04 血液循环

null Chapter 4 Blood Circulation Chapter 4 Blood Circulation 中南大学湘雅医学院生理学系 文志斌null概述本章需要解决的两个问题1）心脏是如何推动血液的？---- 心脏生理2）血液又是怎样在血管内流动的？------ 血管生理null讲述内容心脏生理心脏是怎样收缩射血的？--心脏泵血的过程和机制 好坏如何？ 1）心脏泵功能的评价 2）心脏泵功能的调节 心脏舒缩时发生了什么变化？-- 心肌的生物电现象和生理特性 （伴随变化） null血管生理心脏射血后，血液如何从 动脉经静脉回到心脏？ 动脉、静脉血压的 形成和影响在毛细血管中，是怎样进行 （物质交换）的 微循环与组织液 的生成心血管活动受哪些因素 的影响？心血管活动的调节 （神经、体液和自身调节）nullFunctions of heart as pumpSection Onenull心脏活动的三个周期心电周期：动作电位（兴奋）的产生和传导心动周期：心肌的收缩与舒张， 导致房、室压力及容积的变化心音周期：由瓣膜的开闭及血液的流动引起null一、心动周期 Cardiac cycle)概念：心脏一次收缩和舒张的机械性活动， 构成一个心动周期。心动周期= 60秒/心率null0.80.50.40.30.20.10.70.6Atrioventricular valves close Semilunar valves openAtrioventricular valves open Semilunar valves closeTimeing of the contraction and relaxation of the atrium and ventricle in aheart beating at 75 per minutenullACB水泵工作原理null水泵工作原理null瓣膜的关闭，血液的冲击+心肌收缩产生的振动心音二尖瓣关闭产生第一心音，S1收缩期的开始特点：调低，持续时间长主动脉瓣关闭产生第二心音，S2舒张期的开始特点：调高，持续时间短null室缩室内压室内压等容收缩期 isovolumic systole 0.05s射血期 ejection period 0.5s快速 射血期 rapid ejection period 减慢 射血期 reduced ejection period 关关关开房压<<动脉压房压<>动脉压null室舒室内压室内压等容舒张期 isovolumic diastole 0.06s充盈期 filling period 0.44s快速 充盈期 rapid filling period 减慢 充盈期 reduced filling period 关关开关房压<<动脉压房压><动脉压null小结：1 心脏收缩-射血的关键；心室舒张-受血2 心收期（等容收缩期）-升高室内压-利于射血心舒期（等容舒张期）-降低室内压-利于受血3 全心舒张期（0.4秒）-受血最多； 最后0.1秒，心房收缩，进一步增加受血4 心室收、舒变化- 容积变化-压力变化-加上瓣膜的活动-决定血流的方向房室瓣关闭-开始收缩期（S1）半月瓣关闭-舒张期开始（S2）5 心室的收缩，并没有将所有的血液全部射出去null心脏泵血功能的评价每搏输出量（Stroke volume，SV） 概念：一侧心室、一次心跳所射出的血液量。 SV=收缩前心室容积 — 收缩后心室容积 = 舒张末期容积(end-diastolic volume,EDV ) — 收缩末期容积(end-systolic volume,ESV）每分输出量(Minute Volume ,MV) 心输出量（Cardiac output，CO） MV=SV×HRnull心指数（Cardiac index，CI） 单位体面积的MV射血分数（Ejection fraction，EF） EF=SV/EDV × 100%心力储备（Cardiac reserve，CR） MV随机体代谢需要而增加的能力。nullCardiac function reservenull每搏功=搏出量×（射血相左心室内压—左室充盈压）+动能射血期平均 左室内压平均动脉收缩压平均动脉压舒张压+1/3脉压 （收缩压—舒张压）平均心房压 （=6mmHg)1/2mv21mmHg=1333达因/cm2 1达因·cm=10-7焦耳null四、心脏泵功能的调节（一）SV的调节1 心脏收缩的特点：“全或无”影响单个细胞强度和速度的因素：前负荷后负荷心肌收缩能力null2 SV的自身调节1）前负荷与自身调节 （Heterometric autoregulation)心肌的前负荷：相当于心室舒张末期压力（充盈压）心肌的初长度：相当于心室舒张末期容积异长自身调节：由于心肌本身初长度的改变而引起 心肌收缩功能（收缩强度和速度）的改变， 称为异长自身调节。 null 骨骼肌的长度～张力曲线 AT：主动张力 RT：静息张力（被动张力） Tmax:最大张力 Lopt:最适初长null心肌的收缩性能与前负荷的关系如何呢？1895年，Frank离体蛙心实验充盈压 EDV 初长度 测心脏收缩时的心室内压1914年，Starling狗的离体实验（心肺） 灌注压回心血量 EDV 观察主动脉压的改变null Left ventricular(LV) function curves （lcmH2O=0.098kPa）LV stroke workNEControlFailingLVEDP(cmH2O)nullnull影响前负荷的因素：（1）静脉回流量A 心室充盈时间-与心率有关B 静脉回流速度-心房与心室间的压力差（2）剩余血量的影响：（双重影响）A 若回心血量不变 -心室射血量增加B 若心房、心室间压力差降低-回心血量减少 -SV减少null异长自身调节的生理意义对SV进行精确的调节null2）心肌收缩能力（ Cardiac contractility, CC)通过改变心肌本身的收缩性能来调节心肌的收缩强度和速度， 从而调节SV，它与心肌的初长度无关（也与前、后负荷无关）心肌收缩 性能活化的 横桥数胞浆内钙离子浓度肌钙蛋白对钙离子 的亲和力肌球蛋白的ATP酶活性 （横桥）null影响因素 凡是能影响胞浆中钙离子浓度、肌钙蛋白与 钙离子的亲和力、横桥中ATP酶活性的因素， 均能影响心肌的收缩性能。 生理意义（1）对持续的、剧烈的循环变化具有强大的调节作用，（2）是神经-体液调节的基础null3）后负荷的影响（动脉压）BP 等容收缩期室内压峰值等容收缩期延长，射血期射血心室肌缩短的速度、 和强度，导致射血速度SVnullSV 的 调 节引起调节的因素 效应 生理意义null（二）心率（HR）对MV的影响MV=SV ×HR影响因素交感神经兴奋迷走神经兴奋去甲肾上腺素、肾上腺素、甲状腺激素体温升高Electrical Activity of the Heart Electrical Activity of the Heart Section Twonull心肌细胞的分类null二、心肌细胞的电活动（一）工作细胞的跨膜电位null Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP :threshold potentialnull特点1. RP稳定于-90mV2. AP不对称, 复极复杂, 时程长3. AP幅度大,-90~+30mV(约+120mV)超过0的部分称为超射值除极历时短,约1-2ms, 故除极速率大称为快反应细胞4. AP曲线分5期null形成的机制(离子基础)1.内向离子流(inward current)正离子(阳离子)从细胞外流向细胞内或负离子(阴离子)从细胞内流向细胞外作用除极2. 外向离子流(outward current)正离子(阳离子)从细胞内流向细胞外或负离子(阴离子)从细胞外流向细胞内作用:复极或超极null Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP :threshold potentialnull慢通道的特点:1.慢- 激活门和失活门的开闭均慢, 故称慢通道(slow channel)2. TP高(约-30~-40mV)3. 特异性差4. 离子流量较小, 仅为I Na的1/105. 阻断剂:维拉帕米(异博定)、Mn2+null钙通道的分类及其特性一、电压依从钙通道 （Voltage-dependent Ca2+ Channels，VDCs）二、受体操纵钙通道 （Receptor-voperated Ca2+ Channels，ROCs） 三、第二信使操纵钙通道 （Second-messenger-operated Ca2+ Channels，SMOCs）四、牵张激活钙通道 （Stretch-activated Ca2+ Channels ，SACs）null五、背景钙通道 （Background Ca2+ Channels ）——细胞处与静息状态时可有少量通透Ca2+的通道， 可能与平滑肌和心肌细胞基础张力的维持有关。 除背景钙通道为静息钙通道外，其余四大类均为 可兴奋钙通道，且以电压依从钙通道最为重要，普遍 存在于各种组织中，为钙内流的主要途径。null电压依从钙通道的分类及其特性L型通道： 电导较大。高电压激活，衰减慢；普遍存在于心肌、 骨骼肌、神经元及内分泌等不同细胞中，与兴奋-收缩 耦联有关。T型通道： 电导较小。低电压激活，衰减快；在窦房结细胞及 神经的起步活动与重复发放中起重要作用，并参与调 节细胞生长和增生nullN型通道： 电导大小与电压依从性介于L与T型间，它需要较强 的去极化激活，但失活较快。常存在于神经组织中。P型通道： 需高电压激活，对DHP（双氢吡啶类）不敏感， 但可被蜘蛛毒素所阻断，它介导递质的释放和神经元 的高阈值发放。Q型通道： 需高电压激活，其药理学特性与其他通道电流不同 主要介导神经元递质的释放。nullR型通道： 需高电压激活，失活最快；对Ni2+敏感 它介导递质的释放。注： N、P、Q、R型钙通道几乎为神经组织所独有。null Action potential in ventricular cell RP: resting potential TP : threshold potentialnullnullK+Na+K+Ca2+ Na+K+K+Na+K+Ca2+Na+null(二)浦氏细胞的跨膜电位null Action potential in purkinje cellnullNa+(If)K+(Ik)null(三)窦房结细胞的跨膜电位nullAction potential in sinoatrial node(P- cell) null波形特点:1. 最大复极电位(-70mV)和TP(-40mV)均高于浦氏细胞2. 无明显的超射3. 除极幅度小(70mV), 但除极时程长(长达7ms)故称为慢反应细胞4. 无明显的1, 2期5. 4期自动去极速度快(0.1V/S, 浦氏为0.02V/S)nullAction potential in sinoatrial node(P- cell) null043TPK+(IK)Na+(If)Ca2+Na+null心肌细胞的分类快慢看0期 自律与非自律看4期null心室肌（A）与窦房结（B）细胞跨膜电位的比较null浦氏细胞与P细胞的比较 浦氏细胞 P细胞最大复极电位 –90mv –70mv阈电位 -70mv -40mv激活与失活 快 慢 离子活动 Na+ Ca2+阻断剂 河豚毒 异搏定去极幅度 120mv 70mv去极速度 200-1000v/s 2-6v/s去极时程 1-2ms 7ms复极1,2期 明显 不明显4期自动去极离子流 If , IK,If,ICa4期自动去极速度 0.02v/s 0.1v/s0 期 去 极null三、心电图(electrocardiagram, ECG) ECG是反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程的生物电变化，它记录的是已兴奋部位和未兴奋部位（或已复极部位）膜外两点之间的电位差。 null 　NORMAL ECGnull典型ECG波型的意义P波：左右心房去极化时间<0.11, 幅度<0.25QRS波群左右心室去过程时间<0.11, 幅度不一度>0.11示心室肥大或室内传导阻滞T 波心室复极方向应QRS波的主波方向一致若倒置: 示心肌缺血P-R间期P波的起点至QRS波群起点间的距离0.12-0.20若<0.12, 为交界区节律若>0.20, 示房室传导阻滞Q-T间期QRS波的起点到T波的终点,代表心室从去极到复极的全过程Q-T延长, 示室内传导阻滞或心肌缺血、低血钙ST段从QRS波的终点到T波的起点之间的线段，代表 心室各部分完全处于支极化状态上抬>1小格或下移>0.5小格为异常示心肌缺血缺氧nullNORMAL ECGnull 心肌细胞电变化曲线与常规心电图的比较 A：心房肌细胞电变化 V：心室肌细胞电变化null四、心肌的电生理特性（指整个心脏的）生理特性包括：兴奋性自律性传导性收缩性电生理特性：兴奋性、自律性和传导性null（一）心肌的兴奋性(excitability)活组织对刺激具有产生兴奋（AP）的能力衡量指标：阈值兴奋性∝1/阈值1 决定和影响兴奋性的因素AP的产生膜电位到TP的距离Na+ 通道的性状null-70mv失活null2 兴奋的周期性变化0期去极到复极-55mV,对任何刺激无反应,兴奋性为0绝对不应期(absolute refractory period)复极-55mV到-60mV,强刺激可引起局部反应,但不能产生AP称为局部反应期局部反应与绝对不应期合称为有效不应期, effective refractory period复极-60mV到-80mV强刺激可引起低幅度AP相对不应期,relative refractory period 复极-80mV到-90mV弱刺激可引起低幅AP, 兴奋性高于正常超常期,supernormal periodnull3. 心室肌兴奋性的 周期性变化及其与 机械收缩的关系 A：action potential B：mechanical contraction ERP：effective refractory period RRP：relative refractory period SNP：supronormal period Timenull生理意义 因有效不应期长，从而保证了心肌不会产生 强直性收缩，使心脏始终不渝地缩-舒-缩舒交替 进行，有利于泵血功能的完成。 null期前收缩，(premature systole) 心肌在前一次兴奋的有效不应期后，下一次兴奋之前，受到一次额外的刺激而产生的一次 兴奋性收缩，称为期前收缩或额外收缩。 代偿间隙（compensatory pause) 期前收缩也有自己的不应期，使紧接而来的窦房结兴奋“脱失”，必须等到再一次兴奋传来时才能兴奋，这样在期前收缩后往往出现一段较长的心室舒张，称为代偿间隙。 null期前收缩和代偿性间歇 每条曲线下的电磁标记号示给予电刺激的时间， 曲线1~3，刺激落在有效不应期内，不引起反应； 曲线4~6， 刺激落在相对不应期内，引起期前收缩和代偿性间歇 null（二）自律性（intrinsic rhythmicity) 组织细胞在没有外来刺激的条件下，能够自动地 发生节律性兴奋的特性。 1 自律细胞窦房结>房室交界>房室束>浦氏纤维(100次/分)(50次/分)(40次/分)(25次/分)null蛙心起搏点实验结扎静窦与心房之间(第一结)心房与心室之间 (第二结)各自频率不同加温加温静脉窦整个HR加快加温心室HR不变由此可见，正常心率是由静脉(窦房结)的频率所控制。null窦房结为正常的起搏点其它的自律组织称为潜在起搏点。潜在起搏点的意义1） 安全2） 潜在的危险心律失常null2 影响自律性的因素1） 最大复极电位水平2） TP水平3） 4期自动去极的速度null（三）心肌的传导性(conductivity)null1 心脏内兴奋传导的途径窦房结 0.05m/s心房肌 （优势传导通路） 0.4m/s房室交界（结区） 0.02m/s房室束 2.0m/s左右束支 2.0m/s浦氏纤维网 4.0m/s心室肌 1.0m/snull房室延搁意义：保证心房收缩后心室才开始收缩，使房、室 不同步收缩，有利于心脏泵血。 兴奋在心室内迅速传导的意义： 有利于心室同步收缩射血（即可增加心肌的收缩能力.null2.决定和影响传导性的因素1）解剖因素-心肌细胞的直径与直径成反比2）生理因素浦氏纤维>窦房结>结区（1）邻近未兴奋部位膜的兴奋性（2）局部电流的形成null局部电流的形成与传导有关？因为局部电流是由动作电位0期去极所引起的所以，0期去极速度快 局部电流形成快0期去极幅度大电位差大局部电流强扩布距离远传导快0期去极的速度与幅度Na通道开放的速度、数量膜电位nullNa通道开放速度和数量受膜电位 变化的这种特性， 称为 Na 通道 的效率（或利用率）。null 膜反应曲线null邻近未兴奋部位膜的兴奋性（1）邻近膜电位与TP差距大兴奋性低膜去极化达TP所需时间延长传导性（2）邻近膜兴奋性的变化如果邻近膜产生期前收缩，正处于有效不应期内这时若有兴奋传来，则不能引起兴奋传导阻滞null心肌收缩性的特点1 收缩呈“全或无”2 不产生强直收缩3 对细胞外钙离子浓度有明显的依赖性null　　Physiology of VasculatureSection Threenull 一、不同血管的结构功能特点血管 结 构 功能特点 功能主动脉、 富含弹性 弹性大 弹性贮备 大中动脉 纤维小动脉 富含平滑肌 舒缩性大 产生阻力的 微动脉 主要部位 调节阻力，阻力血管）毛细血管 仅一层内皮 通透性大 物质交换 细胞 （交换血管）小静脉、 壁薄、 扩张性大 容量贮存 大静脉 管腔大 容量大 （容量血管 60-70%贮存）null二、血压（一）几个概念1 血流量（Q）在单位时间内血液流经某一截面 的血流量，也称为容积速度。Q∝ΔP / R 泊肃叶定律Q = π( P1-P2 )r4 / 8ηL 2血流阻力（R）-血液在血管内流动时所遇到的阻力R = 8ηL / πr4 null3 血压- 血管内的血液对单位面积血管壁的侧压力（侧压强）单位：mmHg1mmHg=0.133kPa（二）动脉血压1 正常值收缩压：90-140mmHg 舒张压：60-90mmHg收缩压：心室收缩时，主动脉内血压所达到的最高值舒张压：心室舒张时，主动脉内血压所达到的最低值。脉（搏）压-收缩压（SP）-舒张压（DP）平均动脉压：一个动周期中动脉血压的平均值。平均动脉压=DP+1/3脉压=1/3SP+2/3DPnull2 动脉血压形成的条件四个条件1）血液充盈量-形成BP的前提循环系统中血液充盈量的程度可用循环系统平均充盈压 来表示（约7mmHg)。2）心脏收缩-动力3）外周阻力4）大动脉的弹性阻力作用：贮能-维持心舒张期血压及血液流动；缓冲血压-使动脉内压力变化不如心室变化大null影响血压的因素 SP DP pulse pressurenull（二）静脉血压）1 静脉血压的特点较低微血管处约15-20mmHg，右心房约为0mmHg中心静脉压(CVP)-右心房和胸腔内大静脉内的血压正常值：4-12 cmH2OCVP取决于（1）心脏射血能力CVP（2）静脉回心血量CVPnull2 静脉回心血量及其影响因素Q=外周静脉压-CVP/ 静脉阻力1）体循环平均充盈压体循环平均充盈压回心血量体循环平均充盈压回心血量2）心脏的收缩能力右心衰右心房压回心血量颈外静脉怒张 肝充血（肝大） 下肢浮肿左心衰左心压肺静脉压肺瘀血 肺水肿null3）体位4）骨骼肌的挤压作用（肌肉泵）5）呼吸运动（呼吸泵）吸气时胸内负压胸内大静脉、右心房扩张CVP回心血量呼气时相反null三、微循环 （microcirculation，MC）MC是指微动脉到微静脉之间的循环。它是血液与组织之间的物质交换场所。组成经典的微循环模型包括七个组成部分：三条通路：二套闸门微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌真毛细血管、通血毛细血管、A-V吻合支、微V迂回通路（真毛细血管）又名营养通路直捷通路（通血毛细血管）动-静脉短路（ A-V吻合支）null 肠系膜微循环模式图null微循环微动脉动静脉吻合支微静脉后微动脉通血毛细血管毛细血管 前括约肌真毛细血管动 静 脉 短 路直 捷 通 路迂 回 通 路null微循环开闭的调控局部代谢 产物堆积后微动脉 毛细血管 开放 前括约肌血液带走 代谢产物全身缩血管物质作用null前闸门总闸门 （微动脉 ） 分闸门 （毛细血管前括约肌） 控制整个微循环血量控制相应毛细血管的开闭后闸门微静脉流出 毛细血管前括约肌对儿茶酚胺类敏感性高， 对代谢产物耐受性差。 微静脉对儿茶酚胺类敏感性低， 对代谢产物耐受性好。灌入null微循环与休克的关系休克早期交感神经-肾上腺 髓质兴奋（CA）血管平滑肌收缩 （前、后闸门关闭）少灌<少流MC缺血休克中期代谢产物前闸门打开C A后闸门关闭多灌少流MC瘀血休克晚期微血管血栓形成（DIC）不灌不流null四、组织液生成与淋巴回流（一）组织液的生成组织液是血浆通过毛细血管壁滤过而形成的。滤过：由于毛细血管壁两侧压力差而引起的液体 由毛细血管向组织移动。重吸收：液体由组织向毛细血管内移动称为重吸收。促进滤过的因素：毛细血管血压组织胶体渗透压促进重吸收的因素：组织静水压血浆胶体渗透压null有效滤过压=滤过的力量-重吸收的力量=（毛细血管压+组织胶渗压）-（血浆胶渗压+组织静水压）null组织液生成与回流示意图 +代表使液体滤出毛细血管的力量 -代表使液体吸收回毛细血管的力量 （1mmHg=0.133kPa）null（二）影响组织液生成的因素正常情况下组织液生成=重吸收如果生成 >重吸收组织水肿1 毛细血管血压2 血浆胶体渗透压3 淋巴回流受阻4 毛细血管壁的通透性nullRegulation of Cardiovascular systemSection Fournull一、神经调节调节方式：反射null心脏的神经支配心交感神经心迷走神经null交感神经兴奋的作用NEnull迷走神经兴奋的影响 ACh （M-R）null支配血管的神经 缩血管神经纤维： 均为交感神经纤维 血管活性肠肽神经元(VIP)null延髓心血管中枢心迷走中枢心交感中枢缩交感血管中区特点：（1）紧张性(tonicity)活动生理学中将持续性活动称为紧张。（2）交互性抑制交感兴奋时，迷走活动受抑制迷走兴奋时，交感活动受抑制（3）紧张性可随呼吸周期变化呼气迷走兴奋，交感抑制吸气迷走抑制，交感兴奋窦性心 律不齐null 效应器 （心、血管）心血管中枢 （延髓） 感受器 （颈动脉窦、 主动脉弓）交感缩血管神经心交感神经心迷走神经迷走神经窦神经心 血 管 活 动 的 神 经 调 节null颈动脉窦区与主动脉弓区的压力感受器与化学感受器 null窦神经 迷走神经nullnull生理意义缓冲动脉血压的波动，维持动脉血压的相对稳定。null特点：1 当BP在60~180mmHg范围内波动时才起作用null在实验中测得的颈动脉窦内压力与动脉血压的关系1mmHg=0.133kPa） null特点：1 当BP在60~180mmHg范围内波动时才起作用2 压力感受器对迅速变化的BP起作用，对持续变化的 高BP不敏感。 null颈动脉窦内压与动脉血压相关曲线与调定点模式图null 颈动脉体、 主动脉体 （化学受体）改善应急化学反射过程null二、体液调节 指血液和组织液中所含的一些化学物质对心肌 和血管平滑肌活动的调节。 全身性：某些激素或血管活性物质随血液循环到达全身器官， 影响心血管活动，如Adr, NE, ADH等。 局部性：主要为局部代谢产物，如组胺，腺苷，H+，K+等。null血管活性物质收缩类 舒张类胺类 NE、Adr、5-HT 组胺肽类 AgII、ADH 激肽类酶类 溶酶体酶类代谢产物 H+、CO2、乳酸其他 TXA2 PGI2nullNE与Adr的作用Rnull 肾素-血管紧张素-醛固酮（R-A-A） 肾素 （Renin）2球蛋白（肝产生）AgI（10肽）AgII（8肽）AgIII（7肽）肺转移酶氨基肽酶nullAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro -Phe-His-Leu-Leu-Val-Tyr-Sernull血管紧张素II（AgII）的作用AgIIN SCNSRAS研究的主要进展RAS研究的主要进展１.组织RAS：脑、心、血管等具有独立局部 　　　　3. ACE2: 心、肾等。使Ang Ⅰ 转化为Ang (１-7)　　　　　　　　　　　　　 RAS与血管重塑关系密切4. Ang (１-7): 　　多途径生成；调节AngⅡ 的形成促ＮＯ与ＰＧＩ２生成 2.非ACE途径：使Ang Ⅰ →Ang II 。 Chymase(血管壁），cathepsinG(Mo/MΦ）null ＲＡＳ的现代概念 ＡＴＯAngⅠ （１-１０）AngⅡ （１-８）ＡＴ２ＲＡＴ１ＲAng (１-９)Ang (１-７)ACE2 CPaseACE NEPaseNEPasereninACE2 CPase AT1R与缩血管、促进Ａld分泌及细胞增殖有关，ACE Chymase cathepsinG ＡＴ２Ｒ、 Ang (１-７)Ｒ与AT1R作用相反 ACEI与AT1R抗栓机制ACEI与AT1R抗栓机制　AngⅠAng(1-7)AngⅡAng(1-7) receptorAT1RAT2RACEIAT1R-ATF，PAI-1PGI2，NOPGI2,NOTF PAI-1