心输出量及其变化
(一)心输出量和心指数
一侧心室每分钟泵入动脉的血量称为每分输出量,简称心输出量(cardiac output)。心输出量等于搏出量与心率的乘积。一侧心室一次收缩时泵入动脉的血量称为每搏量,简称搏出量(stroke volume),通常为60~80ml。每分钟的心搏动次数称为心率(heart rate)。安静状态下,正常成人的心率为60~100/min。心输出量是搏出量与心率之乘积,通常为5~6L/min。
心室收缩时并不能将其内的血液全部射入动脉。正常成人在安静状态下,心室舒张末期的容积为125~130ml,搏出量为60~80ml,可见射血完毕时心室内尚有一定量的余血。搏出量占心室舒张末期容积的百分比称为射血分数(ejection fraction),健康成年人的射血分数为55%~65%。心室肌收缩力增强时,射血分数增大。当心室出现病理性扩大,心功能减退时,由于心室舒张末期容积增加,搏出量可不减少,但射血分数明显下降。所以用射血分数作为评价心功能的指标更为全面。
身材不同的个体,维持正常新陈代谢所需的心输出量是不同的,故单纯用心输出量来衡量不同个体的心功能显然是不全面的,应该同时考虑身材大小的因素。研究表明,心输出量与体表面积(m2)成正比关系。我国中等身材的成人,体表面积为1.6~1.7m2。在安静和空腹的状态下,以每平方米体表面积计算的心输出量[L/(min·m2)]称为心指数(cardiac index)。当心输出量为4.5~6.0L/min时,心指数为3.0~3.5L/(min·m2),称为静息心指数。心指数随不同的生理条件而变化。10岁左右的儿童,静息心指数最大,可达4L/(min·m2)或以上;随年龄增加逐渐下降,到80岁时,静息心指数可降到2L/(min·m2)。
(二)心输出量的变化
成年女性比同体重男性心输出量约低10%,青年人的心输出量高于老年人。情绪激动时心输出量可增加50%~100%,重体力劳动或剧烈运动时,心输出量可比安静时提高5~7倍。妊娠、进食等情况下,心输出量增加。在睡眠状态下,整体代谢活动减弱,心输出量减少。同一个体在不同功能状态下,心输出量和心指数可发生显著变化。心脏功能衰竭时,心输出量减少、心指数减小。
(三)两心室输出量平衡的机制
正常心脏,左心室的室壁厚大约是右心室的2倍,重量是右心室的3倍。右心室收缩泵血并推动肺循环的血流,左心室则推动体循环的血流,单位时间左心室的做功量是右心室的6倍。虽然两心室在结构和功能上存在上述的差异,但心输出量却是基本相同的。
正常机体主要通过以下三种机制实现两心室输出量的平衡。(https://www.daowen.com)
1.串联性相互作用 在体状态下,左、右心室呈串联连接。如左心室搏出量增多,经静脉回流入右心室的血量增多,右心室舒张末期容积和压力增加,心肌纤维初长度增加,收缩力增强,搏出量亦相应增多。
2.两心室间相互作用 两心室呈平行排列,其间由室间隔分开。因此,一心室腔的容量或压力变化必然会通过室间隔位置和形状的改变而导致另一心室腔的压力、容积、形状和功能的变化。实验证明,在左心室容量和充盈压增加时,可使右心室收缩压升高,且升高的程度与室间隔右移的程度呈正相关。两心室间相互作用的大小还依赖于室间隔的弹性。在心室间隔肥厚导致其顺应性降低的情况下,两心室间直接的相互作用减弱。正常心脏,两心室的收缩和舒张过程的高度同步化,促进了两心室功能的协调发展,亦有利于两心室的输出平衡。
3.心包对心室间相互作用的影响 心包是几乎不具弹性的纤维组织囊。心包对舒张期末的心室间相互作用影响较大,对收缩期末的心室间相互影响则较小。心包主要调节左、右心室间的相互作用,有助于两心室的输出量保持平衡。
心外因素如胸腔压力、肺脏扩张、膈肌运动以及腹腔内压力等因素的改变,都可通过上述三种机制影响两心室间输出量的平衡。
(四)心力储备
心输出量随人体代谢需要而提高的能力称为心力储备(cardiac reserve)。正常成年人安静时心输出量约为5L/min,剧烈运动时可提高到25~35L/min,表明健康人的心脏具有相当大的储备力量。心力储备来自心率变化和搏出量变化两个方面。
1.心率储备 充分动用心率储备可使心输出量增加2~2.5倍。健康成人安静时的心率平均为75/min。训练有素的运动员,在剧烈活动时可增快至160~180/min。此时心率增快,尽管心室的舒张期缩短,但因静脉回流速度和心室充盈速度增快,心室舒张末期容积不致明显减少,加之心肌收缩力增强,搏出量增多,故心输出量增多。
2.搏出量储备 同安静状态比较,心室收缩时射血量增加,称为收缩期储备;舒张期充盈血量增加,称为舒张期储备。正常成人安静时的心室舒张末期容积为125ml,搏出量约为70ml,心室射血期末,心室内余血约55ml。由于心室不能过分扩大,在剧烈活动时心室舒张末期容积只能增加到140~160ml。当心室做最大程度收缩时,心室内余血量减少到不足20ml。因此,充分动用收缩期储备,可使搏出量增加50~70ml。
心力储备在很大程度上反映心脏的功能状况。经常进行体育锻炼的人,其心肌内糖原分解代谢酶的活性、ATP酶活性增强,肌凝蛋白和肌动蛋白间相互作用的速度加快,心力储备增加,心射血能力增强,如运动员的心输出量可增大到安静时的7~8倍。缺乏锻炼的人,在安静状态下的心输出量能满足代谢的需要,但因心力储备较小,一旦进行剧烈运动,心输出量就不能满足整体代谢的需要而表现为缺血和缺氧。所以,坚持运动,既可增强体质,又可增加心的储备能力。