第一节　心脏生理

第一节　心脏生理

一、心脏的泵血功能

（一）心动周期和心率

1.心脏每收缩和舒张一次称为一个心动周期。其长短等于60/心率（秒）。心动周期的特点是：房室不同时收缩，心室收缩紧跟在心房收缩完毕后进行；有全心舒张期；舒张期长于收缩期。

2.心率：心脏每分钟跳动的次数。正常成人安静时的心率为 60～100次/分，平均75次/分。

3.心动周期和心率呈反比关系，心率变化对心舒期的影响比心缩期的影响程度大。

（二）心脏的泵血过程

心室收缩与射血过程：当心室肌收缩使室内压升高超过房内压时房室瓣关闭，但低于动脉压使动脉瓣处于关闭状态，此时心室容积不变室内压迅速增加，这一时期即等容收缩期。随着心室肌进一步收缩，室内压继续升高，超过动脉压，动脉瓣开放，进入快速射血期和减慢射血期，在快速射血期内室内压和动脉压均达到最高值。随后心室肌舒张，室内压下降，动脉瓣关闭，而室内压仍高于房内压致房室瓣关闭，进入等容舒张期，此期心室容积几乎不变而室内压迅速下降。随着心室肌的进一步舒张，室内压继续下降，当室内压低于房内压时房室瓣开放，血液从心房进入心室，进入快速充盈期和减慢充盈期。在减慢充盈期的晚期，由于心房肌收缩致房内压升高超过室内压，可将一部分血液挤向心室，占心室充盈的30%。

因此，在一个心动周期中，室内压变化最快的时期是等容收缩期和等容舒张期；室内压最高与最低时期分别为快速射血期和快速充盈期。心室射血的动力是心室肌收缩，而心室充盈是由于心室肌舒张与心房肌收缩。

二、心脏泵功能的评价

（一）评价指标

1.每搏输出量：一侧心室每次收缩所射出的血量称为每搏输出量或每搏量，等于舒张末期容积-收缩末期容积，成人一般为70mL。

2.每分输出量：指一侧心室每分钟射出的血量，常称为心输出量，是衡量心脏泵血功能最基本的指标。等于每搏量×心率，成人一般为5L/min。在运动、激动、妊娠时心输出量增加，女性比同体重的男性低10%。

3.心指数：每平方米体表面积的心输出量称为心指数，可用于比较不同个体心脏的泵血功能。在运动、激动、妊娠时心指数将增大，故应用静息状态即静息心指数来比较。成人静息心指数为3.0～3.5L/（min·m2）。

4.射血分数：每搏量占心室舒张末期容积的百分比称为射血分数，正常值为55%～65%。该指标考虑了心室舒张末期容积的变化，能较早地反映心功能的异常。

5.搏功：心脏一次收缩所做的功称为每搏功，即搏功（stroke work）。心脏每分钟所做的功则称为每分功。

6.心力贮备：心输出量随代谢需要而增加的能力称为心力贮备。包括心率贮备、收缩期贮备与舒张期贮备，其中以心率贮备和收缩期贮备的贮备能力最强。心力贮备是反映心脏健康程度的重要指标。

一般来说，以上5项指标值越大，心脏的泵血功能越好。

（二）心脏泵功能的调节

衡量心功能的最基本指标是心输出量（=心率×每搏量），凡是能影响每搏量和心率的因素都能影响心脏的泵血功能。

1.每搏输出量的调节：由于心肌细胞之间存在低电阻的闰盘，故心房肌或心室肌收缩是“全或无”的。因此，每搏量决定于单个心肌收缩的强度与速度，其影响因素如下。

（1）前负荷：即心室舒张末期容积或心室舒张末期压力（又名充盈压）。以心室舒张末期容积或压力为横坐标、搏功为纵坐标所表达的关系曲线，称为心功能曲线（Starling曲线），包括：①充盈压在 12～15mmHg（16～20cmH2O，1mmHg=0.133kPa，下同）范围内，心肌粗、细肌丝重叠最好，所产生的收缩最强，此时的前负荷称为最适前负荷；②一般正常人的心室充盈压为5～6mmHg（6.8～8.2cmH2O），即在心功能曲线的升支段工作，此时随着前负荷增加，粗、细肌丝的有效重叠增加，心肌收缩加强，每搏量增加，这种调节也称为异长自身调节，可对搏出量进行精细调节；③充盈压在15～20mmHg（20～27cmH2O），曲线渐趋平坦，无明显降支。这是因为心肌的静息张力很大，避免了肌小节的过度延伸。

（2）后负荷：即动脉血压。在其他因素不变的情况下，后负荷越大，心室等容收缩期延长，使射血期缩短；同时心肌收缩所产生的能量用于升高室内压的部分增加，致射血速度降低，因此每搏量减少。实际上在整体情况下由于每搏量减少致心室舒张末期容积增大，又可通过异常自身调节增加搏出量，使动脉血压在70～180mmHg，范围内心输出量保持相对稳定。

（3）心肌收缩能力：指与前、后负荷无关的心肌本身的内在收缩特性。受活化的横桥数、横桥循环中各步骤的速率及横桥ATP酶活性等因素的影响。心肌收缩能力可因运动、肾上腺素和甲状腺激素增强等增强，而因ACH及酸中毒等降低。

2.心率调节：心率在低于160～180次/分时，心输出量与心率呈正比。当心率超过 180次/分时，由于心脏消耗能量过多以及心动周期过短致快速充盈期缩短，每搏量太小使心输出量降低。

三、心肌细胞生物电现象

（一）心室肌细胞的跨膜电位

1.心室肌细胞的静息电位为-90mV，主要是钾通道开放所致。

2.心室肌细胞的动作电位分为5期。

0期去极（膜内电位-90mV～+30mV）：具有速度快（1000V/s）、幅度大（120mV）、时间短（1～2毫秒）的特点，由快Na+通道开放、Na+内流所致。

1期复极（膜内电位0mV～+30mV）：也称快速复极期，由一过性的K+外流引起（Ito）。

2期（膜内电位在0mV左右）：持续时间为100～150毫秒，也称平台期。平台期的存在是心室肌细胞与神经细胞、骨骼肌细胞动作电位的最大区别，也是心室肌细胞动作电位持续时间长的主要原因。该期的形成机制是K+外流与Ca2+内流以及少量的Na+内流所负载的电荷相等。

3期（膜内电位-90mV～0mV）：K+外流所致。

4期（膜电位稳定在-90mV）：该期通过Na+泵的运转将内流的Na+泵出，外流的K+摄回；同时Na+顺浓差内流提供能量将Ca2+逆浓差转运出细胞，恢复膜两侧的离子平衡。

（二）窦房结细胞的生物电

0期去极（膜内电位-70mV～0mV）：具有幅度小（70mV）、速度慢、无超射的特点，由Ca2+内流引起。

复极过程无明显的平台期，1、2、3期融合，由K+外流引起。

4期有自动去极化，与衰减的K+外流、If电流、Na+-Ca2+交换电流及Ca2+内流有关，其中最主要的是衰减的K+外流。在所有的心肌细胞中，以窦房结细胞的4期自动去极化速度最快。(https://www.daowen.com)

因此，根据0期去极的速度可将心肌细胞分为快反应细胞与慢反应细胞；根据4期有无自动去极化可分为自律细胞与非自律细胞。如心室肌细胞为快反应非自律细胞，窦房结细胞为慢反应自律细胞。

四、心肌的生理特性

（一）自律性

指在未受外来刺激的情况下，细胞自动产生节律性的兴奋。特殊心肌细胞几乎均具有自律性，其中以窦房结的自律性最高，因此，窦房结成为心脏的正常起搏点。由窦房结起搏的心律称为窦性心律。心脏其他的自律细胞则称为潜在起搏点（异位起搏点），所引起的心脏活动称为异位心律。

影响自律性的因素有4期自动去极化速度、最大复极电位水平和阈电位水平，其中以4期自动去极化速度最重要。

（二）兴奋性

1.分期：由于Na+通道在兴奋过程中将分别经过备用、激活、失活，再回到备用状态，因此心肌细胞在产生动作电位之后，其兴奋性将发生周期性的变化。

有效不应期：从0期去极到复极的-55mV，这一时期为绝对不应期，Na+通道处于失活状态，兴奋性为 0。从复极的-55mV到复极的-60mV，在这一段时间内给予阈上刺激可产生局部反应，但不能产生动作电位。因此从 0期去极到复极的-60mV这段时期内 Na+通道基本处于失活状态，心肌不能再次产生动作电位，这一时期称为有效不应期。

相对不应期：从复极的-60mV到复极的-80mV，这一时期称为相对不应期，此时Na+通道部分复活，给予阈上刺激可再次引起动作电位，但兴奋性低于正常。

超常期：从复极的-80mV到复极的-90mV称为超常期，由于膜电位离阈电位较近，且Na+通道已基本复活，故兴奋性高于正常。

2.影响因素：静息电位水平、阈电位水平以及Na+通道的性状。

3.心肌兴奋性的特点及意义：有效不应期特别长，相当于心肌收缩的整个收缩期及舒张早期，因此心肌不会像骨骼肌那样产生强直收缩。

（三）传导性

1.心脏内兴奋传播的途径及特点：兴奋在心脏内的传播途径是窦房结→心房肌（优势通道）→房室交界→房室束及左、右束支→浦肯野纤维→心室肌。其中传导速度最慢的部位是房室交界，这种现象也称为房室延搁，它的生理意义是保证房室不同时收缩，心室收缩紧跟在心房收缩完毕后进行。传导最快的是浦肯野纤维，其生理意义是保证左、右心室几乎同时兴奋、同时收缩。此外，保证左、右心室几乎同时兴奋的次要原因是心肌细胞间低电阻的闰盘联系。

2.影响传导性的因素

（1）心肌细胞的直径：细胞越大，电阻越小，传导越快，如浦肯野细胞的直径最大，达70μm，故传导速度最快；而房室交界的结区细胞仅3μm，传导速度最慢。

（2）动作电位0期去极速度与幅度：与传导速度呈正比。

（3）邻近未兴奋细胞的兴奋性：与传导速度呈正比。

（四）收缩性

心肌收缩的特点有“全或无”式收缩，不产生强直收缩，对细胞外液中Ca2+依赖程度大。

五、心音与心电图

（一）心音

1.概念：在一个心动周期中，心肌的舒缩、瓣膜的启闭、血液流速的改变和血流冲击心血管壁的作用及形成的涡流等因素引起的机械振动，通过心脏周围组织传递到胸壁，用听诊器在胸壁上一定部位所听到的与心动周期同步的声音称为心音。在一个心动周期中有4个心音，分别称为第一、第二、第三和第四心音。临床上使用听诊器一般只能听到第一心音和第二心音。

2.心音听诊的意义：判断瓣膜的功能状态、心律、心率。

3.第一心音与第二心音比较：见表5-1。

（二）体表心电图

心脏每次兴奋都是由窦房结产生并依次传向心房及心室，其生物电发生变化（有去极和复极），通过心脏周围组织（是一个容积导体）传至全身，用引导电极置于体表的一定部位能记录出心脏电变化的图形。

心电图（ECG）：指在一个心动周围中记录的心脏综合电变化的图形。它反映心脏兴奋的产生、传播、恢复的电位变化，发生于心脏机械收缩之前，与心脏的机械活动并无直接关系。它可作为临床常规检查指标，可用于了解整体心脏功能情况的客观指标，是心电向量的综合电变化。

正常心电图由P波、QRS波群、T波、U波以及各波间代表时间的线段P-R间期、Q-T间期、S-T段组成。

（1）P波：反映左、右两心房去极化过程的电位变化。

（2）P-R间期：反映从心房开始兴奋到心室开始兴奋所需要的时间。

（3）QRS波群：反映左、右两心室去极化过程的电位变化。

（4）S-T段：反映心室肌细胞全部兴奋，心室各部分之间没有电位差。

（5）T波：反映左、右两心室复极化过程的电位变化。

（6）Q-T间期：反映从心室开始兴奋去极化到完全复极化所需要的时间。