通道可关闭，兴奋传导也明显减慢。 (2)生理因素:由于结构因素是相对固定的，而生理因素的变动性较大，因此心肌细胞的电生理特性是影响心肌传导性的主要因素。 1)0期去极化的速度和幅度:动作电位0期去极化的速度和幅度是影响心肌传导速度最重要的因素。0期去极化的速度愈快，局部电流及其前方电紧张电位的形成就愈快，邻旁未兴奋部位膜去极化并达到阈电位水平的时间就愈短，因而兴奋传导愈快。0期去极化的幅度愈大，细胞膜上兴奋部位和未兴奋部位之间的电位差就愈大，形成的局部电流就愈强，电紧张电位的波前将扩布更远，使前方更远部位的膜达到阈电位，且电紧张电位的形成速度也加快，因而兴奋传导愈快。动作电位0期去极化的幅度和速度受膜电位的影响。以快反应动作电位为例，0期去极化依赖于钠通道的激活开放，而钠通道开放的速率 (称为钠通道的效应)和数量 (称为钠通道的可利用率)是电压依赖的，即决定于受刺激时的膜电位水平。若以膜电位为横坐标，而以0期最大去极化速度为纵坐标，可得到呈S型的膜反应曲线 (membrane responsiveness curve) (图4-14)。从膜反应曲线中可见，当膜电位在正常静息电位水平 (-90mV)时，膜受刺激后0期最大去极化速度可达400~500V/s，若加大膜内负电位，0期最大去极化速度基本不变，但若减小膜内负电位，则0期最大去极化速度显著下降，当膜电位降至-55mV时，0期最大去极化速度几乎为零。这是因为在正常静息电位水平情况下，膜受刺激去极化达阈电位水平后，大量钠通道快速开放，并可发生再生性循环，0期去极化速度可达最大值，而当膜去极化到-55mv时，钠通道已失活关闭。膜反应曲线反映的是钠通道效应的电压依赖性。 同样，由钠通道开放数量所决定的0期去极化幅度也依赖于膜电位水平。若在正常静息电位水平时膜受刺激，钠通道开放速度快，开放数量多，动作电位0期去极化速度就快，幅度也大;而在低于正常静息电位水平时膜受刺激，则动作电位0期去极化速度就慢，幅度也小，如同在一次兴奋后的相对不应期和超常期内，膜受外来刺激所产生的新的动作电位一样 (图4-11)。 2)邻旁未兴奋部位膜的兴奋性:兴奋的传导是细胞膜依次发生兴奋的过程，因此邻旁未兴奋部位膜的兴奋性必将影响兴奋的传导。例如，在邻旁未兴奋部位膜受到外来刺激产生期前兴奋后，如果邻旁未兴奋部位膜上决定0期去极化的离子通道处于失活状态，即处于有效不应期内，则局部电流不能使之兴奋，结果导致传导阻滞;如果邻旁部位膜处于部分失活状态，即处于相对不应期或超常期内，则产生的动作电位0期去极化速度和幅度都将降低，使传导速度减慢。此外，若邻旁未兴奋部位膜的静息电位与阈电位之间的差距加大，则膜的兴奋性降低，去极化达到阈电位水平所需的时间延长，所以传导速度减慢。 (四)收缩性 和骨骼肌一样，心肌细胞也有粗、细肌丝的规则排列，因而也呈现横纹。但心肌纤维较短，且有分支，细胞之间可通过缝隙连接发生电耦联，缝隙连接位于心肌所特有的闰盘处。心肌细胞的收缩也由动作电位触发，也通过兴奋-收缩耦联使肌丝滑行而引起。除此之外，心肌收缩还有其自身的特点。 1(心肌收缩的特点 (1)同步收缩:在骨骼肌，一个细胞产生的兴奋不能传播到其他肌细胞，多个骨骼肌细胞的同步收缩是由支配该骨骼肌的运动神经纤维同时发放神经冲动而引发的。在心肌，由于细胞之间存在缝隙连接，兴奋可在细胞间迅速传播，因此，心肌可看作是一个功能上的合胞体。但在解剖上，心房与心室之间存在纤维环和结缔组织将两者分隔开，所以心脏实际上由两个合胞体所组成，左、右心房是一个合胞体，左、右心室也是一个合胞体。唯一连接心房与心室的结构是房室交界传导纤维。心肌一旦兴奋后，可使整个心房的所有心肌细胞、整个心室的所有心肌细胞先后发生同步收缩。只有当心肌同步收缩时，心脏才能有效地完成其泵血功能。心肌的同步收缩也称“全或无”式收缩。 (2)不发生强直收缩:如前所述，心肌细胞在发生一次兴奋后，其兴奋性的有效不应期特别长，相当于整个收缩期和舒张早期。在有效不应期内，无论多么强大的刺激都不会使心肌细胞再次兴奋而产生收缩。因此在正常情况下，心脏不会发生强直收缩，而是始终保持着收缩与舒张交替进行的节律活动。这对于保证心脏正常射血与充盈的交替，维持心脏正常的泵血功能具有重要意义 2+ (3)对细胞外Ca的依赖性:心肌细胞的质膜含有与骨骼肌相似的T管，但其肌质网 2+不如骨骼肌发达，Ca储备量较少，在T管与肌质网之间形成二联管而非三联管。因此，心 2+2+肌细胞的兴奋-收缩耦联过程高度依赖于细胞外Ca经L型钙通道内流的Ca主要起触发肌 2+2+质网释放Ca的作用，在心肌，由肌质网释放的Ca占80,~90,，经L型钙通道内流的2+2+Ca占10,~20, (见第二章)。细胞外Ca浓度在一定范围内增加，可增强心肌收缩力;反 2+2+2+之，细胞外Ca浓度降低，则心肌收缩力减弱。当细胞外Ca浓度很低甚至无Ca时，虽然心肌细胞仍能产生动作电位，却不能引起收缩，这一现象称为兴奋一收缩脱耦联。 2(影响心肌收缩的因素 凡能影响搏出量的因素，如前负荷、后负荷和心肌收缩能力， 2+以及细胞外Ca浓度等，都能影响心肌的收缩。 三、体表心电图 在正常人体，由窦房结发出的兴奋按一定的途径和时程依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋。心脏各部分在兴奋过程中出现的生物电活动，可通过心脏周围的导电组织和体液传到体表。如果将测量电极置于体表的一定部位，即可引导出心脏兴奋过程中所发生的电变化，这种电变化经一定处理后并记录到特殊的记录纸上，便成为心电图 (electrocardiogram，ECG)。心电图可反映整个心脏兴奋的产生、传导和兴奋恢复过程中的生物电变化，而与心脏的机械收缩活动则无直接关系。 (一)正常心电图各波和间期的形态及其意义 心电图记录纸上有由横线和纵线画出的长和宽均为1mm的小方格。通常心电图机的灵敏度和走纸速度分别设置为1mV/cm和25mm/S，故纵向每一小格相当于0.1mV，横向每一小格相当于0.04s。将测量心电图的电极置于体表不同部位，或改变记录电极的连线方式 (即导联系统)，就能记录到不同的心电图波形。但用不同导联记录到的心电图都包含几个基本波形，即心脏每次兴奋过程中都会相继出现一个P波，一个QRS波群和一个T波，有时在T波后还可出现一个小的U波 (图4-15)。心电图有多种导联，临床上检查心电图时，一般需要记录12个导联，包括I、?、?三个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 导联，aVR、aVL、aVF三个加压单极肢体导联和V六个单极胸导联。以下主要以标准?导联心电图为例，介绍心电图各波和间期的1~6 形态及其意义。 1(P波 心电图P波反映左、右两心房的去极化过程。P波波形小而圆钝，历时0.08~0.11s，波幅不超过0.25mV。虽然窦房结的去极化发生在心房去极化之前，但由于窦房结很小，兴奋时产生的综合电位也很小，在体表心电图上不能被记录到。 2(QRS波群 QRS波群反映左、右两心室的去极化过程。典型的QRS波群包括三个 紧密相连的电位波动，第一个向下的波称为Q波，第一个向上的波称为R波，紧接R波之后的向下的波称为S波。在不同导联的记录中，这三个波不一定都出现。正常的QRS波群历时0.06~0.10s，代表兴奋在心室内传播所需的时间。 3(T波 T波反映心室的复极化过程，历时0.05~0.25s，波幅为0.1~0.8mV，在R波波幅较高的导联中不低于R波的1/10。T波的方向与QRS波群的主波方向相同。如果出现T波低平、双向或倒置，则称为T波改变，主要反映心肌缺血。 4(U波 U波是在T波后0.02~0.04s可能出现的一个低而宽的波，方向一般与T波一致，波宽0.1~0.3s，波幅一般小于0.05mV。U波的意义和成因尚不十分清楚，一般推测U波可能与浦肯野纤维网的复极化有关。 5(PR间期 (或PQ间期) PR间期是指从P波起点到QRS波起点之间的时程，一般为0.12~0.20s。PR间期代表由窦房结产生的兴奋经由心房、房室交界和房室束到达心室并引起心室肌开始兴奋所需要的时间，故也称为房室传导时间。当发生房室传导阻滞时，PR间期延长。 PR段是指从P波终点到QRS波起点之间的时段，心电图中所描记到的PR段通常出现在基线水平上。PR段反映兴奋通过心房后在向心室传导过程中的电位变化，由于兴奋在通过房室交界区时的传导非常缓慢，形成的综合电位很小，一般记录不到电位的改变，故在P波之后曲线便回到基线水平，从而形成PR段。 6(QT间期 QT间期是指从QRS波起点到T波终点的时程，代表从心室开始去极化到完全复极化所经历的时间。QT间期的长短与心率成反变关系，心率愈快，QT间期愈短。 7(ST段 ST段是指从QRS波群终点到T波起点之间的线段。正常时S'I?段应与基线平齐。ST段代表心室各部分心肌细胞均处于去极化状态 (相当于动作电位的平台期)，各部分之间的电位差很小。ST段的异常压低或抬高常表示心肌缺血或损伤。 心房在复极化过程中产生的电变化形成Ta波，即心房T波。它开始于P波之后，与P波的方向相反。Ta波的波幅很低，并与PR(段、QRs波ST段的初期重叠在一起，因此在心电图中一般不能被发现。 (二)心电图与心肌细胞动作电位的关系 心电图的产生是以心肌细胞的生物电变化为基础的，但心电图的波形与单个心肌细胞的跨膜电位曲线具有明显差异 (图4-16)。造成这种差异的主要原因有以下三个方面:?单个心肌细胞的电变化是用细胞内记录的方法获得的，这种方法是将一个电极放在细胞外表面，另一个电极插入细胞内，所记录到的电变化是细胞内、外的电位差;而心电图的记录方法是电极位于体表的细胞外记录。，由于心脏处于身体这个“容积导体”中，心脏在兴奋过程中兴奋部位和未兴奋部位之间的电位差在容积导体中形成的规则的电位变化可用位于容积导体不同部位的电极测出。容积导体 (volume conductor)是指具有长、宽、厚三雏空间的导电体。人体的组织和体液均可导电，且具有长、宽、厚三维空间，因此可将人体看成是一个容积导体。记录心电图一般是将两个电极放置在身体表面的不同部位，记录心脏兴奋过程中这两个不同部位之间的电位差;或将一个电极用作探测电极，另一电极用作参照电极置于零电位处，测量探测电极所在部位的电位变化。?心肌细胞的电变化是单个心肌细肥往静息时或兴奋时的腰内、外电位差及其变化;而心电图则反映整个心脏在兴奋过程中的综合电变化。心电图上每一瞬间的电位数值，都是很多心肌细胞电活动的综合效应在身体不同部位的反映。?用电极在心肌细胞内记录电位变化时(在同一个细胞内记录到的图形是恒定的;而在记录心电图时，由于记录电极在身体表面的部位不同 (即不同的导联)，所记录到的心电图波形也不相同。在临床上。可将各导联所记录到的心电图波形改变作为诊断心脏疾病的依据之一，在对各种心律失常、心肌病变和心肌缺血等的诊断中尤为重要。 第三节 血管生理 与心脏相连接的血管系统是一个相对密闭的管道系统，通过管道内流动着的血液实现体内物质运输和与组织、细胞物质交换等重要的生理功能。由图4-17中可知，全部血液都流经肺 (肺循环)，而体循环则由许多相互并联的血管环路所组成，在这样的结构中，即使局部血流量有较大幅度的变动，对整个体循环也不会产生很大影响。本节主要叙述血管的功能。由于在组织液重吸收过程中，有一些组织液进入淋巴系统，最终经淋巴管汇入静脉，构成血液循环的一部分，因此，本节也将简要介绍淋巴循环。各类血管的功能特点 体循环和肺循环的血管系统 (vascular system)都由动脉、毛细血管和静脉所组成，动脉、毛细血管和静脉之间呈串联关系，体循环和肺循环之间也呈串联关系。从生理功能上可将血管分为以下几类。 1(弹性储器血管 主动脉、肺动脉主干及其发出的最大分支，其管壁坚厚，富含弹性纤维，有明显的可扩张性和弹性，故称为弹性储器血管 (Windkessel vessel)。左心室收缩射血时，主动脉压升高，一方面推动动脉内的血液向前流动，另一方面使主动脉扩张，容积增大。左心室射出的血液在射血期仅一部分通过小动脉进入外周，另一部分则储存在被扩张的大动脉内。当主动脉瓣关闭后，被扩张的大动脉管壁依其弹性回缩，把在射血期多容纳的那部分血液继续推向外周，大动脉的这种功能称为弹性储器作用。大动脉的弹性储器作用可使心脏间断的射血变成为血管系统中连续的血流，并能减少每个心动周期中血压的波动幅度。 2(分配血管 从弹性储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 (distribution vessel)。 3(毛细血管前阻力血管 小动脉和微动脉 (arteriole)的管径小，血流阻力大，因而称为毛细血管前阻力血管 (precapiliary resistance vessel)。微动脉的管壁富含平滑肌，其舒缩活动可使血管口径发生明显变化，从而改变对血流的阻力和所在器官、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 (precapillaly sphincter)。其舒缩活动可控制毛细血管的启闭，因此可决定某一时间内毛细血管开放和关闭的数量。 5(交换血管 真毛细血管 (true capillary)的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，成为血管内血液和血管外组织液进行物质交换的场所，故称为交换血管 (exchange vessel)。 6。毛细血管后阻力 血管微静脉因管径小，对血流也产生一定的阻力，故称为毛细血管后阻力血管 (postcapillary resistance vessel)。其舒缩活动可影响毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值，从而改变毛细血管血压以及体液在血管内和组织间隙内的分配。 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，即较小的压力改变就可使其容积发生较大变化。在安静状态下，循环血量的60,~70,容纳在静脉中。静脉口径发生较小改变时，静脉内容纳的血量就可发生很大变化。静脉在血管系统中起着血液储存库的作用，因而称为容量血管 (capacitance，vessel)。 8(短路血管 一些血管床中的小动脉和小静脉之间存在直接联系的血管，称为短路血管 (arteriovenous shunt)。短路血管可使小动脉内的血液不经过毛细血管而直接流入小静脉。在手指、足趾、耳郭等处的皮肤中存在许多短路血管，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。血流动力学是流体动力学的一个分支，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系。由于血管是具有弹性和可扩张性而非刚性的管道系统，血液又是含有血细胞和胶体物质等多种成分的非理想液体，因此血流动力学除与一般流体力学具有共同点外，又有它自身的特点。 (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 (velocity of blood flow)。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:Poiseuille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 (P1-P2)以及管道半径 (r)的4次方成正比，与管道的长度 (L)和液体的粘滞性 (η)成反比，可用下式表示 该公式即为泊肃叶定律 (Poiseuille?s law)。 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 (turbulent flow)两类。在层流的情况下，液体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。因而可设想血管内的血液由无数层同轴的圆柱面所构成，在同一层的液体质点流速相同，由轴心向管壁，各层液体的流速依次递减，如图4-18所示。图中的箭头方向指示血流的方向，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而出现漩涡。在湍流的情况下，泊肃叶定律不再适用，血流量不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，即 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 32度，单位为g/cm，η为血液粘滞度，单位为dyn•s/cm，也称泊，Re为Reynolds常数，无量纲。一般当Re数超过2 000时，就可发生湍流。由上式可知，在血流速度快，血管口径大，血流粘滞度低的情况下，容易发生湍流。在生理情况下，心室腔和主动脉内的血流是湍流，其余血管系统中的血流都属层流。但在病理情况下发生血管狭窄时，局部血流加速，其下游可出现湍流，并可在相应的体表处听到杂音。 (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 (resistance of blood flow)。血流阻力的产生是由于血液流动时因摩擦而消耗能量，并转变为热能，故血液在血管内流动时压力逐渐降低。在湍流情况下，血液中各个质点不断变换流动方向，故能量消耗较层流时多，血流阻力也较大。血流阻力一般不能直接测量，需通过计算得出。在层流状态下。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 (4-7) 如果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 这一公式表示，血流阻力与血管的长度和血液的粘滞度成正比，而与血管半径的4次方成反比。由于血管的长度变化很小，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决定于该器官阻力血管的容愈大，血液粘滞度就愈高。 2。血流切率 在层流情况下，相邻两层血液流速之差和液层厚度的比值，称为血流切率 (shear rate)。从图4-18中可见，切率即为图中抛物线的斜率。匀质液体的粘滞度不随切率的改变而改变，这类液体称为牛顿液 (Newtonian fluid)。血浆属于牛顿液。非匀质液体的粘滞度随切率的减小而增大，这类液体则称为非牛顿液 (non-Newtonian fluid)，全血就属于非牛顿液。当血液在血管内以层流方式流动时，红细胞有向中轴移动的趋势，这种现象称为 轴流 (axial flow)。当切率较高时，轴流现象更为明显，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机会都很少，故血液粘滞度较低。在切率较低时，红细胞向中轴集中的趋势被红细胞相互间的碰撞所对抗，血液粘滞度则较高。当血流速度很低时，红细胞有发生聚集的趋势，此时血液粘滞度将明显增高。 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0.2~0.3mm的微动脉内流动时，只要切率足够高，则在一定范围内血液粘滞度将随血管口径的变小而降低。这一现象称为Fahraeus-Lindqvist效应，对机体有明显的益处，可大大降低血液在小血管中流动的阻力。 4(温度 血液粘滞度可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。如果将手指浸在冰水中，局部血液的粘滞度可增加2倍。 (三)血压 血压 (blood presstlre)是指流动着的血液对于单位面积血管壁的侧压力，也即压强。压 22强的国际标准计量单位是帕 (Pascal，符号为Pa)，即牛顿/米 (N/m)，帕的单位较小，故血压数值常用千帕 (kPa)表示。但传统习惯常以毫米汞柱 (mmHg)为单位，1mmHg等于0.133kPa。血管各段的血压都不相同，平常所说的血压是指动脉血压。静脉血压和心房压较低，又常以厘米水柱 (cmHO)为单位，1 cmHO等于0.098kPa。 22 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、静脉或心脏，导管的另一端与一个装有水银的U形管相连，U形管两侧水银柱面高度差值即为测定部位的血压值。目前多用压力换能器，它可将压强能的变化转变为电信号的变化，并精确地测出心动周期中各个瞬间的血压数值。 在临床上，常用听诊法间接测定肱动脉的收缩压和舒张压。在某些特殊情况下，也可用导管插入血管直接测量血压。在用导管直接测量血压时，如果导管的开口正对血流，则血流动能也转变成压强能，因此测得的血压值将大于血液对血管壁的侧压，称为端压。当人体处于安静状态时，体循环中血流动能部分在总的能量中只占很小比例，在心缩期主动脉压达最大值时，血流动能也仅占总能量的3,。当肌肉活动时，血流速度大大加快，动能部分所占的比例将增高。在肺循环中，由于肺动脉压较低，而血流速度则与体循环相近，因此血流动能部分所占的比例较大。 三、动脉血压和动脉脉搏 {一)动脉血压 1(动脉血压的形成 循环系统内的血液充盈、心脏射血和外周阻力，以及主动脉与大动脉的弹性储器作用是形成动脉血压的基本条件。 (1)循环系统内的血液充盈:循环系统中有足够的血量充盈，是动脉血压形成的前提。循环系统中血液充盈的程度可用循环系统平均充盈压来表示。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，因此循环系统中各处的压力很快就取得平衡，此时在循环系统中各处所测得的压力都是相同的，这一压力数值即为循环系统平均充盈压 (mean circulatory filling pressure)。这一数值的高低取决于循环血量和血管系统容量之间的相对关系。如果循环血量增多，或血管系统容量减小，循环系统平均充盈压就增高;反之，如果循环血量减少或血管系统血管容量增大，则循环系统平均充盈压就降低。用巴比妥麻醉的狗，其循环系统平均充盈压约7mmHg。人的循环系统平均充盈压也接近这一数值。 (2)心脏射血和循环系统的外周阻力:心室收缩时所释放的能量，假如未遇到阻力，则全部转化为血液的动能。但在正常情况下，由于血管内存在外周阻力，心室收缩释放的能量可分为两部分，一部分用于推动血液流动，成为血液的动能;另一部分则形成对血管壁的侧压，并使血管壁扩张，这部分能量形成势能，即压强能。循环系统的外周阻力 (peripheral resistance)主要是指小动脉和微动脉对血流的阻力。 (3)主动脉和大动脉的弹性储器作用:心室射血是间断进行的。在每个心动周期中，左心室内压随着心室的收缩和舒张发生较大幅度的变化。一般情况下，左心室每次收缩时向主动脉内射出60~80rnl血液。由于外周阻力的存在以及主动脉和大动脉管壁具有较大的可扩张性，因此左心室一次收缩所 射出的血液在心缩期内仅约1/3流至外周，其余约2/3暂时储存于主动脉和大动脉内，并使主动脉压升高。由于主动脉和大动脉的弹性储器作用，主动脉压升高的速度和幅度得到缓冲而达到适当的水平。心室舒张时，半月瓣关闭，射血停止，被扩张的主动脉和大动脉依其弹性回缩，将心缩期储存的那部分势能释放出来，并将血液继续推向外周，使主动脉压在心舒期仍能维持在较高水平。可见，由于主动脉和大动脉的弹性储器作用，可使每个心动周期中动脉血压的波动幅度得到缓冲;另一方面，可使左心室的间断she血变为动脉内的连续血流。 2(动脉血压的正常值 心室收缩时，主动脉压升高，在收缩期的中期达到最高值，此时的动脉血压 (arterial blood pressure)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 (pulse pressure)，简称脉压。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)，其精确数值可通过血压曲线面积的积分来计算，简略估算，平均动脉压约等于舒张压与1/3脉压之和。动脉血压值习惯以收缩压/舒张压表示，如120/80mmHg (图4-19)。 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， 舒张压为60~80mmHg，脉压为30~40mmHg，平均动脉压接近100mmHg。 在血液从主动脉流向心房的过程中，需要不断消耗能量以克服阻力，故血压逐渐降低 (图4-20)。在各段血管中，血压降落的幅度与该段血管对血流阻力的大小成正比。在主动脉和大动脉段，血压降落较小。如主动脉平均压为100mmHg，在直径为3mm的动脉处，平均动脉压仍有95mmHg。到小动脉时，血流阻力增大，血压降落幅度也变大，在体循环中，微动脉段的血流阻力最大，血压降低也最显著。如微动脉起始端的血压为85mmHg，到毛细血管起始端，血压仅有30mmHg，下降幅度达55mmHg。当血液经毛细血管到达微静脉时，血压下降至15~20mmHg，而血液经静脉汇入右心房时压力已接近0mmHg。 从主动脉到外周动脉，平均动脉压逐渐降低，而血压的波动幅度却逐渐变大。与主动脉内的血压波动相比，外周动脉的收缩压较高。而舒张压较低，故脉压较大。产生这种现象的原因主要是血压压力波的折返。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，因受到较大阻力而发生折返。折返的压力波逆流而上，如果遇到下行的波动，两者即可发生叠加，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跟随一个较小的折返波，故股动脉的血压波动幅度大于主动脉的血压波动幅度 (图4-21)。 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。出生后第一个月内，收缩压很快升高，到第一个月末可达到80mmHg左右。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，其收缩压可达120mini-lg。青春期以后，收缩压随年龄的增长而缓慢升高。至60岁时，收缩压约为140mmHg。 此外，正常的动脉血压呈明显的昼夜波动周期，表现为夜间血压最低，清晨起床活动后迅速升高。大多数人的血压在清晨2~3时最低，在上午6~8时及下午4~6时各有一个高峰，晚上8时以后血压呈缓慢下降趋势。在老年人动脉血压的上述周期现象更为显著。 3(影响动脉血压的因素 凡能影响动脉血压形成的各种因素，都能影响动脉血压。为 了讨论方便，在下面的分析中，都是在假定其他条件不变时，单独分析某一因素变化对动脉血压产生的影响。 (1)心脏搏出量:如果搏出量增大，则心缩期射入主动脉的血量增多，动脉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。由于血压升高，血流速度就加快，大动脉内增加的血量大部分可在心舒期流向外周。到舒张期末，大动脉内存留的血量与搏出量增加之前相比，增加并不很多。因此，动脉血压的升高主要表现为收缩压明显升高，而舒张压升高的幅度相对较小，因而脉压增大。反之，当搏出量减少时，则主要使收缩压降低，脉压减小。在一般情况下，收缩压的高低主要反映心脏搏出量的多少。 (2)心率:心率加快时，由于心舒期明显缩短，在心舒期流向外周的血液就减少，故心舒期末主动脉内存留的血量增多，舒张压升高。舒期末主动脉内存留血量的增多使收缩期动脉内的血量增多，收缩压也相应升高，但由于血压升高可使血流速度加快，在心缩期亦有较多的血液流向外周，因此收缩压升高不如舒张压升高显著，脉压相应减小。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:外周阻力增加可使心舒期血液流向外周的速度减慢，心舒期末存留在主动脉中的血量增多，故舒张压升高。在此基础上收缩压也相应升高，但由于血压升高使血流速度加快，使收缩期动脉内血量的增加不多，因此收缩压升高不如舒张压升高明显，脉压也相应减小。反之，当外周阻力减小时，舒张压降低比收缩压降低明显，故脉压加大。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储器作用:如前所述，由于主动脉和大动脉的弹性储器作用，可使动脉血压的波动幅度明显减小。老年人由于动脉管壁硬化，大动脉的弹性储器作用减弱，故脉压增大。 (5)循环血量和血管系统容量的比例:体循环平均充盈压的产生和维持需要循环血量和血管系统容量相适应。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。在大失血后，循环血量减少，此时如果血管系统容量改变不大，则体循环平均充盈压必将降低而使动脉血压降低。在另一些情况下，如果循环血量不变而血管系统容量增大，也可使动脉血压降低。 在不同的生理或病理情况下，上述各种因素可同时影响动脉血压。因此，实际所测得的动脉血压变化，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，动脉血压发生周期性的波动。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 (arterial pulse)。动脉脉搏波可沿动脉管壁向外周血管传播，其传播速度远较血流速度为快。一般来说，动脉管壁的可扩张性愈大，脉搏波的传播速度就愈慢。由于主动脉的可扩张性最大，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7~10 m/s，到小动脉段可加快到15~35 m/s。老年人主动脉管壁的可扩张性减小，脉搏波的传播速度可增至10 m/s左右。由于小动脉和微动脉对血流的阻力较大，故在微动脉以后的脉搏波动即明显减弱。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血液回流人心脏的通道，由于整个静脉系统的容量很大，而且静脉容易被扩张，又能够收缩，因此静脉可起血液储存库的作用。静脉的收缩或舒张可有效地调节回心血量和心输出量，从而使循环功能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，血压已降至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则称为外周静脉压 (peripheral venous pressure)。中心静脉压的高低取决于心脏射血的能力和静脉回心血量之间的相互关系。如果心脏射血能力较强，能及时将回流人心脏的血液射人动脉，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，中心静脉压也将升高。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一项重要指标。临床上在以输液治疗休克时，除必须观察动脉血压变化外，还要观察中心静脉压的变化。中心静脉压的正常变动范围为4~12cmHO。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2 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。中心静脉压升高时，静脉回流将减慢，较多的血液滞留在外周静脉内，故外周静脉压也将升高。 由于动脉脉搏波在到达毛细血管时已经消失，因此外周静脉没有脉搏波动。但心动周期中右心房的血压波动可逆向传递到与心房相连的大静脉，引起这些大静脉的压力和容积发生相应的改变，形成静脉脉搏。正常情况下，静脉脉搏不很明显。但在心力衰竭时，静脉血压升高，右心房内的压力波动也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，可产生一定的静水压 (hydrostatic pressure)。因此，各部分血管中的血压除由心脏做功所形成的那部分外，还应加上从该血管所在位置到右心房之间垂直高度所产生的静水压。在人体处于不同体位时，各部分血管的静水压有所不同。当人体处于平卧位时，身体各部分血管的位置大都处在与心脏相同的水平，故静水压也大致相同。当人体从平卧位转为直立位时，足部血管的血压比卧位时高约90mmHg (图4-22);而在心脏水平以上的部分，血管内的压力较平卧时为低，如颅顶脑膜矢状窦内压可降至一10mmHg左右。 静水压的高低对处于同一水平的动脉和静脉是相同的，但它对静脉功能的影响远比对动脉功能的影响大。因为静脉与动脉相比，一个明显的特点是其管壁较薄，可扩张性大，加上静脉血压较低，因此，其充盈程度受跨壁压的影响较大。跨壁压 (transmural pressure)是指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。当跨壁压减小到一定程度时，血管就不能保持膨胀状态。与动脉相比，处于同一水平的静脉，其跨壁压值较低，血管外组织对管壁的压力易大于静脉压而使静脉发生塌陷，静脉的容积也减小;而跨壁压增大时，静脉就充盈，容积也增大。例如，人在直立时，颈部的静脉塌陷;而足部的静脉则充盈扩张，其血容量比在卧位时明显增多 (见后文)。 (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等于心输出量。在静脉系统中，由微静脉至右心房的血压仅降落15mmHg左右。可见静脉对血流的阻力很小，约占整个体循环总阻力的15,。静脉在血液循环中可作为将血液从组织回流入心脏的通道，并起血液储存库的作用。静脉对血流的阻力较小与静脉的功能是相适应的。微静脉在功能上是毛细血管后阻力血管。毛细血管后阻力的改变可影响毛细血管血压，因为后者的高低决定于毛细血管前、后阻力的比值。微静脉收缩时，可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、后阻力的比值变小，于是毛细血管血压升高，组织液生成增多 (见后文)。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。 如上所述，静脉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。 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决定于外周静脉压和中心静脉压之差，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循环系统充盈程度的指标。实验证明，循环系统内血液充盈程度愈高，静脉回心血量愈多。当血量增加或容量血管收缩时，体循环平均充盈压升高，因而静脉回心血量增多。反之，血量减少或容量血管舒张时，体循环平均充盈压降低，则静脉回心血量减少。 (2)心脏收缩力量:心脏收缩时将血液射人动脉，舒张时则可从静脉抽吸血液。如果心脏收缩力量较强，射血分数较高，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，射血能力显著减弱，心舒期右心室内压将增高，血液淤积在右心房和大静脉内，静脉回心血量明显减少。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，左心房压和肺静脉压升高，可造成肺淤血和肺水肿。 (3)骨骼肌的挤压作用:人体在直立状态下，如果下肢进行肌肉活动，与没有肌肉活动时的静脉回心血量不同。一方面，由于肌肉收缩时肌肉内和肌肉问的静脉受到挤压，使静脉血流加快，另一方面，因静脉内存在瓣膜，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，这种“泵”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，静脉压降低，有利于微静脉和毛细血管内的血液流人静脉，使静脉充盈。肌肉泵的这种作用，对于在直立情况下降低下肢静脉压和减少下肢静脉血液潴留具有重要意义。例如，在站立不动时，足部的静脉压为90mmHg，而在步行时可降至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，下肢肌肉泵的做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。但若肌肉不是作节律性的舒缩，而是维持在紧张性收缩状态，则静脉将持续受压，静脉回流反而减少。 (4)呼吸运动:呼吸运动也可影响静脉回流 (见第五章)，通常情况下，胸膜腔内压低于大气压，称为胸膜腔负压。由于胸膜腔内压为负压，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起着“呼吸泵”的作用。 (5)体位改变:当人体从平卧位转为直立位时，身体低垂部分的静脉可因跨壁压增大而充盈扩张，容量增大，故回心血量减少。静脉的这一特性在人类特别值得注意。因为当人处于直立位时，身体中大多数容量血管都处于心脏水平以下，如果站立不动，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，导致回心血量暂时减少，中心静脉压降低，搏出量减少和收缩压降低。这些变化可通过神经和体液调节机制，使动脉血压迅速恢复 (见后文)。而在许多动物由于四足着地，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么明显。 人体直立时下肢静脉容纳血量增加的程度受静脉瓣，肌肉收缩状态和呼吸运动等因素的影响。例如，下肢静脉瓣膜受损的人，常不能长久站立。即使是正常人，若长久站立不动也会使回心血量减少，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部供血不足，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弱，故由平卧位突然起立时，可因大量血液积滞在下肢，回心血量过少而发生昏厥。 五、微循环 微循环 (microcirculation)是指微动脉和微静脉之间的血液循环。机体与外界环境不断地进行物质和气体交换，单细胞生物可通过细胞膜进行这种交换，但进化至哺乳动物阶段 (如人类)只有肺和胃肠分别通过肺泡和肠上皮细胞才能和外界环境进行这种交换，其他器官的组织、细胞则不能直接和外界环境沟通，只有通过微循环来实现物质和气体的交换。 (一)微循环的组成 各器官、组织的结构和功能不同一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)、微静脉和动-静脉吻合支等部分组成。图4-23是一个典型的微循环单元。 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20~30µm，管壁没有平滑肌，在功能上有交换血管的作用。较大的微静脉管壁有平滑肌，在功能上是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 (见上文)。血液经微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管汇入微静脉的通路，称为微循环迂回通路，是微循环血流最重要的功能通路。 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多见。动-静脉短路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、耳郭等处，这类通路较多。动-静脉吻合支不能进行物质交换，但在体温调节中具有重要作用。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，有利于体热的发散;而当环境温度降低时，动-静脉短路关闭，皮肤血流量减少，则有利于体热的保存。动-静脉短路的开放会相对减少组织对血液中氧的摄取。在某些病理状态下，如发生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)毛细血管壁的结构特点 毛细血管壁由单层内皮细胞构成，外面有基膜包围，总厚度约0.5µm，在细胞核的部分稍厚。内皮细胞之间相互连接处存在细微的裂隙，成为沟通毛细血管内、外的通路。由于不同器官、组织中毛细血管壁的厚度不同，内皮细胞之间裂隙大小也不相同，因此其通透性也存在差异。 据估计，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2 500-3 000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 2的平均半径为3µm，平均长度为750µm，则每根毛细血管的表面积约为14 000µm。由于微 2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可达22000µm。由此可 2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。 (三)微循环的血流动力学 1(微循环对血流的阻力 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8~40µm的微动脉处，对血流的阻力最大，血压降落也最大。到毛细血管的靠动脉端，血压为30~40mmHg，毛细血管中段的血压约25 mmHg，至靠静脉端为10-15mmI-堙。毛细血管血压的高低决定于毛细血管前、后阻力的比值。一般而言，当这一比例为5:1时，毛细血管的平均血压约为20 mmHg。当这一比值增大时，毛细血管血压就降低;比值变小时则毛细血管血压升高。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。 2(微循环血流量的调节 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，可从完全不流动到每秒几毫米，而且同一血管在不同时间内流速也有较大变化。其原因是后微动脉和毛细血管前括约肌不断发生每分钟5~10次的交替性收缩和舒张，即血管舒缩活动 (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，舒张时则真毛细血管网开放。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。即一处的毛细血管开放时，其他部位的毛细血管关闭，反之亦然，如此不断交替进行。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。代谢产物和低氧均可引起局部的后微动脉和毛细血管前括约肌舒张和其后的真毛细血管网开放，于是局部组织内积聚的代谢产物被血流清除，后微动脉和毛细血管前括约肌在血流中的缩血管物质 (见后文)作用下又复收缩，使真毛细血管网再次关闭。如此周而复始。当组织代谢活动加强时，愈来愈多的微动脉和毛细血管前括约肌舒张，使愈来愈多的毛细血管处于开放状态，从而使血液和组织、细胞之间进行交换的面积增大，交换的距离缩短。因此，微循环的血流量能和组织的代谢活动水平相适应。 (四)血液和组织液之间的物质交换方式 组织、细胞之间的空间称为组织间隙，其中为组织液 (interstitial fluid)所充满。组织液是组织、细胞直接所处的环境，组织、细胞通过细胞膜和组织液进行物质交换，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。大小和性质不同的分子在血液和组织液之间的交换方式也不同。 1(扩散 扩散是血液和组织液之间进行溶质交换最主要的方式。脂溶性物质，如O、2CO等，可直接通过内皮细胞进行扩散，因此整个毛细血管壁都可成为扩散面，单位时间内2 扩散的速率极高。对于非脂溶性的水溶性物质，若溶质分子直径小于毛细血管壁的裂隙，如+-Na、Cl、葡萄糖等，也可进行扩散，毛细血管壁裂隙的总面积虽仅占毛细血管壁总面积的千分之一左右，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，血浆和组织液的溶质分子仍有足够的时间进行扩散交换。分子直径愈小，交换速率愈大。此外，能溶解于水、且直径小于毛细血管壁裂隙的溶质分子也能随水分子转运而一起交换(溶剂拖曳)。 2(胞饮 当溶质分子直径大于毛细血管壁裂隙时，如分子量较大的血浆蛋白等，在毛细血管内皮细胞一侧的大分子物质可被内皮细胞膜包围并吞饮入细胞内，形成吞饮囊泡，囊泡被运送至细胞的另一侧，并被排出细胞外，从而使被转运物穿过整个内皮细胞。 3(滤过与重吸收 当毛细血管壁两侧的静水压不等时，水分子即可通过毛细血管壁从高压力一侧向低压力一侧移动。另外，当毛细血管壁两侧的渗透压不等时，水分子可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，因此血浆胶体渗透压能限制血浆中的水分子向毛细血管外移动;同样，组织液胶体渗透压则可限制组织液中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的方式进行的物质交换 (溶剂拖曳)与通过扩散方式进行的物质交换相比，仅占很小一部分，而在组织液的生成中却起重要作用 (见后文)。 六、组织液的生成 存在于组织、细胞间隙内的组织液绝大部分呈胶冻状，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。如前所述，液体通过毛细血管壁的滤过和重吸收决定于四个因素，即毛细血管血压 (blood pressure in the capillary，P)、组织液静水压 c(hydrostatic pressure in interstitial fluid，P)、血浆胶体渗透压 (colloid osmotic pressure of i plasma，π)和组织液胶体渗透压 (colloid osmotic pressure of the interstitial fluid，π)。其中，ciP和π是促使液体由毛细血管内向血管外滤过的力量，而P和π是将液体从血管外重吸收ciic 入毛细血管内的力量。促进液体滤过的力量和重吸收的力量之差，称为有效滤过压 (effective filtration pressure，EFP)，如下式所示 EFP= (P+π)- (Pπ+π) (4-9) cic 动脉端P平均约为30mmt{g，在静脉端P平均约10mmHg，不同器官的P不同，例如，皮cci下组织的P约-2mmHg (低于大气压)，骨骼肌的P约1mmHg，肝、肾和脑的P约6mmHg，iii由于血浆的蛋白浓度高于组织液的蛋白浓度，因此π大于π，一般认为π约为25 mmHg，cicπ约8 mmHg。把这些数值分别代入上式，可见在骨骼肌中，毛细血管动脉端的有效滤过压i 为12 mmHg，可促进液体滤出毛细血管;而在毛细血管静脉端的有效滤过压为-8mmHg，可促进液体重吸收 (图4-24)。 单位时间内通过毛细血管的液体量V等于EFP与滤过系数 (capillary filtration coefficient， K)的乘积，即 f V= K×EFP= K [ (P+π)- (Pπ+π)] (4-10) ffcic K的大小取决于毛细血管壁对液体的通透性和滤过面积。总的说来，流经毛细血管的f 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,进入毛细淋巴管而成为淋巴。 (二)影晌组织液生成的因素 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，故血液量和组织液量能维持相对稳定。如果这种动态平衡遭受破坏，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 (edema)。上述参与形成有效滤过压的各种因素若发生变化，如毛细血管血压升高和血浆胶体渗透压降低时，都将使组织液生成增多，甚至引起水肿。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，因而也可发生水肿。 七、淋巴的生成和回流 淋巴管系统 (lymphatic system)是组织液向血液回流的一个重要的辅助系统。淋巴回流的速度虽较缓慢，但在组织液生成和重吸收的平衡中起重要的作用。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。全身的淋巴经淋巴管收集，最后由右淋巴导管和胸导管流入静脉。 (一)淋巴的生成与回流 组织液进入淋巴管，即成为淋巴 (lymph)。因此，来自某一组织的淋巴，其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自由进入毛细淋巴管。正常成年人在安静状态下大约每小时有120ml淋巴流入血液循环，其中约100ml经由胸导管，20ml经由右淋巴导管进入血液。以此推算，每天生成的淋巴总量为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，能加快淋巴的生成速度。 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，使淋巴不能倒流。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，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。凡能增加淋巴生成的因素也都能增加淋巴的回流量。 (二)淋巴的生理功能 淋巴的主要功能是将组织液中的蛋白质分子带回到血液中，且能清除组织液中不能被毛细血管重吸收的较大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，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。机体可通过神经和体液机制对心脏和各部分血管的活动进行调节，从而适应各器官组织在不同情况下对血流量的需要，协调地进行各器官之间的血流分配。 一、神经调节 心肌和血管平滑肌都接受自主神经的支配;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;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。 在动物实验中观察到，两侧心交感神经对心脏的支配存在差异。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。 心交感神经节后纤维末梢释放的去甲肾上腺素可引起心率加快，房室传导加快，心房肌和心室肌收缩力加强，即产生正性变时作用 (positive chronotropic action)、正性变传导作用 (positive dromotropic action)和正性变力作用 (positive inotropic action)。这些作用主要是由于去甲肾上腺素激活了心肌细胞膜上的β，肾上腺素能受体 (简称β受体)引起的。激活11 的β-受体通过G蛋白-AC-cAMP途径激活蛋白激酶A (PKA)，PKA可使心肌细胞的许多功1 能蛋白磷酸化，并改变它们的功能活动。这包括激动细胞膜上的L型钙通道和I通道，使Lf型钙电流和I电流增强;激动肌质网上的ryanodine受体 (RYR)和钙泵，分别促进肌质网f 2+2+2+Ca的释放和回收;降低肌钙蛋白C (TnC)与Ca的亲和力，促进舒张期TnC与Ca的解离。L型钙电流和I电流都是参与窦房结4期自动除极的内向电流，它们的增强是正性变时作用f 的主要原因;房室结细胞L型钙电流的增强，使其0期去极化的速度和幅度增大，房室传导加快，是正性变传导作用的主要机制;正性变力作用的机制则与心室肌细胞膜上L型钙 2+2+内流增强和RYR Ca释放增加相关。此外，肌质网钙泵活动增强和TnC与Ca的亲和力降低均可加速心肌舒张，有利于心室充盈。 (2)心迷走神经及其作用:支配心脏的副交感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。节后纤维支配窦房结、心房肌、房室交界、房室束及其分支;迷走神经也支配心室肌，但其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异，但不如两侧心交感神经支配的差异显著。右侧心迷走神经对窦房结的影响占优势;而左侧迷走神经则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乙酰胆碱作用于心肌细胞膜上的M型胆碱能受体 (简称M受体)后可引起心率减慢，房室传导减慢，心房肌收缩能力减弱，即产生负性变时作用 (negative chronotropic action)、负性变传导作用 (negative dromotropic action)和负性变力作用 (negative inotropic action)。心迷走神经的负性变力作用主要表现在心房肌，对心室肌作用不大。这些负性作用的产生，主要是由于乙酰胆碱激活M受体后，通过G蛋白-AC途径使细胞内cAMP水平降低，PKA活性降低，因而表现出与β受体激活后相反的效应。负性变时1 作用与窦房结P细胞动作电位4期的钙电流和I电流被抑制有关。此外，M受体被激活后，f+还可通过G蛋白直接激活一种称为乙酰胆碱依赖性钾通道 (I通道)，引起K外流增加，KACh 使最大复极电位负值增大而远离阈电位水平，进一步降低了窦房结P细胞的自律性。心房肌的负性变力作用是由于心房肌细胞钙通道被抑制，钙内流减少所致。此外，上述钾电流激活，使动作电位复极加快，平台期缩短，导致钙内流进一步减少。负性变传导作用则与房室结细胞0期钙内流减弱、除极速度和幅度降低有关。 生理学中将神经或肌肉等组织维持一定程度的持续活动，称为紧张 (tonus)。心交感神经和心迷走神经平时都有一定程度的冲动发放，分别称为心交感紧张 (cardiac sympathetic tone)和心迷走紧张 (cardiac vagal tone)，两者可交互抑制。窦房结作为心脏的起搏点，其自律性约每分钟100次，但正常人安静状态下的心率约每分钟70次，这是因为安静时心迷走紧张对心脏的作用要比心交感紧张更占优势。如果应用M受体拮抗剂阿托品阻断心迷走紧张，此时心交感紧张失去了心迷走紧张的对抗作用，心率可上升到每分钟150~180次;如果应用美托洛尔等β受体拮抗剂阻断心交感紧张，则心率可下降至每分钟50次左右。 1 (3)支配心脏的肽能神经元:用免疫细胞化学方法证明，心脏中存在多种肽能神经纤维，它们所含的神经肽有神经肽Y、血管活性肠肽、降钙素基因相关肽和阿片肽等。已知一些肽类递质可与其他递质，如单胺类或乙酰胆碱共存于同一神经元内，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尚不完全清楚，它们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，降钙素基因相关肽则有加快心率的作用等。 2(血管的神经支配 除真毛细血管外，其他所有血管的血管壁都有平滑肌分布。不同血管的平滑肌，其生理特性也有所不同，有些血管平滑肌有自发的肌源性活动，而另一些血管平滑肌则很少有肌源性活动。绝大多数血管平滑肌都接受自主神经的支配。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代谢产物的影响。支配血管平滑肌的神经纤维统称为血管运动神经纤维 (vasomotor nerve fiber)，可分为缩血管神经纤维 (vasoconstrictor nerve fiber)和舒血管神经纤维 (vasodilator nerve fiber)两大类。 (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神经纤维 (sympathetic vasocontrictor nerve fiber)。它的节前神经元位于脊髓胸、腰段的中间外侧 柱内，其末梢释放乙酰胆碱;节后神经元位于椎旁和椎前神经节内，其末梢释放去甲肾上腺素。它所支配的血管平滑肌细胞上有α和β2两类肾上腺素能受体。去甲肾上腺素与α受体结合后，可使血管平滑肌收缩;而与β2受体结合后，则使血管平滑肌舒张。但是，去甲肾上腺素与β2受体结合的能力较弱。因此，缩血管纤维兴奋时主要引起缩血管效应。 体内几乎所有血管都接受交感缩血管纤维的支配，但在不同部位的血管中，缩血管纤维分布的密度不同。在皮肤的血管中，缩血管纤维分布最密，在骨骼肌和内脏的血管中的分布次之，而在冠状血管和脑血管中的分布最少。在同一器官，动脉中的缩血管纤维密度高于静脉，其中以微动脉中的密度为最高，而毛细血管前括约肌中一般没有神经纤维分布。 人体内多数血管仅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每秒钟1~3次的低频冲动，称为交感缩血管紧张 (sympathetic vasoconstrictor tone)，这种紧张性活动可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，血管平滑肌收缩进一步加强;而当交感缩血管紧张降低时，血管平滑肌的收缩程度减弱或使血管舒张。在不同的生理状况下，交感缩血管神经纤维的放电频率在低于每秒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，由于交感缩血管纤维在微动脉的分布密度大于微静脉，故该器官毛细血管前、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重吸收增多，从而使血容量增加;此外，交感缩血管纤维兴奋也能使该器官血管床的容量血管收缩，促进静脉回流。 (2)舒血管神经纤维:体内有一部分血管除接受缩血管神经纤维的支配外，还接受舒血管神经纤维的支配。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。交感舒血管神经纤维 (sympathetic vasodilator nerve fiber)末梢释放乙酰胆碱，阿托品可阻断其效应。交感舒血管神经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。人体内可能也存在交感舒血管神经纤维。 2)副交感舒血管神经纤维:少数器官如脑膜、唾液腺、胃肠外分泌腺和外生殖器等，其血管平滑肌除接受交感缩血管神经纤维的支配外，还接受副交感舒血管神经纤维 (parasympathetic vasodilator nerve fiber)的支配。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。副交感舒血管神经纤维末梢释放乙酰胆碱，后者与血管平滑肌的M受体结合，引起血管舒张。副交感舒血管神经纤维的活动只对少数器官组织的局部血流起调节作用，对循环系统的总外周阻力影响很小。 3)脊髓背根舒血管神经纤维: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支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成的反应，称为轴突反射 (axon reflex)。这类神经纤维也称背根舒血管神经纤维，其所含递质尚不十分确定，根据相关的实验研究，有人认为是降钙素基因相关肽。 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和乙酰胆碱共存，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非集中在中枢神经系统的某个部位，而是分布在中枢神经系统从脊髓到大脑皮层的各个水平。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40mmHg左右。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，即可维持心血管正常的紧张性活动，并能完成一定的心血管反射。 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。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，即上述的心交感紧张和心迷走紧张。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的紧张性活动的延髓心血管神经元的细胞体位于延髓头端腹外侧部 (rostral ventrolateral medulla，RVLM)。它们的轴突下行到脊髓灰质的侧角，即中间外侧细胞柱。心交感紧张也起源于这一部位的神经元。 (2)舒血管区:位于延髓尾端腹外侧部 (caudal ventrolateral medulla，CVLM)，即在RVLM的尾端，该部位的神经元兴奋时可抑制RVLM神经元的活动，使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 (nucleus of the tractus solitarius，NTS)的神经元接受由颈动脉窦、主动脉弓和心肺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，从而影响心血管活动。 (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为高级，特别是表现为对心血管活动和机体其他功能之间复杂的整合。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。在动物实验中可观察到，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 (见第十章)，可立即引起动物的警觉状态，骨骼肌肌紧张加强，表现为攻击或逃跑等防御性行为改变，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的状态相协调的，主要是使骨骼肌有充足的血液供应，以适应防御、搏斗或逃跑等行为的需要。 大脑的一些部位，特别是边缘系统中的某些结构，如颞极、额叶的眶面、扣带回的前部、杏仁、隔、海马等，能影响下丘脑和脑干等处心血管神经元的活动，并与机体的各种行为改变相协调。大脑皮层运动区兴奋时，除引起相应的骨骼肌收缩外，还能引起该骨骼肌的血管舒张。刺激小脑某些部位也可引起心血管活动的反应。例如，刺激小脑顶核可引起血压升高，心率加快。顶核的这种效应可能与姿势和体位改变时伴随的心血管活动改变有关。 (三)心血管反射 当机体处于不同的生理状态，如变换姿势、运动、睡眠时，或当机体内、外环境发生变化时，可引起各种心血管反射 (cardiovascular reflex)，使心输出量和各器官的血管舒缩状况发生相应的改变，动脉血压也可发生变动。心血管反射一般都能很快完成，其生理意义在于使循环功能能够适应于当时机体所处的状态或环境的变化，满足各种生命活动的需要。 1(压力感受性反射 压力感受性反射 (baroreceptor reflex)也称减压反射 (depressor reflex)，是通过对颈动脉窦和主动脉弓压力感受器的刺激而引起的。 (1)动脉压力感受器:在整个心血管系统，包括心房、心室、动脉和静脉的壁内存在许多传入神经末梢。当管壁被动扩张时，这些神经末梢能感受机械牵张刺激而引起心血管反射。位于循环高压力部分 (动脉)管壁内的神经末梢起监视动脉侧压的作用，故称为动脉压力感受器 (arterial baroreceptor)或高压力感受器 (high pressure receptor)。其中最重要的是颈动脉窦和主动脉弓压力感受器。 颈动脉窦和主动脉弓压力感受器的适宜刺激是血管壁的被动扩张，而非血压本身。当动脉血压升高时，动脉管壁被牵张的程度就增大。压力感受器发放的神经冲动也就增多。因而它们实质上是一种牵张感受器。在一定范围内，压力感受器的传入冲动频率与动脉管壁被动扩张的程度成正比。另外，在同一血压水平，颈动脉窦和主动脉弓压力感受器对脉动性压力刺激比持续性压力刺激更为敏感。由图4-25可见。在一个心动周期内，随着动脉血压的波动，窦神经的传入冲动频率也发生相应的变化。 (2)传入神经和中枢联系:颈动脉窦压力感受器的传入神经纤维组成颈动脉窦神经 (carotid sinus nerve)，窦神经加入舌咽神经，进入延髓，和孤束核的神经元发生突触联系。主动脉弓压力感受器的传入神经纤维行走于迷走神经干内，然后进入延髓，到达孤束核。兔的主动脉弓压力感受器传入纤维自成一束，与迷走神经伴行，称为主动脉神经 (aortic nerve)。 压力感受器的传入神经冲动到达孤束核后，可通过延髓内的神经通路使延髓头端腹外侧部的血管运动神经元 (可能也包括心交感神经元)抑制，使交感缩血管紧张 (和心交感紧张)降低;孤束核神经元还与延髓内其他神经核团以及脑干其他部位如脑桥、下丘脑等的一些神经核团发生联系，其效应也是使交感神经的紧张性活动减弱。另外，压力感受器的传入冲动到达孤束核后还与迷走神经背核和疑核发生联系，使心迷走紧张增强。 (3)反射效应:动脉血压升高时，压力感受器传入冲动增多，通过有关的心血管中枢整合作用，使心迷走紧张加强，心交感紧张和交感缩血管紧张降低，其效应为心率减慢，心输出量减少，外周血管阻力降低，故动脉血压回降。反之，当动脉血压降低时，压力感受器传入冲动减少，使迷走紧张降低，交感紧张加强，于是心率加快，心输出量增加，外周血管阻力增高，血压回升。 在动物实验中可将一侧颈动脉窦从血管系统中游离出来，但保留其窦神经与中枢的联系，同时切断对侧窦神经和双侧主动脉神经，通过对游离窦的灌注，人为地由低到高地改变游离窦内的灌注压，可观察到体循环动脉压在一定范围内随窦内压的升高而降低，根据窦内压和动脉血压变化的对应关系，可画出压力感受性反射功能曲线 (图4-26)。由图可见，压力感受性反射功能曲线的中间部分较陡，向两端渐趋平坦。这说明当窦内压在正常平均动脉压水平 (约100mmHg)上下发生变动时，压力感受性反射最为敏感，纠正偏离正常水平的血压的能力最强，动脉血压偏离正常平均动脉压水平愈远，压力感受性反射纠正异常血压的能力愈低。 (4)压力感受性反射的特点与生理学意义:压力感受性反射是典型的负反馈调节，且具有双向调节能力;压力感受性反射在心输出量、外周血管阻力、血量等发生突然改变的情况下，对动脉血压进行快速调节的过程中起重要的作用。压力感受性反射主要对急骤变化的血压起缓冲作用，尤其在动脉血压降低时的缓冲作用更为重要，因此在生理学中将动脉压力感受器的传入神经称为缓冲神经 (buffer nerve)。相反，压力感受性反射对缓慢发生的血压变 化不敏感。在动物实验中可观察到，正常狗24小时内动脉血压的变动范围一般在平均动脉压 (约100mmHg)上下约10~15rnmHg内;而在切除两侧缓冲神经的狗，其血压经常出现很大的波动，其变动范围可超过平均动脉压上下各50mmHg。但在切除缓冲神经的动物，一天中血压的平均值并不明显高于正常。压力感受器反射可发生重调定。慢性高血压患者或实验性高血压动物的动脉血压持续升高，其压力感受性反射功能曲线可发生向右移位。这种现象称为压力感受性反射的重调定 (resetting)，表示其工作范围发生了改变，使压力感受性反射在高于正常的血压水平仍能对血压变化进行调节，故动脉血压可维持在较高水平。压力感受性反射重调定的机制较为复杂。重调定可发生在感受器的水平，也可发生在反射的中枢部分。 2(心肺感受器引起的心血管反射 在心房、心室和肺循环大血管壁内存在许多感受器，总称为心肺感受器 (cardiopulmonary receptor)，其传入神经纤维行走于迷走神经干内。引起心肺感受器兴奋的适宜刺激有两类。一类是对血管壁的机械牵张。当心房、心室或肺循环大血管中压力升高或血容量增多而使心脏或血管壁受到牵张时，这些机械或压力感受器就发生兴奋。和颈动脉窦、主动脉弓压力感受器相比较，心肺感受器位于循环系统压力较低的部分，故又称低压力感受器 (low pressure receptor)。在生理情况下，心房壁的牵张主要由血容量增多而引起，因此心房壁的牵张感受器也称容量感受器 (volume receptor)。另一类心肺感受器的适宜刺激是一些化学物质，如前列腺素、缓激肽等。有些药物如藜芦碱等也能刺激心肺感受器。 大多数心肺感受器受刺激时引起的反射效应是心交感和交感缩血管紧张降低，心迷走紧张加强，导致心率减慢，心输出量减少，外周血管阻力降低，故血压下降。在多种实验动物中，心肺感受器兴奋时肾交感神经活动的抑制特别明显，使肾血流量增加，肾排水和排钠量增多。这表明心肺感受器引起的反射在调节血量及体液的量和成分方面具有重要意义。心肺感受器引起的反射的传出途径除神经机制外还有体液因素的参与。心肺感受器的传入冲动可抑制血管升压索的释放。血管升压素的减少可使肾排水增多 (见第八章)。 3(颈动脉体和主动脉体化学感受性反射 颈动脉体和主动脉体分别位于颈总动脉分叉 +处和主动脉弓区域，当血液的某些化学成分发生变化时，如缺氧、CO分压过高、H浓度过2 高等，可刺激颈动脉体和主动脉体的化学感受器 (chemoreceptor)，其感觉信号分别由颈动脉窦神经和迷走神经传入至延髓孤束核，然后使延髓内呼吸神经元和心血管活动神经元的活动发生改变。化学感受器反射 (chemoreceptor reflex)的效应主要是使呼吸加深加快 (见第五章)。在动物实验中，人为地维持呼吸频率和深度不变，则化学感受器传入冲动对心血管活动的直接效应是心率减慢，心输出量减少，冠状动脉舒张，骨骼肌和内脏血管收缩。由于外周血管阻力增大的作用超过心输出量减少的作用，故血压升高。在动物保持自然呼吸的情况下，化学感受器受刺激时引起的呼吸加深加快，可间接地引起心率加快，心输出量增加，外周血管阻力增大，血压升高。 化学感受性反射在平时对心血管活动并不起明显的调节作用。只有在低氧、窒息、失血、动脉血压过低和酸中毒等情况下才发生作用。 4(躯体感受器引起的心血管反射 刺激躯体传入神经时可引起各种心血管反射。反射的效应取决于感受器的性质、刺激的强度和频率等因素。用中等强度的低频电脉冲刺激骨骼肌传入神经，常可引起降血压效应;而用高强度高频率电刺激皮肤传入神经，则常引起升血压效应。在平时，肌肉活动，皮肤冷、热刺激以及各种伤害性刺激都能引起心血管反射。 5(其他内脏感受器引起的心血管反射 扩张肺、胃、肠、膀胱等空腔器官，挤压睾丸等，常可引起心率减慢和外周血管舒张等效应。这些内脏感受器的传入神经纤维行走于迷走神经或交感神经内。 6(脑缺血反应 当脑血流量减少时，心血管中枢的神经元可发生反应，引起交感缩血管紧张显著加强，外周血管高度收缩，动脉血压升高，以改善脑血液供应，称为脑缺血反 应 (brain ischemic response)。 (四)心血管反射的中枢整合型式 根据众多的实验观察，人们逐渐认识到，与交感和副交感神经活动有关的中枢神经元(的活动并非同一，支配各器官的交感神经和副交感神经的活动也具有相对的特异性。换言?之，对于某种特定的刺激，不同部位的交感或副交感神经的反应方式和程度是不同的，即表现为一定整合型式 (integration pattern)的反应，使各器官之间的血流分配能适应机体当时功能活动的需要。例如，当动物的安全受到威胁而处于警觉、戒备状态时，可出现一系列复杂的行为和心血管反应，称为防御反应。猫的防御反应表现为瞳孔扩大、竖毛、耳郭平展、弓背、伸爪。呼吸加深、怒叫，最后发展为搏斗或逃跑;伴随防御反应的心血管整合型式，最特征性的是骨骼肌血管舒张，同时心率加快，心输出量增加，内脏和皮肤血管收缩，血压轻度升高。人在情绪激动时也可发生类似的心血管反应整合型式。肌肉活动时心血管活动的整合型式与防御反应相似，但血管舒张仅发生于进行运动的肌肉，不进行运动的肌肉的血管则发生收缩。睡眠时心脏和血管的活动恰与防御反应时相反，即心率减慢，心输出量稍减少、内脏血管舒张，骨骼肌血管收缩，血压稍降低。 二、体液调节 在参与心血管活动调节的体液因素中，有些是通过血液携带的，可广泛作用于心血管系统;有些则在组织中形成，主要作用于局部的血管，对局部组织的血流起调节作用。 {一)肾素-血管紧张素系统 肾素-血管紧张素系统 (renin-angiotensin-system，RAS)是人体内重要的体液调节系统。RAS既存在于循环系统中，也存在于血管壁、心脏、中枢、肾脏和肾上腺等组织中，共同参与对靶器官的调节。在正常情况下，它对心血管系统的正常发育，心血管功能稳态、电解质和体液平衡的维持，以及血压的调节均有重要作用。 1(RAS的构成 传统的观点认为，循环系统中肾素 (renin)主要来自肾脏，它是由肾近球细胞合成和分泌的一种酸性蛋白酶，经肾静脉进入血液循环，以启动RAS的链式反应。 +当各种原因引起肾血流灌注减少时，肾素分泌就增多;当血浆中Na浓度降低时，肾素分泌也增加 (见第八章)。近十几年来随着分子生物学技术的广泛应用，以Dzau等为代表的学者发现，在心肌、血管平滑肌、骨骼肌、脑、肾、性腺等多种器官组织中均有肾素及血管紧张素原的基因表达，且这些组织富含血管紧张素转换酶 (angiotensin-converting enzyme，ACE)和血管紧张素II的受体，从而证实除全身性的RAS外，在心血管等器官组织中还存在相对独立的局部RAS。它们通过旁分泌和 (或)自分泌方式直接调节心血管活动。越来越多的证据表明，这种局部RAS比循环RAS在心血管活动调节中起着更直接、更重要的生理与病理作用。 RAS链式反应过程如下 (图4-27):?血浆中，或组织中的肾素底物，即血管紧张素原 (angiotensinogen)，在肾素的作用下水解，t产生一个十肽 (1-10)，为血管紧张素I (angiotensinI，Ang I)。?在血浆和组织中，特别是在肺循环血管内皮表面存在ACE，Ang I在ACE的作用下，其C-末端水解切去2个氨基酸残基，产生一个八肽 (1-8)，为血管紧张素? (angiotensin?，Ang II)，也可在ACE2作用下。C-末端失去一个氨基酸残基而生成九肽 (1-9)的血管紧张素l-9 (Ang l-9)。?Ang?被血浆和组织中的ACE2、氨基肽酶和中性内肽酶 (NEP)酶解;在N一末端切去一个氨基酸残基，生成七肽 (2-8)的血管紧张素III (angiotensinIII，Ang?)，N-末端再失去一个氨基酸残基而生成六肽 (3-8)的血管紧张素? (angiotensin?，Ang?)。?在脯氨酰肽链内切酶 (PEP)和脯氨酰羧基肽酶 (PCP)的作用下，Ang I的C-末端切去三个氨基酸残基，或Ang?的C-末端失去一个氨基酸残基而形成七肽 (1-7)的血管紧张索1.7 (Angl-7);Angl-0也可在ACE作用下，在C末端失去两个氨基酸残基而形成Ang1-7，继而Ang1-7在氨基肽酶和NEP作用下，在N-末端再切去一个氨基酸残基 而生成血管紧张素2-7 (Ang2-7)，在N一末端再失去一个氨基酸残基而形成血管紧张素3-7 (Ang3-7)。?上述的血管紧张素家族成员还可在氨基肽酶、羧基肽酶和肽链内切酶的作用下继续降解为无活性的小肽片段。 2(血管紧张素家族主要成员的生物学作用 血管紧张素原经肾素途径生成Ang I，后者又经一系列不同酶的水解，生成许多不同肽段，构成血管紧张素家族，其成员包括:Ang l (1-10)、Ang? (1-8)、AngIII (2-8)、AngIV (3-8)，Angl-9、Angl-7、Ang2-7、Ang3-7等。目前对其中一些成员的生物学作用有较多的研究，但对另一些成员，如Ang2-7、Ang3-7等的生物学作用知之甚少。下面就该家族主要成员的生物学作用分述如下。 (1)血管紧张素受体:血管紧张素受体 (angiotensin receptor)简称AT受体，目前已发现有四种亚型，分别为AT、AT、AT和AT受体。AT受体分布于人体的血管、心、肝、12341 脑、肺、肾和肾上腺皮质等部位。AT受体主要分布在人胚胎组织和未发育成熟的脑组织中，2 在成年人心肌部分脑组织中有少量分布。AT受体尚未被克隆，该受体分布和信号通路等都3 不清楚。AT受体广泛分布于哺乳动物的心血管、脑、肾、肺等处。 4 (2)AngII的生物学效应:在众多的血管紧张素家族成员中，Ang lI的作用最为重要。在循环系统中，AngII的生理作用几乎都是通过激动AT1受体产生的。主要作用有:?Ang II可直接促进全身微动脉收缩，使血压升高，也可促进静脉收缩，使回心血量增多。?AngII可作用于交感缩血管纤维末梢上的突触前AngII受体，使交感神经末梢释放递质增多。?Ang?还可作用于中枢神经系统内的一些神经元，使中枢对压力感受性反射的敏感性降低，交感缩血管中枢紧张加强;并促进神经垂体释放血管升压素和缩宫素;增强促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH)的作用。因此，Ang?可通过中枢和外周机制，使外周血管阻力增大，血压升高。?Ang?可强烈刺激肾上腺皮质球状带细胞合成和释放醛固酮，后者可促进肾小 +管对Na的重吸收，并使细胞外液量增加。血管紧张素?还可引起或增强渴觉，并导致饮水行为。 心脏内局部RAS对心脏的主要作用包括:正性变力作用、致心肌肥大、调节冠状动脉阻力和抑制心肌细胞增长。血管内局部RAS的主要作用包括:舒缩血管、影响血管的结构和凝血系统功能。 (3)其他成员的生物学效应:Ang I不具有生理活性。Ang?可作用于AT受体，产生1与Ang?相似的生物效应。但其缩血管效应仅为Ang?的10,~20,，而刺激肾上腺皮质合成和释放醛固酮的作用则较强。在某些病理情况下，如失血时，RAS的活动加强，并对循环功能的调节起重要作用。Ang?作用于AT受体，产生与经典Ang?不同的甚或相反的生4 理作用。Ang?能抑制左心室的收缩功能，加速左心室的舒张;它在促使收缩血管的同时，能刺激血管壁产生前列腺素类物质或一氧化氮，对血管收缩作用进行调节;Ang?还能调节肾血流量及水盐平衡。 (二)肾上腺素和去甲肾上腺素 肾上腺素 (epinephrine)和去甲肾上腺素 (norepinephrine，NE或noradrenaline，NA)在化学结构上都属于儿茶酚胺。循环血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素主要来自肾上腺髓质。肾上腺素能神经末梢释放的去甲肾上腺素也有一小部分进入血液循环。由肾上腺髓质分泌的髓质激素中，肾上腺素约占80,，而去甲肾上腺素仅约占20,。 血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素对心脏和血管的作用有许多共同点，但并不完全相同，这是因为两者对不同的肾上腺素能受体的结合能力不同。肾上腺素可与α和β (包括β1和β2)两类受体结合。在心脏，肾上腺素与臣受体结合后，可产生正性变时和变力作用，使心输出量增加。在血管，肾上腺素的作用取决于血管平滑肌上α和β受体的分布情况:在2 皮肤、肾、胃肠、血管平滑肌上仅受体在数量上占优势，肾上腺素能使这些器官的血管收缩。在骨骼肌和肝的血管上β受体占优势，小剂量的肾上腺素常以兴奋β受体的效应为主，引22 起血管舒张，而大剂量时则因α受体也兴奋，故引起血管收缩。去甲肾上腺素主要与α受体结合，也可与心肌的β受体结合，但与血管平滑肌上β2受体结合的能力较弱。静脉注射去1 甲肾上腺素可使全身血管广泛收缩，动脉血压升高;而血压升高又可使压力感受性反射活动加强，由于压力感受性反射对心脏的效应超过去甲肾上腺素对心脏的直接效应，故引起心率减慢。 (三)血管升压素 血管升压素 (vasopressin，VP)是在下丘脑视上核和室旁核的一些神经元内合成的，合成后沿这些神经元的轴突所组成的下丘脑一垂体束进入神经垂体储存，当机体活动需要时释放入血。血管升压素的合成和释放过程也称神经分泌 (见第十一章)。血管升压素在肾远曲小管和集合管可促进水的重吸收，故又称抗利尿激素 (antidiuredc hormone(ADH) (见第八章)。血管升压素作用于血管平滑肌的相应受体后，可引起血管平滑肌收缩。是已知最强的缩血管物质之一。但在完整机体内，血液中血管升压素浓度升高时首先出现抗利尿效应;仅在其血浓度明显高于正常时，才引起血压升高。这是因为血管升压素能提高压力感受性反射的敏感性，故能缓冲升血压效应。血管升压素在一般情况下并不经常对血压起调节作用，仅在禁水、失水、失血等情况下，血管升压素释放增加，主要对体内细胞外液量进行调节，并通过对细胞外液量的调节，实现对动脉血压的调节。 (四)血管内皮生成的血管活性物质 多年来一直以为血管内皮只是衬在心脏和血管腔面的一层单层细胞组织。在毛细血管处，通过内皮可进行血管内、外的物质交换。近年来已证实，血管内皮细胞可生成并释放多种血管活性物质，引起血管平滑肌舒张或收缩。 1(血管内皮生成的舒血管物质 血管内皮生成和释放的舒血管物质主要有一氧化氮 (nitric oxide，NO)和前列环素 (prostacyclin)。 在离体实验中观察到，将乙酰胆碱作用于内皮完整的血管，可引起血管舒张;若去除血管内皮，乙酰胆碱则产生缩血管效应。这是由于血管内皮细胞可生成并释放一种重要的舒血管物质，该物质早年被命名为内皮舒张因子 (endothelium-derived relaxing factor，EDRF)，现在认为EDRF就是NO，其前体是L-精氨酸，在一氧化氮合酶 (NOS)的作用下生成。NO 2+可激活血管平滑肌内的可溶性鸟苷酸环化酶 (sGC)，升高cGMP浓度，降低游离Ca浓度，使血管舒张。许多机械性和化学性刺激都可引起NO的生成释放。血流对血管内皮产生的切应力 (shear stress)可引起NO释放;P物质、5-羟色胺、ATP、乙酰胆碱等均可通过激动相应受体促进NO的生成释放;有些缩血管物质，如去甲肾上腺素、血管升压素、Ang?等也可引起内皮释放NO后者可反过来减弱这些缩血管物质对血管平滑肌的直接收缩效应。 2 前列环素也称前列腺素I (prostaglandin I，PGI)，可在内皮细胞内由前列环素合成酶222 催化合成。血管内的搏动性血流对内皮产生的切应力可使内皮释放PGI，引起血管舒张。 2 2(血管内皮生成的缩血管物质 血管内皮细胞也可生成多种缩血管物质，称为内皮缩血管因子 (endothelium-derived vasoconstrictor factor，EDCF)。近年来研究较为深入的是内皮素 (endothelin，ET)。ET、是内皮细胞合成和释放的由21个氨基酸残基构成的多肽，具有强烈而持久的缩血管效应和促进细胞增殖与肥大的效应，并参与心血管细胞的凋亡、分化、表型转化等多种病理过程。ET主要有ET1、ET2和ET3三种亚型，相应的ET受体 (endothelin receptor，ETR)有ETR、ETR和ETR三种?给动物注射ETl可引起持续时间较长的升血ABC 压效应。但在升血压之前常先出现一个短暂的降血压过程。有人解释，内皮素也可引起EDRF的释放，故有一短暂的降血压反应。在生理情况下，血管内血流对内皮产生的切应力可使内皮细胞合成和释放内皮素。 (五)激肽释放酶一激肽系统 激肽释放酶 (kallikrein)是体内的一类蛋白酶，可使某些蛋白质底物激肽原 (kininogen) 分解为激肽 (kinin)。激肽具有舒血管活性，可参与对血压和局部组织血流的调节。 激肽释放酶可分为两大类，一类存在于血浆中，称为血浆激肽释放酶;另一类存在于肾、唾液腺、胰腺等器官组织内，称为腺体激肽释放酶或组织激肽释放酶。激肽原是存在于血浆中的一类蛋白质，分为高分子量激肽原和低分子量激肽原。在血浆中，血浆激肽释放酶作用于高分子量激肽原，使之水解，产生一种九肽，即缓激肽 (bradykinin)。在肾、唾液腺、胰腺、汗腺以及胃肠黏膜等组织中，组织激肽释放酶作用于血浆中的低分子量激肽原，产生一种十肽，称为赖氨酸缓激肽，也称胰激肽或血管舒张素 (kallidin)。后者在氨基肽酶的作用下失去赖氨酸，成为缓激肽。缓激肽在激肽酶的作用下水解失活。 现已发现，激肽受体 (kinin receptor)分为B和B两种亚型。B受体可能介导激肽的致121 痛作用;B2受体存在于许多组织中，并与组胺 (H)受体有高度的同源性。激肽的作用与组2 胺相似，可使血管平滑肌舒张和毛细血管通透性增高;但对其他的平滑肌则引起收缩。在人体和动物实验中已证实，缓激肽和血管舒张素是已知的最强烈的舒血管物质。在一些腺体器官中生成的激肽，可以使器官局部的血管舒张，血流量增加。循环血液中的缓激肽和血管舒张素等激肽也参与对动脉血压的调节，可使血管舒张(向压降低( 激肽可被激肽酶I去除C-末端的一个氨基酸残基，或激肽酶?去除C-末端的两个氨基酸残基而代谢为无活性的片段。激肽系统与RAS系统功能密切相关。激肽酶?与ACE是同一种酶，它们既可降解激肽为无活性的片段，又能使Ang I水解生成Ang?。血浆激肽释放酶在离体条件下可将肾素原转变为肾素。 (六)心房钠尿肽 钠尿肽 (natrilareric peptide，NP)是一组参与维持机体水盐平衡、血压稳定、心血管及肾脏等器官功能稳态的多肽。其成员有心房钠尿肽 (atrial natriuretic peptide，ANP)、脑钠尿肽 (brain natrilareric peptide，BNP)和C型钠尿肽 (C-type natriuretic peptide，CNP)。其中最重要的是ANP，主要由心房肌细胞合成，其受体是细胞膜上的一种鸟苷酸环化酶。 ANP的主要生物学效应有:?降低血压。ANP可使血管舒张，外周阻力降低;也可使搏出量减少，心率减慢，故心输出量减少。?利钠、利尿和调节循环血量。ANP作用于肾 +脏可增加肾小球滤过率，也可抑制肾小管重吸收，使肾排水和排Na增多;它还能抑制肾近球细胞释放肾素，抑制肾上腺球状带细胞释放醛固酮;在脑内，ANP可抑制血管升压素的释放。这些作用都可导致体内细胞外液量减少，循环血量减少。?调节细胞增殖。ANP可抑制血管内皮细胞、平滑肌细胞、心肌成纤维细胞和肾小球细胞等多种细胞的增殖，是一种细胞增殖的负调控因子。?ANP还具有对抗RAS、内皮素和交感系统等缩血管作用。 (七)前列腺素 前列腺素 (19rostagJlandin，PG)是一族二十碳不饱和脂肪酸，分子中有个环戊烷，其前体是花生四烯酸或其他二十碳不饱和脂肪酸。全身各部位的组织细胞几乎都含有生成前列腺素的前体及酶，因此都能产生前列腺素。前列腺素按其分子结构的差别，可分为多种类型。各种前列腺素对血管平滑肌的作用是不同的，例如前列腺素E (PGE)具有强烈的舒血管作22 用，前列腺素F (PEF)则使静脉收缩。前列环素 (也即PGI)是在血管组织中合成的一种2α2α2 前列腺素，有强烈的舒血管作用。 (八)阿片肽 体内的阿片肽 (opioid peptide)有多种。垂体释放的β-内啡肽 (β-endorplfin)和促肾上腺皮质激素来自同一个前体。在应激等情况下，β-内啡肽和促肾上腺皮质激素一起被释放入血液。β-内啡肽可使血压降低。β-内啡肽的降血压作用可能主要是中枢性的。血浆中的β-内啡肽可进入脑内并作用于某些与心血管活动有关的神经核团，使交感神经活动抑制，心迷走神经活动加强。内毒素、失血等强烈刺激可引起β-内啡肽释放，并可能成为引起循环休克的原因之一。针刺穴位也可引起脑内阿片肽的释放。这可能是针刺使高血压患者血压下降的机 制之一。 除中枢作用外，阿片肽也可作用于外周的阿片受体。血管壁的阿片受体在阿片肽作用下，可导致血管平滑肌舒张。另外，交感缩血管纤维末梢也存在接头前阿片受体。这些受体被阿片肽激活时，可使交感缩血管纤维递质释放减少。 (九)组胺 组胺 (histamine)是由组氨酸在脱羧酶作用下产生的。许多组织，特别是皮肤、肺和肠黏膜的肥大细胞中含有大量组胺。当组织受损或发生炎症和过敏反应时，都可释放组胺。组胺具有强烈的舒血管作用，并能使毛细血管和微静脉的管壁通透性增加，血浆漏入组织，导致局部组织水肿。 „ (十)肾上腺髓质素 肾上腺髓质素 (adrenomedulin，ADM)是最初从人的肾上腺嗜铬细胞瘤提取物中分离出的一种由52氨基酸残基组成的活性肽。后来知道它分布在体内几乎所有的组织中，在肾上腺、肺和心房等组织中最多，而血管内皮细胞则可能是合成和分泌肾上腺髓质素的主要部位。在心脏、肺、肝、脾、骨骼肌等组织中分布肾上腺髓质素的特异性受体;许多血管的内皮细胞和平滑肌细胞上也都有肾上腺髓质素受体的分布。肾上腺髓质素的生理作用和心房钠尿肽相似，能使血管舒张、外周阻力降低，血压降低，并使肾脏排水和排钠增多。肾上腺髓质素能使血管内皮细胞合成和释放NO，后者再使血管舒张。 三、局部血流调节 体内各器官的血流量一般取决于器官组织的代谢活动，代谢活动愈强，耗氧愈多，血流量也就愈多。器官血流量主要通过对灌注该器官的阻力血管的口径的调节而得到控制。除了前述的神经调节和体液调节机制外，还有局部组织内的调节机制。 实验证明，如果将调节血管活动的外部神经、体液因素都去除，则在一定的血压变动范围内，器官、组织的血流量仍能通过局部的机制得到适当的调节。这种调节机制存在于器官组织或血管本身，故也称自身调节。关于器官组织血流量的局部调节机制，一般认为主要有以下两类。 (一)代谢性自身调节机制 ++ 组织细胞代谢需要消耗氧，并产生各种代谢产物，如CO、H、腺苷、ATP、K等。2 当组织代谢活动增强时，局部组织中氧分压降低和多种代谢产物积聚，都能使局部的微动脉和毛细血管前括约肌舒张，引起局部的血流量增多，向组织提供更多的氧，与增加的组织代谢水平相适应;但局部血流量增多也带走可引起血管舒张的多种代谢产物，又使微动脉和毛细血管前括约肌收缩，如此周而复始。局部组织微循环这种随氧分压下降和多种代谢产物增加而引起的局部舒血管效应，称为代谢性自身调节机制。这种代谢性局部舒血管效应有时相当明显，即使同时发生交感缩血管神经活动加强，该局部组织的血管仍能舒张。 (二)肌源性自身调节机制 许多血管平滑肌本身经常保持一定的紧张性收缩，称为肌源性活动 (myogenic activity)。血管平滑肌还有一个特性，即被牵张时其肌源性活动加强。因此，当供应某一器官血管的灌注压突然升高时，由于血管跨壁压增大，血管平滑肌受到牵张刺激增加，于是肌源性活动增强。这种现象在毛细血管前阻力血管特别明显。其结果是器官的血流阻力增大，器官的血流量不致因灌注压升高而增多，即器官血流量能因此保持相对稳定。当器官血管的灌注压突然降低时，则发生相反的变化，即阻力血管舒张，血流量仍保持相对稳定。这种肌源性的自身调节现象，在肾血管表现特别明显，也可见于脑、心、肝、肠系膜和骨骼肌的血管，但皮肤血管一般不出现这种情况。在实验中用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等药物抑制平滑肌的活动后，肌源性自身调节现象将随之消失。 四、动脉血压的长期调节 根据各种神经、体液因素对动脉血压调节的时程，可将动脉血压调节分为短期调节 (short-term regulation)和长期调节 (loog-term regulation)。短期调节是指对短时间内发生的血压变化起即刻调节作用，主要是神经调节，包括各种心血管反射通过调节心肌收缩力和血管外周阻力使动脉血压恢复正常并保持相对稳定，其具体机制已如前述。而当血压在较长时间内 (数小时，数天，数月或更长)发生变化时，单纯依靠神经调节常不足以将血压调节到正常水平。动脉血压的长期调节主要是通过肾脏调节细胞外液量来实现的，因而构成肾-体液控制系统 (renal-body fluid system)。当体内细胞外液量增多时，循环血量增多，循环血量和血管系统容量之间的相对关系发生改变，使动脉血压升高;而循环血量增多和动脉血压升高，又能直接导致肾排水和排钠增加，将过多的体液排出体外，从而使血压恢复到正常水平。当体内细胞外液量或循环血量减少，血压下降时，则发生相反的调节。 《一)体液平衡与血压稳态的相互制约 在体内，体液平衡和血压维持稳态有密切的关系。一方面，平均动脉压的高低与循环血量和血管系统容量之间的比例有关。当循环血量增多时，不仅可引起循环系统平均充盈压升高，而且可通过增加回心血量和心输出量使动脉血压升高。体液稳态的维持依赖于肾脏对体液的调节，只要液体摄人量与排出量不相等，体液总量以及循环血量就会发生相应的变化，从而影响动脉血压的高低。因此从长期的观点来看，血压维持稳态的基础是液体摄入量与排出量之间的平衡，使体液和循环血量维持在正常水平。另一方面，血压的改变又可影响循环血量，血压对循环血量的影响是肾脏的压力性利尿 (pressure diuresis)作用的结果。换言之，在肾功能正常情况下，循环血量增多引起的动脉血压升高，可导致。肾血流量增多和肾小球 +滤过率升高，因此肾脏在单位时间内排出的Na和水增多 (尿量增多)，从而使循环血量回降，于是循环血量和动脉血压降低至接近正常;反之，在循环血量减少和动脉血压降低时，则会发生相反的情况，使尿量减少，循环血量增加，因此血压回升至接近正常水平。 (二)影响肾-体液控制系统活动的若干因素 肾-体液控制系统的活动受体内若干因素的影响，其中较重要的是血管升压素、心房钠尿肽和肾素-血管紧张索-醛固酮系统。当循环血量增多、动脉血压升高时，可通过以下机制使循环血量和血压恢复至正常水平 (详见第八章):?血管升压素的释放减少，可使肾远曲小管和集合管对水的重吸收减少，肾排水量增加，细胞外液量回降。?ANP分泌增多，可 ++使肾脏重吸收:Na和水减少，排Na和排水量增加，细胞外液量回降。?Ang?生成减少，则Ang?引起血管收缩效应减弱，血压回降;Ang?促进肾上腺皮质分泌醛固酮的作用也减 +弱，醛固酮分泌减少，肾小管重吸收Na和水的作用也减小，故引起细胞外液培回降。反之，当循环血量减少、动脉血压降低时，则出现相反的效应。 总之，动脉血压的调节是个复杂的过程，有许多机制的参与。每一种机制都在一个方面发挥调节作用，但不能完成全部的、复杂的调节。神经调节一般是快速的、短期内的调节，主要是通过对阻力血管口径及心脏活动的调节来实现的;而长期调节则主要是通过肾对细胞外液量的调节而实现的。 第五节 器官循环 体内各器官的血流量都由该器官的动、静脉压差和阻力血管的舒缩状态所决定。由于各器官的结构和功能不同，器官内部的血管分布也各有特点，因此，其血流量的调节除服从前述的一般规律外，还有其各自的特殊规律。本节主要叙述心、肺、脑的血液循环。 一、冠脉循环 (一)冠脉循环的解剖特点 冠脉循环 (coronary circulation)是营养心脏自身的血液循环。供应心脏血液的左、右冠状动脉由升主动脉根部发出，其主干走行于心脏的表面，小分支常以垂直于心脏表面的方向 穿人心肌，并在心内膜下层分支成网。冠脉小分支的分布特点使之容易在心肌收缩时受到压迫。心脏的毛细血管网分布非常丰富，毛细血管数和心肌纤维数的比例为1:1。在心肌横截面上，每平方毫米面积内有2 500~3 000根毛细血管。因此心肌和冠脉血液之间的物质交换可迅速进行，当心肌因负荷过重而发生代偿性肥厚时，肌纤维直径增大，但毛细血管数量并不相应增加，所以肥厚的心肌容易发生血供不足。此外，冠状动脉之间有侧支互相吻合，但人类的这种吻合支在正常时较细小，血流量很少。因此当冠状动脉突然阻塞时，不易很快建立起侧支循环，常可导致心肌梗死。但是，如果冠脉阻塞是缓慢形成的，则侧支可逐渐扩张，建立新的有效侧支循环，从而起到一定的代偿作用。 (二)冠脉循环的生理特点 1(血压较高，血流量大 冠状动脉直接开口于主动脉根部，加上冠状血管的血流途径短，因此在其较小的分支血管内，血压仍能维持在较高水平。正常成年人在安静状态下，冠脉血流量为每100g心肌60~80ml/min，中等体重的人，其总的冠脉血流量约225ml/min，占心输出量的4,~5,;而心脏的重量只占体重的0.5,。冠脉血流量的大小取决于心肌的活动水平，左心室单位克重的心肌组织的血流量大于右心室。当心肌活动加强，冠脉达到最大舒张状态时，冠脉血流量可增加到每100g心肌300~400ml/min。 2(摄氧率高。耗氧量大 心肌富含肌红蛋白，摄氧能力很强。动脉血流经心脏后，其中65,~70,的氧被心肌摄取，比骨骼肌的摄氧率高1倍左右，从而能满足心肌对氧的需求。另一方面，由于心肌耗氧量大，即使在平静时，经冠脉毛细血管后，冠状静脉血液中的氧含量就较低，即动-静脉血中的含氧量差很大。因此，当机体进行剧烈运动时，心肌耗氧量增加，心肌依靠提高从单位血液中摄氧的潜力就较小，此时主要依靠扩张冠脉血管来增加其血流量，以满足心肌当时对氧的需求。 3(血流量受心肌收缩的影响显著 由于冠脉的分支大部分深埋于心肌组织中，故心肌的节律性收缩对冠脉血流量有很大影响 (图4-28)，左冠状动脉血流受心肌收缩的影响尤为显著。左心室在等容收缩期开始时，心室壁张力急剧升高，压迫肌纤维之间的小血管，使左冠状动脉血流量明显减少，甚至发生逆流。随着左心室射血，主动脉压升高，冠状动脉压也随之升高，冠脉血流量增加;但进入减慢射血期时，冠脉血流量又复减少。在舒张期开始时，心肌对冠脉的压迫减弱或消失，冠脉血流阻力减小，血流量迅速增加，并在舒张早期达到高峰，然后再逐渐减少。在左心室深层，心肌收缩对冠脉血流量的影响更为明显。左心房收缩时对冠脉血流量也有一定影响，但不显著。一般情况下，左心室在收缩期的血流量仅有舒张期的20,~30,;当心肌收缩增强时，心缩期血流量所占比例则更小。可见，动脉舒张压的高低及心舒期的长短是影响冠脉血流量的重要因素。当体循环外周阻力增大时，动脉舒张压升高，冠脉血流量就增加;而当心率加快时，由于心舒期明显缩短，因而冠脉血流量减少。在某些病理状态 (如主动脉瓣关闭不全)时，常因动脉舒张压太低而发生心肌供血不足。右心室心肌比左心室薄弱，收缩日寸对冠脉血流量的影响不如对左心室明显，在安静状态下，右心室收缩期的血流量和舒张期血流量相差不大，或略多于后者。 (三)冠脉血流量的调节 与其他器官相似，冠脉血流量也受神经和体液因素的调节，但最主要的调节因素是心肌自身的代谢水平，而神经调节的作用相对次要。 1(心肌代谢水平的影响 心肌收缩的能量来源几乎仅依靠有氧代谢。实验表明，当心肌耗氧量增加或心肌组织中的氧分压降低时，都可引起冠脉舒张，增加心肌血流量;在切断支配心脏的神经后，上述现象仍然存在。目前认为，心肌代谢增强引起冠脉舒张的原因并非低氧本身，而是由于心肌产生的某些代谢产物增多所致。在各种代谢产物中，腺苷所起的作用最重要。当心肌代谢增强而使局部组织中氧分压降低时，心肌细胞中的ATP分解为ADP和AMP。存在于冠脉血管周围间质细胞中的5?-核苷酸酶可使AMP分解而产生腺苷。腺苷 对小动脉具有强烈的舒张作用。腺苷生成后在几秒钟内即被破坏，因此不会引起其他器官的 +血管舒张。心肌的其他代谢产物，如H、CO、乳酸、缓激肽、前列腺素E等也有舒张冠2 脉的作用。 2(神经调节 冠状动脉受交感和迷走神经的支配。交感神经的直接作用是使冠脉收缩，这主要是通过激活血管平滑肌上的仪受体而实现的;但交感活动加强可通过激活心肌上的β受体使心率加快，心肌收缩力增强，耗氧量增加，代谢加强而使代谢产物增多，因而可继发性引起冠脉舒张，从而使交感神经直接的缩血管效应被掩盖。迷走神经的直接作用是使冠脉舒张，这是通过激活血管平滑肌上的M受体而实现的;但迷走活动加强可通过抑制心脏活动而使心肌代谢水平降低，继发性引起冠脉收缩。总之，在完整机体，神经因素的影响在很短的时间内就被心肌代谢改变引起的血流变化所掩盖。在剧烈运动或大失血等情况下，交感神经兴奋使全身血管收缩，而冠脉血管 (及脑血管)却无明显收缩，即通过血量的重新分配，从而保证心、脑等重要器官仍保持相对较多的血供。 3(激素的调节 肾上腺素和去甲肾上腺素可通过增强心肌代谢水平和耗氧量使冠脉血流量增加;也可直接作用于冠脉血管上的α或β受体，引起冠脉血管收缩或舒张。甲状腺激素增多时，心肌代谢水平提高，耗氧量增加，可使冠脉舒张，血流量增加。血管紧张素?和大剂量血管升压素能使冠状动脉收缩，血流量减少。 二、肺循环 肺循环 (pulmonary circuladon)是指血液由右心室射出，经肺动脉及其分支到达肺毛细血管，再经肺静脉回到左心房的血液循环，其任务是使血液在流经肺毛细血管时与肺泡气进行气体交换，将含氧量较低的静脉血转变为含氧量较高的动脉血。肺循环与体循环中营养呼吸性细支气管以上的呼吸道组织的支气管血管在末梢处有吻合支相沟通，有一部分支气管静脉的血液可经这些吻合支进入肺静脉，使主动脉血液中掺入1,~2,的静脉血。 (一)肺循环的生理特点 1(血流阻力小、血压低 与主动脉及其分支相比，肺动脉及其分支短而粗，其管壁较薄，肺动脉的管壁厚度仅为主动脉的1/3;而且，肺循环的全部血管都位于胸腔内，而胸腔内的压力低于大气压，即胸膜腔负压 (见第五章)。这些结构和功能上的特点使肺循环的血流阻力明显小于体循环;而右心室的心输出量却与左心室基本相同，因此肺循环压力也明显低于体循环。用插入导管的方法可直接测得右心室和肺动脉压。在正常人，右心室收缩压平均约22 mmHg，舒张压为0~1mmHg，肺动脉的收缩压与右心室收缩压相同，平均约22 mmHg，舒张压平均约8 mmHg，平均压约13 mmHg。用间接方法可测得肺循环毛细血管平均压约7 mmHg。肺静脉压和左房内压难以直接测量，也通过间接的方法测得肺静脉压和左心房内压为1~4 mmHg，肺静脉压平均为2 mmHg。所以，肺循环是一个血流阻力小、血压低的系统。当左心功能不全时可引起肺淤血和肺水肿，导致呼吸功能的障碍。 2(血容量变化大 肺部的血容量约450ml，占全身血量的9,左右。由于肺组织和肺血管的顺应性大，故肺部血容量的变化范围较大。在用力呼气时，肺部血容量可减少到200ml左右，而在深吸气时则可增加到1 000ml左右。由于肺部血容量较大，且变动范围也大，因此，肺循环血管可起储血库的作用。当机体失血时，肺循环可将一部分血液转移到体循环，起代偿作用。在呼吸周期中，肺循环血容量可发生周期性变化，并对左心室输出量和动脉血压发生影响。在吸气时，由于胸腔内负压加大，从腔静脉回到右心房的血量增多，右心室输出量也增多，肺循环的血管扩张，血容量增大。但在几次心搏后，扩张的肺循环血管已被充盈，因而由肺静脉回流入左心房的血量逐渐增多。而在呼气时则发生相反的变化过程。因此，动脉血压在吸气相之初出现下降，至吸气相中期降到最低点，在吸气相后半期逐渐回升，呼气相前半期继续上升，至呼气相中期达最高点，在呼气相后半期又开始下降，周而复始。这种呼吸周期中出现的血压波动称为动脉血压的呼吸波。 3(毛细血管的有效滤过压为负值 如前所述，肺循环毛细血管血压平均为7mmHg，血浆胶体渗透压平均为25 mmHg;由于肺部组织的组织液静水压和组织液胶体渗透压都很低，因此，有效滤过压为负值。这一负压有利于肺循环毛细血管处的液体重吸收，使肺部组织间隙中的液体量较少，并使肺泡膜与毛细血管壁紧紧相贴，有利于肺泡气和肺循环毛细血管血液之间进行气体交换。这一负压还有助于对肺泡内液体的吸收，使肺泡内保持干燥，因而有利于肺通气。在某些病理情况下，如发生左心衰竭时，由于肺静脉压升高，肺循环毛细血管血压也随之升高，当高于血浆胶体渗透压时，就可能有血浆滤出毛细血管而进入肺组织间隙和肺泡内，使肺泡内液体积聚，从而形成肺水肿。 (二)肺循环血流量的调节 由于肺循环在结构和功能上的一些特点，即肺血管的管径大、管壁薄，可扩张性大，因此其口径变化在大多情况下是被动的，但肺循环血流量仍受神经、体液和局部组织化学因素的调节和影响。 1(局部组织化学因素的影响 肺泡气的氧分压对肺循环血管的舒缩活动具有较大影响。急性或慢性低氧都能使肺循环血管收缩，血流阻力增大。引起肺血管收缩的原因是肺泡气的氧分压过低，而非血液氧张力过低。当一部分肺泡内气体的氧分压降低时，这些肺泡周围的微动脉收缩。尤其在肺泡气的CO分压升高时，低氧引起的肺部微动脉收缩更加显著。2 由此可见，肺循环血管对局部低氧发生的反应和体循环血管不同。关于肺循环血管对低氧发生缩血管反应的机制，目前尚不完全清楚。肺泡气低氧引起局部缩血管反应具有一定的生理意义。当一部分肺泡因通气不足而氧分压降低时，这些肺泡周围的血管收缩，血流量减少，可使较多的血液流经通气充足、肺泡气氧分压较高的肺泡。假如没有这种缩血管反应，血液流经通气不足的肺泡时，血液将不能充分氧合，即导致肺换气效率降低，这部分含氧较低的血液回流入左心房，就会影响体循环血液中的含氧量。当吸入气氧分压过低时，如在高海拔地区，可引起肺循环微动脉广泛收缩，血流阻力增大，故肺动脉压显著升高。长期居住在低海拔地区的人，若以较快的速度登上高海拔地区，常可发生肺动脉高压，甚至发生肺水肿;长期居住在高海拔地区的人，常可因肺动脉高压使右心室负荷长期加重而引起右心室肥厚。 2(神经调节 肺循环血管受交感神经和迷走神经的双重支配。刺激交感神经的直接效应是使肺血管收缩和血流阻力增大。但在整体情况下，交感神经兴奋时由于体循环血管收缩，可将一部分血液挤人肺循环，使肺循环内血容量增加。刺激迷走神经的直接效应是肺血管舒张。 3(血管活性物质的作用 肾上腺素、去甲肾上腺素、血管紧张素?、血栓素A2、前列腺素F等可使肺循环的微动脉收缩;而组胺、5-羟色胺等则能使肺循环的微静脉收缩，2α 但在流经肺循环后即分解失活。 三、脑循环 脑的血液供应来自颈内动脉和椎动脉。前者供应大脑半球前2/3和部分间脑;后者供应大脑半球后1/3、间脑后部、小脑和脑干。脑静脉血先汇人硬脑膜静脉窦，再经颈内静脉注入腔静脉。 (一)脑循环的特点 1(血流量大、耗氧量大 正常成年人在安静状态下，每100g脑组织的血流量为50-60ml/min，脑循环总的血流量约为750ml/min，相当于心输出量的15,;而脑的重量仅占体重的2,左右。由于脑组织代谢水平高，耗氧量也很大。安静时每100g脑组织耗氧3-3.5ml/min，脑的总耗氧量约为50ml/min，占全身总耗氧量的20,。脑组织对缺血和缺氧的耐受性较低，若每100g脑组织血流量低于40ml/min时，就会出现脑缺血症状;在正常体温条件下，如果脑血流完全中断数秒钟，意识即丧失，中断5~6min以上，将产生不可逆的脑损伤。 2。血流量变化 小脑位于由颅骨构成的颅腔内。除脑组织外，颅腔内还有脑血管 (包括血管内血流)和脑脊液。由于颅腔的容积是固定的，而脑组织和脑脊液均不可压缩，脑血管的舒缩程度就受到很大的限制。所以，脑血流量的变化范围明显小于其他器官。脑组织血液供应的增加主要依靠提高脑循环的血流速度来实现。 3(存在血-脑脊液屏障和血-脑屏障见后文。 (二)脑循环的调节 与其他器官一样，脑血流量也取决于动、静脉压差和血流阻力。在正常情况下，颈内静脉压接近于右心房压，且变化不大，脑血流阻力的变化也很小，所以影响脑血流量的主要因素是颈动脉压。 1(脑血流的自身调节 正常情况下，脑循环的灌注压为80~100mmHg。当平均动脉压在60~140mmHg范围内变动时，脑血管可通过自身调节机制使脑血流量保持相对稳定。当平均动脉压低于60mmHg时，脑血流量将明显减少，可引起脑功能障碍;若平均动脉压高于140mmHg时，脑血流量则明显增加，严重时可因脑毛细血管血压过高而引起脑水肿。 2(CO和低氧对脑血流的影响 CO分压升高和低氧有直接的舒血管效应，但在整体22 情况下，CO分压升高和低氧引起的化学感受性反射可引起血管收缩。由于化学感受性反射2 对脑血管的缩血管效应很小，所以血液中CO分压升高和低氧对脑血管的直接舒血管效应2 非常明显。目前认为，CO分压升高引起脑血管舒张可能需要通过NO作为中介，而低氧的2 舒血管效应则依赖于NO、腺苷的生成和钾通道的激活。当过度通气使CO呼出过多时，由2于脑血管收缩，脑血流量减少，可引起头晕等症状。 3(神经调节 脑血管受交感缩血管纤维和副交感舒血管纤维的支配，但神经纤维的分布较少，所起的作用也很小。刺激或切断上述支配神经后，脑血流量无明显改变。此外，在多种心血管反射中，脑血流量也无明显变化。 (三)血-脑脊液屏障和血-脑屏障 在脑室和蛛网膜下隙中充满脑脊液 (cerebrospinal fluid)。正常成年人的脑脊液总量约150ml，其中大部分由脑室脉络丛上皮细胞和室管膜细胞分泌而生成，小部分则由软脑膜血管和脑毛细血管滤过而产生。每天生成的脑脊液约800ml，同时有等量的脑脊液被吸收入血液，可见脑脊液的更新率较高。脑脊液生成后，由侧脑室经第三脑室、导水管、第四脑室进入蛛网膜下隙，然后由蛛网膜绒毛吸收入硬脑膜静脉窦的血液中，完成脑脊液的循环。 脑脊液的主要功能是在脑、脊髓和颅腔、椎管之间起缓冲作用，有保护脑和脊髓的意义。当头部受到外力冲击时，可因脑脊液的缓冲而大大减小脑部发生震荡或移位的程度。同时，由于脑浸浴于脑脊液中，对脑有一定的浮力，使脑的重量减轻到仅50g左右，从而可减轻脑组织对颅底部神经和血管的压迫。此外，脑脊液也是脑和脊髓神经组织与血液之间进行物质交换的媒介。由于脑组织中无淋巴管，由毛细血管壁漏出的少量蛋白质可随脑脊液回流人血液，脑脊液循环是回收蛋白质的途径之一。 +- 脑脊液的成分与血浆成分不同。脑脊液中蛋白质含量极微，葡萄糖含量以及K、HCO32++2+和Ca的浓度也较低，但Na和Mg的浓度则较高。表明脑脊液的形成不是简单的血浆滤过，而是主动转运过程。一些大分子物质较难从血液进入脑脊液，很可能在血液与脑脊液之间存在某种特殊的屏障，因而称为血-脑脊液屏障 (blood-cerebrospinal fluid barrier)。这一屏障的组织学基础是无孔的毛细血管壁和脉络丛细胞中运输各种物质的特殊载体系统。 血液与脑组织之间也存在类似的屏障，可限制物质在血液和脑组织之间的自由交换，故称为血-脑屏障 (blood-brain barrier)。脂溶性物质如CO、O、某些麻醉剂以及乙醇等，22 很容易通过血-脑屏障。对于不同的水溶性物质来说，其通透性并不一定与其分子的大小有关。例如，葡萄糖和氨基酸的通透性较高，而甘露醇、蔗糖和许多离子的通透性则很低，甚至不能通透，这说明脑内毛细血管处的物质交换与体内其他部位的毛细血管是不同的，有许 多主动的转运过程。在电子显微镜下可见，脑内大多数毛细血管表面都被星形胶质细胞伸出的突起 (血管周足)所包围。因而推测，毛细血管内的血液与神经元之间进行物质交换时，都要通过神经胶质细胞中介。可以认为，毛细血管内皮细胞、内皮下基膜和星形胶质细胞的血管周足等结构可能是血-脑屏障的结构基础。另外，毛细血管壁对各种物质的特殊的通透性也与这种屏障作用有重要的关系。 血-脑脊液屏障和血-脑屏障对于保持脑组织的内环境理化因素的相对稳定和防止血液中有害物质侵入脑组织具有重要意义。在脑组织缺氧、损伤以及脑瘤所在部位，毛细血管的通透性增高，可使平时不易通过血-脑屏障的物质进入病变部位，并导致脑脊液的理化性质、血清学和细胞学特性发生改变。临床上检查脑脊液标本，可对神经系统某些疾病的诊断提供参考依据。 在脑室系统，脑脊液和脑组织之间为室管膜所分隔;在脑的表面，脑脊液和脑组织之间为软脑膜所分隔。室管膜和软脑膜的通透性都很高，脑脊液中的物质很容易通过它们进入脑组织。在临床上，为使那些不易透过血-脑屏障的药物较快进入脑组织，可将药物直接注入脑脊液内。 (沈霖霖 林默君 杜友爱)