体循环血液动力学监测.doc

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1、1心输出监测的生理学基础心输出监测的生理学基础第一节 心脏泵血功能及其评价指标心脏是生命活动中的重要器官之一。心脏为了推动血液在体内作循环流动必然要消耗能量作功，将化学能转化为用于心肌收缩、血管运动和血液流动的机械能；心脏的收缩与舒张过程不但影响血管运动和血液流动，同时也受血管运动和血液流动的影响，因此心肌能量的产生、心肌的收缩与舒张、血管的运动及血液的流体等发生变化时均可引起心脏泵血功能的改变。其中心脏作为一个泵血的动力装置，泵的前后负荷、泵的工作效率以及外周循环动脉血压的变化均可直接影响心脏血液输出的效率；血液循环作为一个功能性封闭体，血液动力学的改变反过来也会对心肌细胞与血管细胞产生深刻

2、的影响，导致心肌肥厚或心力衰竭、动脉粥样硬化等的发生。一、心脏泵血功能心脏是一个由心肌组织构成并具有瓣膜结构的空腔器官，它是血液循环的动力装置。在血液循环系统中，心脏肌肉组织不断地作收缩和舒张的交替活动，心脏舒张时容纳静脉血液返回心脏，心脏收缩时则为心脏内的血液提供机械能使血液能从心脏射入动脉中，并在外周血管内流动。在心肌节律性的收缩与舒张和心脏瓣膜规律性开启与关闭的配合下，心脏推动着血液沿单一方向在体内不停地作循环流动，心脏这种推动血液流动的作用方式与水泵工作的原理相近，因此可以把心脏看成是一个实现泵血功能的肌肉器官。心脏泵血功能正常与否直接关系到心脏向外周血管输送血液量的多少，这是医疗实践

3、和实验医学研究中经常遇到和关心的问题。临床上将心脏泵血功能障碍导致心输出量减少，以至于不能满足全身组织代谢需要的病理过程称为心力衰竭，同时将心力衰竭的早期过程称为心功不全，心力衰竭往往是多种心血管疾病发展变化的共同结果。心力衰竭的临床表现受心力衰竭发生部位的影响，按发生的部位分为左心衰竭，右心衰竭和全心衰竭。左心衰竭多见于冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压病、主动脉瓣狭窄或关闭不全、二尖瓣狭窄或关闭不全等，导致左心输出量减少、肺部淤血或水肿；右心衰竭见于肺心病、三尖瓣或肺动脉瓣疾病，并常继发于左心衰竭，结果表现有心输出量减少，体循环淤血，静脉压增加，常伴有下肢水肿，严重时可发生全身性水肿；全心衰

4、竭是左右心室同时发生的一种心力衰竭，如心肌炎、心肌病等引起的全心衰竭，或继发于左心衰后并发的一种右心衰竭，结果表现既有左心衰又有右心衰的临床症状。显然心输出量的减少与组织代谢对血液量的增加都会导致心功不全或心力衰竭，有时心力衰竭发生在心输出量并不减少甚至是升高但机体对血液量的需要增加使心输出量相对减少，因此心力衰竭可分为高输出和低输出两类心力衰竭。总之心力衰竭是一种心脏功能的严重失代偿表现，它可导致心源性休克的发生。因此在临床上需要有一套客观的指标来评价心输出量及其变化的程度以帮助临床上对心血管病人的诊断、治疗及其预后。二、心输出量的评价心输出量是衡量心脏功能的基本指标，通常按心脏搏动一次或工

5、作时间在一分钟内射2出的血液量分为包括每博输出量和每分输出量两个基本指标，由这两个指标还可派生出其他相关指标，如静息时心指数、射血分数、博功等。心脏完成一次收缩和舒张的活动（即搏动一次）所持续的时间称为一个心动周期，成人平均每个心动周期大约需 0.8 秒钟，因此成人心脏每分钟搏动 75 次（简称心率）。每博输出量为一个心动周期内左右心室一侧所射出的血液量，每分输出量为每分钟心率与每博输出量的乘积。例如健康成年男性静息状态下，心率平均每分钟 75 次，每博输出量约为65ml (6080 ml)，因此每分输出量为 4 升(约 3.5-5.5 升)。低输出型心力衰竭时心输出量往往低于 2.5 升/分

6、，高输出型心力衰竭时可能会高于 5.5 升/分。正常情况下，心输出量与机体新陈代谢水平相适应，随性别、年龄、身材大小、体形以及其他生理状况的不同心输出量可能不一样。女性比同体重男性心输出量略低，青年时期心输出量高于老年时期，心输出量在剧烈运动时可高达 25-35 升/分，静息情况下可降低到 2.5 升/分。在其他条件相同的情况下心输出量可受个体体表面积的影响，以单位体表面积计每分钟心输出量为心指数，一般中等身材成人体表面积大约为 1.6 平方米，静息时每分心输出量为 5-6 升/分，因此静息时心指数为 3.0-3.5 升/分/平方米。静息时心指数正常值为 2.5-3.5 升/分/平方米，多数心

7、力衰竭时心指数低于 2.5 升/分/平方米，但高输出型心力衰竭时心指数会高于 3.5 升/分/平方米。以左心室为例，舒张期间内左心室为来自左心房的血液所逐渐充盈，至舒张末期时血液充盈量最大，舒张末期心室内的容积称为舒张末期容积；左心室经历舒张充盈后随即发生心室收缩射血，至左心室射血末左心室容积收缩到最小，这时心室内剩余的血液量所占的容积称为收缩末期容积，因此心脏每搏动一次的血液博出量实际上等于心室舒张末期容积和收缩末期容积之差。正常心脏的博出量始终与心室舒张末期容积相适应，即当心室舒张末期容积增加时博出量也相应增加，但在心室功能减退、或心室异常扩大的情况下血液博出量可能与正常人没有明显的差异，

8、但它并不与收缩末期心室容积的改变相适应，若这时单纯依椐博出量来评定心脏泵血功能则可能作出错误的判断，这时心室射出的血液量占心室舒张末期容积的百分比即射血分数明显减少，因此用射血分数评价心脏功能似乎更为合适。健康成年人射血分数为 55-65%，心力衰竭时由于心肌收缩性减弱，每博输出量减少，而心室舒张末期容积不变，因此射血分数必然降低。心脏输出血液的过程不仅仅是血液物质的空间位移，也是能量转移的过程，能量的转移必然涉及心输出过程中的耗能作功。实际上心肌收缩所作功的大小等于血液在血管内血液流动的动能和血液对动脉管侧壁的压强能。心室每博动一次所作的功(简称博功)计算公式如下：博功=心室内充盈压+血液流

9、动动能=博出量(射血期左室内压左室充盈压)+血液流动动能公式中，血液流动的动能在左心室该值所占比例很小，尤其是机体在各种不同生理条件下射出血液的流速变化并不大，根据血液流动的动能等于 1/2 X 血液质量 X 流速2 关系可将血液流动的动能忽略不计；另外测定射血期左室内压和左室充盈压的方法一般有积分法和简易法，积分法较为复杂，可参考有关书籍；简易法是以平均动脉压代替射血期时左室内压，以平均左房压代替左室充盈压进行计算的，因此计算博功的公式可简化为：3博功(g-m)=博出量(cm3) X 1/1000 X (平均动脉压-平均左房压) (mmHg) X 13.6g/cm3每分博功(Kg-m/min

10、)=博功(g-m) X 心率 X 1/1000平均动脉压可由动脉收缩压、舒张压计算，平均左房压可用心导管加以测定。心输出量的改变是心力衰竭的主要表现，以上评价指标揭示心脏功能的状况并不能充分反映心脏射血量（尤其是对高输出型心力衰竭）是否满足机体的需要，因而有必要对心脏射血过程及其影响因素作一简单的介绍。第二节 心脏泵血过程与影响心脏泵血功能的因素如前所述，心脏的功能如同一个水泵，通过心脏肌肉节律性的舒缩活动，从静脉抽吸血液并把它射向肺动脉或主动脉内，维持一定的心输出量和动脉血管压力，从而保正全身各组织和器官代谢需要的血液供应。在一个心动周期中，心电图、心音图、心脏房室压力及容积等均发生了一系列

11、的变化，按心房和心室容积的变化、心脏瓣膜的启闭以及房室内压力的不同，将一个心动周期依次分为心房收缩期、心室收缩期和心室舒张期三个过程。一、心脏射血过程以左心室单侧心脏房室收缩舒张过程为例心脏泵血过程如下。1 心房收缩期 心脏开始收缩之前心脏正处于全心舒张期，此时左心房内和左心室内的压力均较低，接近或低于大气压。由于静脉血不断流入心房致使心房内压力逐渐升高，当相对高于心室压力时房室瓣(二尖瓣)处于开启状态使房室相通，血液顺房室压力梯度从心房排入到心室内，心室血液的不断充盈使心室内压力开始逐步升高，但当心室内压力在不足以使半月瓣打开时，心室腔与主动脉并不相连通，继续接纳来自心房的血液。接着心房开始

12、收缩，使心房容积缩小且房内压力升高，可进一步将心房内的血液挤入己经充盈了血液但仍然处于舒张状态的心室内，心房收缩持续约 0.1 秒，随后又进入心房舒张期。2 心室收缩期 心室收缩期包括等容收缩和收缩射血二个时相。在心房进入舒张期不久心室开始进入收缩期。心室开始收缩时心室内压力升高，返流的血液随即关闭房室瓣，不再接受心房的血液，而心室肌继续进行强烈的收缩。当心室内压力低于主动脉压时半月瓣仍然处于关闭状态，此时心室成一个独立的封闭腔体，血液容积不可压缩，因此这一时期称为等容收缩相，等容收缩相的特点是心室内压力继续升高且升高速度很快，大约持续0.05 秒左右。当心室内压力继续升高超过主动脉压力时半月

13、瓣打开，等容收缩相结束随即进入收缩射血相。收缩射血相可分为快速射血相和缓慢射血相。在射血前 1/3 左右的时间内，心室肌仍在作强列的收缩，由心室射入主动脉的血液量很大，约占总射量的 2/3，而持续时间为 0.1 秒；随后大量血液进入主动脉内，使主动脉压力相应增高同时心室内血液量减少和心室肌收缩强度减弱，因而心室射血速度减慢，此期射血量占总射血量的 1/3，持续时间约占 0.19 秒。心室收缩末期的容积和压力代表每次搏动射血后心室内剩余的血液量和残存压力，它的变动可直接影响心脏的博出量，因此具有重要的生理意义。3 心室舒张期 心室舒张期包括等容舒张和心室充盈两个时相，后者又可细分为快速充盈，减慢

14、充盈和心室充盈三个阶段。心室肌收缩结束后进入舒张期，心室内压力的下4降和主动脉内血液向心室方向的返流作用推动半月瓣关闭。开始心室内压力仍明显高于心房压力，房室瓣依然处于关闭状态，但心室肌继续舒张使室内压力大幅度下降直到房室瓣开启之前，心室又形成一个封闭腔体，由于血液不可压缩，因而称为等容舒张期，此期持续时间约 0.08 秒。随着心室肌的继续舒张，当心室内压下降到低于心房压时，迅即血液顺着房室压梯度冲开房室瓣并快速由心房流向心室，持续时间占 0.11 秒，此时血液在心室中的充盈量约占总充盈量的 2/3，称快速充盈相；随后，血液以较慢的速度继续流入心室，心室容积进一步增大，持续时间约占 0.22

15、秒，称为减慢充盈相。减慢充盈相结束后，进入新的一轮心动周期，心房开始收缩并继续向心室射入少量的血液，心室充盈增加，此期持续时间约占 0.1 秒，称为心室充盈相。此充盈相末期的压力和体积分别称为心室舒张末期压力和心室舒张末期体积，它反映了心室肌的前负荷压力和容积大小，具有重要的生理意义。心室充盈相结束时，随即进入下一轮心脏泵血过程。心动周期内左右心室血液的输出量几乎相等，即为心脏的搏出量。二、影响心脏泵血量的因素从上述心脏泵血过程的描述中不难看出，房室心肌的弹性和顺应性、心肌收缩舒张的协调性、心肌舒缩耗能作功的能力、心室舒张末期的容积与压力高低(前负荷)、各房室瓣膜按时启闭的性能、心脏血液输出端

16、口阻力的大小(后负荷)及心率大小对心脏搏出量均有直接的影响。例如，房室心肌的弹性和顺应性的降低使心肌舒张收缩性能减弱，因此直接影响心脏的泵血功能；房室心肌舒缩不协调、左右心房或心室不协调、或各房室瓣膜不能按时启闭，结果表现为心脏搏出量减少其至缺如；同样房室瓣膜结构障碍如二尖瓣、三尖瓣狭窄或闭锁不全时，可导致心脏搏出量减少甚至缺如。单位质量心肌组织作功效率越高，收缩时射出血液的体积分数就会越高，实际上心肌组织作功效率的高低才是影响心脏输出量最本质的因素。心肌是一类由肌肉组织形成的弹力器官，在一定程度内心肌予先拉伸得越长，如心室舒张末期容积越大(即心脏前负荷越大)，心室肌收缩力越强，心肌射出血液越

17、多；此外，当心脏输出端口阻力大(心脏的后负荷越高)如动脉压越高时，心脏克服同样大小的阻力相应向外射出血液的数量就越少。正常成年人心率为 75 次/分，因此平均完成一轮心动周期约需 0.8 秒钟，心率越快则一分钟时间内完成心动周期的次数就越多，同样心输出量也会越多，但并非心率越快心输出量就越高，因为心脏射血时间会随心室收缩时间的减少显著缩短，因此极大地限制了每搏输出量，甚至使搏出量反而降低。综观以上各种因素，从动力学角度看体循环血液动力学工作者更关注的是心脏泵的前负荷、后负荷、心肌收缩力、外周血液循环及心率变化等对心输出量的影响。第三节 心脏前后负荷对心脏搏出量的影响肌肉在体内的功能实际上就是当

18、它们在受到刺激时能产生张力和/或缩短，籍以完成肌肉自身的运动和对抗外力的作用，心肌也不例外。当肌肉克服外力而缩短或肌肉因缩短而牵动某一负荷物运动时，肌肉完成了一定量的机械功，其数值等于所克服的阻力（或负荷）和肌肉缩短长度的乘积。在体内或实验条件下，肌肉可能遇到的负荷主要有两种，一种是在肌肉收缩前加在肌肉上的力，如把肌肉的一端固定，另一端悬挂一定重量的重物，这种5负荷称为前负荷（preload）。前负荷使肌肉在收缩前即处于某种被拉长的状态，使它在一定的初长度（initial length）的情况下开始进入收缩。另一种是肌肉在开始收缩时就遇到的阻力，它不能增加肌肉收缩前的初长度，但能阻碍收缩时肌肉

19、的缩短，这种负荷称为后负荷（afterload）。一、心脏前负荷心脏前负荷是指心脏在收缩之前所承受的负荷量，一般是由静脉回心的血量或心室舒张末期的容量所引起的，因此又叫心脏的容量负荷。心肌前负荷的大小决定着心肌收缩的初长度，根椐 Frank-Starling 原理，一定的前负荷范围内心室舒张末期容量越大，心室肌初长度越长，心肌收缩力也越强，相应心输出量就越多。能使心室产生最强收缩的前负荷或心室肌初长度称为最适前负荷或最适初长度。在一般肌肉组织中，前负荷和初长度对肌肉收缩强度和作功能力的影响呈先升高后低的变化趋势（图 1），在前负荷心室肌初长度达最适水平之前，肌肉收缩强度或作功能力随前负荷一初长

20、度的增加而增加，但超过最适水平后收缩效率将随前负荷一初长度的继续增加而降低。肌肉组织收缩（图 2）的分子力学分析表明，所谓最适前负荷和由此决定的最适初长其实正好是能使肌小节的静止长度保持在 2.0-2.2m 以内的初长度范围，此时组成肌小节的粗细肌丝也正好处于最理想的重叠状态，使肌肉收缩时粗肌丝上每一横桥附近都有能与之起作用的细肌丝，肌肉收缩强度和作功能力随前负荷一初长度的增加而增加。如果存在较大的前负荷时肌肉的初长度会大于最适初长，即肌小节的静止长度大于 2.2 m，此时细肌丝有可能从粗肌丝中拉出，出现肌肉超微结构中的 H 带过宽，这一部分裸露粗肌丝上的横桥附近将很少细肌丝能与之作用，收缩效

21、果明显减弱或丧失；当前负荷使肌小节的静止长度大于 3.5m 时，细肌丝将全部脱离肌肉超微结构的暗带，这时肌肉即便受到刺激也不可能产生任何张力。反之当肌小节静止长度小于 2.0m 时，细肌丝将过多的深入暗带，或在 H 带内 M 线附近卷曲或穿过 M 线结构的对侧，这时也不利于粗肌丝上横桥与细肌丝相连进而影响肌肉的正常收缩活动，使肌肉的收缩效果迅速减弱。因此肌小节的静止长度范围在 2.02.2m 内，随着肌小节静止长度的增加，粗肌丝上横桥与细肌丝相连的部位逐渐增多，因此肌肉组织的收缩力也逐渐增加。在心肌组织中，心肌初长度同样是控制心肌收缩功能的一种重要因素，但心肌初长度与心肌收缩功能的关系曲线具有

22、某些特殊性。例如在心肌实验模型中，通过逐步改变心室舒张末期压力（亦叫充盈压）或心室舒张末期容积，分别相当于改变了一般肌肉组织的前负荷和肌小节静止初长度，然后测定心室搏出量，可得到一系列心室充盈压（或容积）与心脏博出量的数椐，将此数据绘制成心室肌功能曲线（图 3）。心室功能曲线大致分为三段：1 充盈压为 12-15 mmHg 属心室的最适前负荷阶段，位于心室肌功能曲线左侧的一段为功能曲线升支，它与骨骼肌长度一张力曲线升支段相似，代表前负荷初长度在达到最适水平之前，博出量随初长度的增加而增加。通常情况下左心室充盈压约 56 mmHg，因此正常心室处于功能曲线的升支前一段区域内，前负荷的初长度远离其

23、最适水平。这一特征说明心室肌具有较大的初长度贮备，即心室肌通过前负荷的增加调节心室泵血功能增加的潜力很大。62 充盈压为 1520 mmHg 此段心室功能曲线的特点是曲线逐渐平坦，表明前负荷可在较大范围内变动，但是对心室的泵血功能影响不大。3 充盈压在 20 mmHg 以上 心室的功能曲线更加平坦或者轻度下倾，但并不出现明显的降支，这一特点不同于骨骼肌组织，其机制目前尚不完全明了，它表明正常心室充盈压即使超过 20 mmHg，博出量不变或者仅轻度减少。只有在慢性严重的病理情况下，如出现肌原纤维错位，肌小节不呈现端对端的排到，肌纤维增长等情况下心室功能曲线上才可能出现降支。总之在充盈压低于 15

24、 mmHg 时心室前负荷即充盈量越大，舒张末期容积越大，心肌收缩力越强，这种调节作用又称为心肌组织的异长自身调节作用。显然在心肌组织的异长自身调节中，心室舒张末期的充盈量等于静脉回心血量和心室射血后剩余血量二者的总和，因此静脉回心血量和心室射血后剩余血量对心室舒张末期的充盈量具有极大的影响。其中静脉回心血量受以下因素的影响：心室舒张充盈期持续时间的长短 例如心率增快时，心室舒张充盈期缩短，心室充盈不完全，充盈压反而降低，结果前负荷的减少使心脏搏出量也减少；2 静脉血回流速度 在心室舒张充盈期持续时间不变的情况下，静脉内血液通过心房进入心室的速度越快血液充盈量越多，但搏出量相应增加也越快。静脉回

25、流速度主要取决于外周血液量和外周静脉压与心房压的压力差，循环血液量增加、外周静脉压增高（如循环血量增加、中心静脉压以及外周静脉管壁张力增高的情况下）或心房心室压力降低时，静脉回流速度将大大加快。另外，心室射血后的剩余血量主要受心室肌自身的收缩力、心室收缩末期持续时间和压力等的影响，如心室肌自身的收缩力越强剩余血量就越少，结果心室舒张末期总充盈量可能会减少。但实际上心室剩余血液量越少，在心室舒张末期总充盈量不变时，博出量会增加。因此一定量的心肌前负荷是增强心肌收缩力的一种重要调节机制。当心脏前负荷过荷时，首先在一定范围内可通过异长自身调节机制使心脏博出量增加，但是持续过荷失偿时可从结构和功能上使

26、心脏发生改变，如先使舒张期心室肌壁张力增加，肌纤维逐步拉长，然后导致肌小节呈串联性增殖，形成心肌纤维的纵向伸长和心肌腔的扩大，即发生离心性心脏肥大；功能上可进一步发展成心肌高动力（即高输出）型心力衰竭。临床上二尖瓣或主动脉瓣闭锁不全时会导致左心室前负荷过荷，而三尖瓣和肺动脉瓣闭锁不全时会导致右心室前负荷过荷，其他如先天性动脉脉瘘，室间隔或房间隔缺损以及严重贫血时等均会导致心脏前负荷的过荷。目前评价心室前负荷的指标主要是心室舒张末期容积或压力和肺动脉契压等，前者正常值为 1.99KPa，后者正常值为 0.93KPa。心室舒张末期压力在测量上比较方便，在心室壁顺应性没有变化时还可采用心室舒张末期压

27、力，该指标也能反映心室舒张末期容积的变化。肺动脉契压更接近左心室舒张末期压力，是反映左心室前负荷较好的指标。心脏后负荷心脏后负荷是心肌收缩射血过程中在射血端口处承受的射血阻力，理论论上心脏作功量不变时后负荷越大心脏射出的血量越低。一般而言在心率、心肌前负荷和心肌舒缩性能等不变的情况下，当心室射血前方后负荷（如主动脉压力高）阻力增大时，心肌张力也相7应增加，使心室射血时间延迟、射血速度减慢，因此心肌射血量相应减少。根据 Laplace定律，心肌张力与收缩期心室内压力（即为后负荷）和心脏半径成正比，而与心室壁厚度成反比。因此收缩期心室内压力增加或心脏直径增加时，可导致心肌张力相应增加，但心脏厚度增

28、加时心肌张力会降低；另外应强调的是，心室肌的顺应性降低也会增加心肌张力，如冠状动脉粥样硬化和心肌长期严重缺血时形成心肌斑痕组织的硬化，心肌壁顺应性相应降低，结果心肌张力增加，心肌张力的增加是限制着心肌射血能力的重要因素。尽管后负荷减少了心肌输出的血液量，但却增加了心肌的作功水平。当后负荷量增加至使心肌射血量为零时，心肌产生的最大张力称为心肌最大张力，此时心肌的收缩处于等长收缩状态；反之随着心肌后负荷的减小，当心肌张力低于心肌最大张力但不为零时，心肌既能产生收缩又能保持恒定值的张力时，心肌处于相应的等张收缩状态。等张收缩状态范围很宽，在不同的等张收缩状态下，心肌随后负荷的增加和心肌张力的减小，心

29、肌的收缩速度明显增加。从心脏作功的角度看，适当的后负荷虽然增加了心肌的张力，但也增加了心肌的收缩速度，结果使心肌能够完成作功任务。因此在其他因素不变的情况下，缺乏后负荷时不利于心肌的作功，反而适宜的心肌后负荷将有利于心肌的作功。在心脏射血过程中，心室克服血液流动前方的阻力包括主动脉内平均压力（由动脉血管的口径和管壁的顺应性、血液粘滞度决定）、周围血管阻力（由小动脉血管平滑肌收缩性决定）以及心室肌壁在射血期的张力几个方面。因此心脏后负荷实际上是由以下一些影响因素决定的。1 动脉管径和动脉壁顺应性的变化 动脉血管径越粗动脉压越低；动脉壁顺应性差，如动脉粥样硬化时顺应性差，结果动脉压升高，心脏后负荷

30、明显增加。2 血液粘滞性 血液粘滞性大，血管动脉压高，如 DIC 病人，导致心脏后负荷升高。3 小动脉床横截面的开放程度 小动脉血管平滑肌收缩性越低，小动脉床横截面开放程度增加，能降低平均动脉血压，结果心脏后负荷降低，如扩血管药能降低心脏后负荷并改善心肌血液输出量。4 心室肌壁在射血期的张力 心室肌壁张力的增加限制了心肌的射血能力，如冠状动脉粥样硬化和心肌长期严重缺血时易形成心肌斑痕组织的硬化，相应降低心肌壁顺应性和增加心肌肌壁张力。心脏后负荷的存在使得心肌射血必须首先要克服血液流动前方的动脉压力，因此后负荷也称为压力负荷。当心脏后负荷在一定范围内增加时，可通过神经体液因素的调节代偿作用使心脏

31、后负荷回复至正常。但是如果引起心脏后负荷的原因不消除而引起心脏长期失代偿时会导致心脏出现向心性肥大，即心室壁厚度的增加，这实际是一种结构性代偿作用，因为心室壁的增厚可降低心室肌张力，进而就增加心脏输出的能力。近代分子生物学研究认为心脏向心性肥大发生的机制是在后负荷的存在下心室收缩时产生的持续性室壁张力可刺激心肌蛋白质的合成，从而使心肌肌小节出现并联性增殖，心肌纤维增粗和心室壁增厚。但是若引起心脏后负荷的原因不消除，心肌室壁还会继续增厚，心室容量并不会明显扩大，结果后负荷在持续多年后终因无力代偿而导致心力衰竭的发生。临床上评价后负荷的指标主要是主动脉压。患主动脉瓣狭窄和主动脉狭窄、高血压、8DI

32、C、肾性水肿的病人容易形成急性左心室后负荷增加，而患肺动脉高压、肺水肿、严重性肺炎、肺动脉狭窄等病人易形成急性右心室后负荷增加。急性心力衰竭且后负荷增加时，主动脉血压的升高可直接使心输出减少，进而导致动脉血压的急剧降低，甚至可发生主动脉血压低下的心源性休克；而慢性充血性心力衰竭时，机体可通过窦弓反射使外周小动脉收缩、心率加快和增加血量等方式，使动脉血压恢复到正常水平，显然在有后负荷的存在情况下主动脉血压值有可能是正常的，因此主动脉血压值不适宜评价慢性充血性心肌后负荷大小，而只宜采用平均动脉压。第四节 心肌收缩原理及其对心输出量的影响心肌组织的体外培养实验表明，在培养液中加入去甲肾上腺素时可增加

33、心肌的收缩力，而加入乙酰胆碱时则降低心肌的收缩力；大鼠在体实验研究也表明加入去甲肾上腺素时可增加心输出量，而加入乙酰胆碱时则降低心输出量，可见体内体外实验研究均表明神经因素可调节心肌的收缩力，这种由化学因素调节心肌收缩力的现象称为心肌的自身等长调节作用。心肌的自身等长调节具有不增加心脏舒张末期容积但可成倍增加心肌的输出量，参与心肌自身等长调节的化学因素包括钙离子、咖啡因、肾上腺素、缺血缺氧、酸中毒、能源物质的供应以及强心甙等药物。心肌收缩力的调节是影响心输出量最本质的一种调节方式，因此心肌的自身等长调节具有重要的生理意义。人们在进行强体力劳动时，由于应激作用通过神经调节作用使体内肾上腺素水平升

34、高，后者一方面使心率明显增加，另一方面又可通过增强心肌收缩力使心肌输出量增加。进行心肌自身等长调节的基本条件是冠状动脉对心肌有足够的供血，通过冠状动脉供血为心肌提供能源、氧和其他营养物质，这些物质是心肌存在和发挥收缩舒张功能的物质保证。临床上冠状动脉狭窄或冠状动脉梗塞必然导致心输出量的降低，因此缺血性心脏病也可使心输出量降低。一、心肌收缩原理在心肌细胞中执行心肌收缩功能的分子基础是组成心肌粗、细肌丝的心肌蛋白。粗肌丝的主要成分是肌球蛋白（myosin），分子量约 50 万，全长 1500，分子一端为杆状的尾部，另一端为粗大的头 部（S1 ），二者之间是能弯曲的颈部（S2 ）。头部有 ATP 酶

35、的活性中心，它在肌动蛋白和肌球蛋白之间的横桥形成和粗细肌丝之间的相对滑行中起着十分重要的功能作用。细肌丝的主要成分是肌动蛋白（actin），分子量 47000，分子呈球状，串联成双链螺旋状的细肌丝纤维。在细肌丝双链螺旋之间的沟槽内，杆状的向肌球蛋白（tropomyosin）和肌动蛋白卷曲在一起，在细肌丝双链螺旋上每距 365 处有一肌钙蛋白分子（troponin）。向肌球蛋白和肌钙蛋白是细肌丝的调节蛋白，它们本身不起收缩作用，但能调节细肌丝上肌动蛋白与粗肌丝上肌球蛋白的联结而使心肌纤维发生收缩。其中向肌球蛋白通过遮蔽和暴露存在于细肌丝上能与粗肌丝肌球蛋白头部结合的位点发挥作用；肌钙蛋白由三个亚

36、单位组成，即向肌球蛋白亚单位（tropotroponin,TnT），抑制亚单位（inhibitor troponin,TnI），钙结合亚单位（calcium combining troponin,TnC），它们共同参与心肌的兴奋一收缩偶联过程。心肌收缩与舒张本是一种自律生物性活动，但可9受神经体液的调节，其中 Ca2+在心肌收缩过程中起着联系神经兴奋与肌肉收缩的重要作用。研究认为神经发放冲动时可导致心肌除极化作用，Ca2+从细胞外转移到心肌细胞的胞浆，同时部分 Ca2+从肌质网中同时也释放进入细胞浆中，因此胞浆内浓度 Ca2+浓度迅速升高（可由 10-3 升至 10-5M）。此时细肌丝上肌钙蛋

37、白 TnC 单位随即迅速与 Ca2+结合，相继促使 TnC 单位和 TnI 单位构型发生变化，其结果使 TnI 从肌动蛋白相对移开，然后通过 TnT继续影响向肌球蛋白在空间的位置，使向肌球蛋白旋转到细肌丝上肌动蛋白两条螺旋状链的深沟中，从而使肌动蛋白的受点暴露而与粗肌丝上肌球蛋白的头部相接触，形成横桥。S1的 ATP 酶随即作用于细胞内 ATP 而释放能量，肌动球蛋白（actomyosin）乃发生收缩。心肌收缩后，由于 Ca2+又重新在钙泵的作用下回复到细胞外或进入细胞肌质网中，细胞胞浆内 Ca2+浓度降至 10-3M。此时肌钙蛋白 TnC 单位和 TnI 单位构型恢复原状，尔后 TnI 单位

38、又与肌动蛋白重新结合，进而通过 TnT 单位使向肌球蛋白从肌动蛋白的深沟中转移出来，从而恢复粗、细肌丝原来的位置，细肌丝肌动蛋白上的受点重新被掩盖，肌动球蛋白解离为肌动蛋白和肌球蛋白，解除横桥联系，最后心肌乃发生舒张作用（图 4）。二、介心肌收缩过程对心输出的影响改善心肌收缩性能是增加心肌输出量（每博输出量）最根本的途径，当然增加幅度和增加速度并不是无限制的。从心肌收缩的过程可以看出心肌收缩力取决于心肌结构和机能的完整性（包括心肌的超微结构和心肌的能量与钙离子代谢的完整性），冠脉供血供氧状况、心肌内和血液中神经激素水平以及药物强心甙、胰岛素等因素的影响。心肌细胞膜上具有肾上腺素能受体、胆碱能受

39、体等，还有各种离子通道，因此血液中神经体液激素与离子浓度的变化可直接改善心肌细胞的收缩性能，例如酸中毒可导致血液中钾离子浓度的改变，结果使心肌收缩力大大降低；此外，心肌细胞中 Ca2+的转运与 ATP 能量的运用状况直接影响着粗细肌丝间的滑行收缩。总之影响心肌收缩能力的因素有：粗细肌丝的结构、心肌细胞内 ATP 酶的利用（能量的生成、利用和释放）、肌质网对 Ca2+的摄取与释放、心肌细胞接受外界神经冲动和激素刺激的作用强度以及冠状动脉血流供应状况。临床上弥漫性心肌病（如退行性心肌病或严重的心肌炎）、心肌肥大、维生素缺乏、严重性贫血、酸中毒和高钾血症、心肌梗塞和缺血与心肌缺血性再损伤以及交感神经

40、兴奋的异常变化等均可改变心肌的收缩能力。评价心肌收缩力的指标包括：在离体心肌实验中，单位时间内心肌张力或初长度增加变化越大，心肌收缩力越强，显然与心肌本身前后负荷大小无关，因此心肌张力变化速率、初长度变化速率是评价心肌收缩力较好的指标；在完整心室评价中，可按时程分为等容收缩相、收缩射血相和收缩时间间期三类评价指标，等容收缩期内心室压变化速率（dp/dt max 值）、等容收缩期心肌纤维缩短成分的缩短速度（Vce）、射血相心室容积变化速率（dV/dt max 值）、射血相心室直径变化速率（dD/dt max 值）以及总电-机械收缩期时间（QS2）和左室射血时间（LVET）等，尽管这些指标测定较为

41、困难，但是受心肌前、后负荷的影响较小，因此能较好地反映心肌的收缩力变化情况。第五节 心率、心肌舒缩节律、植物神经活动及心力储备对心输出量的影响10心率与心肌收缩的节律性心输出量取决于博出量和心率的乘积。正常人心率在 40-180 次/分之间，一般而言，心率越高，心输出量就越多。但当心率过快超过 180 次/分以上时，由于相应心动周期中射血时间以及静脉血回心时间降低太快，从而减低了心脏博出量和总的心输出量；同样当心率低于 40 次/分时，单纯博出量的增加是极为有限的，自然心输出量会随心率的减少显著降低。心率的变化主要受植物神经系统通过其神经介质的调节，交感神经活动增强使心率增快，反之副交感神经活

42、动增强使心率降低；同样在体内循环系统中肾上腺素、去甲肾上腺素、心钠素、前列腺素等以及某些药物均会改变心率水平，此外体温升高也能增加心率，每升高 1心率可加快 12-18 次。心率是反映单位时间内心脏收缩与舒张节律性变化快慢的重要指标。心房和心室不停地进行协调而有秩序的收缩与舒张过程是实现心脏射血、推动血液循环的必要条件，因此引起心脏节律性的收缩势必影响心脏的输出量。心脏细胞是一种可兴奋性组织，由执行收缩功能的工作细胞（心房与心室肌细胞）、具有产生兴奋性作用的自律细胞（窦房结 P 细胞和浦肯野细胞）以及主要为完成传导作用的结区传导细胞组成。工作细胞不但具有收缩作用，还具有接受和传导外来兴奋性的作

43、用；自律细胞和传导细胞共同组成特殊的传导系统，它们是心脏内发生和传播兴奋性的重要组织，起着控制心脏节律性活动的作用。正常情况下，由窦房结 P 细胞发出收缩舒张的兴奋一方面直接传播到心房肌，另一方面通过心房内传导组织（结间束和房间束）传播到整个心房，如通过三条结间束将窦房结的兴奋性传到房室交界处和房间束继续将兴奋由右心房传到左心房，然后经过房室束和左、右束支向下传到浦肯野纤维网，引起心室肌兴奋，通过心室肌将兴奋由内膜侧向外膜侧心室肌扩布，最后引起整个心室发生兴奋。心脏兴奋信号的同步化是通过特殊传导组织中各自在传导速度上的不同、房室间的延搁机制和心肌工作细胞之间的特殊闰盘结构使心脏房室心肌的收缩和

44、舒张实现的。处于静息电位状态下的心肌工作细胞在接受兴奋信号后，刺激心肌细胞产生一次动作电位。动作电位分为 5 期（图 5），当心肌细胞动作电位处于其中的复极 2 期时，钙离子的大量内流使肌钙蛋白 TnC 单位和 TnI 单位发生构型变化并推动着心肌细胞收缩过程的进行。由此可见，这种节律性活动的各个环节中实际包括了节律性快慢、启动兴奋发生的部位、兴奋传导的速度和协调性等一旦出现问题，即发生心律不齐均可导致心输出量的改变。例如，窦房结兴奋性的变化直接影响心率的高低，如交感神经兴奋性变化时可使窦性心率加快、减慢、不规则或停搏；窦性心律传导发生阻滞时可使心率成倍地增加或减慢，进而改变心肌的输出量，严重

45、时可出现传导折返结果心脏运动的协调性下降；临床上常见的一种心律不齐是出现窦性心律以外的异位兴奋，如室性心动过速可发展为室性纤颤，结果使心肌收缩无效，心输出量急剧下降，并迅速发展成心力衰竭；如发生房性逸搏时，可使心房扑动或颤动，同样影响心肌的心肌的输出量，心房纤颤不如心室纤颤严重但更常见。高血压病或二尖瓣病变时常发生心房纤颤，冠状动脉粥样硬化时常发生室性心动过速，结果心房纤颤可使心房完全丧失收缩力使心输出量降低；房室传导阻滞造成心房室舒缩运动无法协调，心室无法进行正常的收缩，最后心室输出量呈显著性下降。二、心肌舒张与收缩运动的协调性11正常情况下，心脏房室间兴奋性的传播应当协调一致，从而使房室壁

46、肌肉运动协调一致，方能在收缩的心室内形成一个平均一致的喷射向量推动血液向前流动。但是在缺血性心脏病和心肌损害时，可能会出现心肌运动协调性失调，使心室运动发生紊乱。心肌运动协调性紊乱主要表现有以下四种形式：运动功能减弱，结果是心脏泵血量下降；运动功能缺失，结果是心脏缺乏射血能力；运动彼此矛盾，如梗塞缺血区心肌收缩不匀称，心室肌发生一部分膨出而另一部分陷进呈交替式运动，会降低心脏的有效输出；运动功能不同步，包括心肌舒张收缩秩序紊乱、房室传导缺陷、心室纤颤等均可导致心室射血功能的下降。出现以上不协调的原因可能是电生理性原因如心律传导阻滞发生折返，也可能是心肌组织自身的原因，如心血管硬化时心室壁瘤的形

47、成。三、植物性神经活动对心肌细胞电生理及其心输出量的影响心肌产生兴奋性、传导性及节律性生物现象的最根本原因是由于心肌细胞上存在各种离子通道蛋白，因此当心肌细胞内外这些离子浓度及影响这些离子浓度变化的因素和离子通道蛋白自身的改变均可影响心肌细胞的兴奋性、传导性及节律性。研究发现，支配心脏的植物性神经及其递质对心肌细胞生物电生理特性的影响主要是通过调节细胞膜上离子通道蛋白的通透性而实现的，根据植物性神经种类的不同划分为迷走神经和交感神经。1 迷走神经 迷走神经节后纤维释放的递质是乙酰胆碱，它与心肌细胞膜上胆碱能受体相结合而发挥对心肌的生理作用。现证实乙酰胆碱能够普遍提高膜上钾离子通道的通透性，促进

48、钾离子外流。钾离子外流的增加可影响心肌细胞动作电位过程的许多环节：静息状态下钾离子外流的增加导致静息电位绝对值增大，距阈电位的差距扩大，去极化较为困难，因而心肌兴奋性下降；在心肌复极化过程中钾离子外流增加还可导致复极过程加速，因此动作电位时程及其有效不应期缩短，在心房肌细胞中由于动作电位时程的缩短，动作电位期内进入细胞中的钙离子数量相应减少，心房肌收缩力降低；在窦房结细胞，复极化过程中钾离子外流的增加引起最大复极化电位绝对值增大，另一方面动作电位 4 期钾离子外流也增加，自动去极化速度减慢，这两方面均导致了窦房结自律性的降低；总之迷走神经兴奋时，心肌兴奋性下降，心肌收缩力减弱及窦房结自律性即心

49、率降低，结果心输出量降低，这些作用简称为迷走神经的负性变时、变传导和变力作用。2 心交感神经 心交感神经节后纤维释放的递质是去甲肾上腺素，它与心肌细胞膜上型肾上腺素受体相结合，从而改变钾离子、钙离子等离子通道的通透性，生理作用可归纳为以下几个方面：（1）提高心肌细胞的自律性提高心肌细胞的自律性 去甲肾上腺素作用于窦房结慢反应细胞上钙离子慢通道使其通透性增高，因此动作电位 4 期钙离子背景电流迅速增加，因而自动去极化速度加快，结果窦性心率相应增快；同时去甲肾上腺素作用于浦肯野细胞快反应细胞，增加 4 期 K2离子通道通透性的衰减速度，使 4 期钾离子外流速度呈进行性递减，结果快反应细胞自动去极化的速度加快，结果浦肯野细胞快反应细胞自律性增加，甚至出现窦性以外的心室异位起搏点。（2）房室交界区兴奋性传导加快房室交界区兴奋性传导加快 去甲肾上腺素可作用于窦房结慢反应细胞，提高其 0 期钙离子的内流速度，动作电位去极化幅度和速度增加，特别是左12侧神经兴奋时，使房室交界区兴奋性传导加快。（3）心肌细胞不应期的缩短心肌细胞不应期的缩短 去甲肾上腺素能使复极相 2 期钾离子外流增快，缩短了不应期时程，结果复极化过程加快。（4）增增加心肌收缩力加心肌收缩力 去甲肾上腺素作用于心房、心室肌细胞