生理学教材第四章血液循环Word文档下载推荐.docx

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动脉血压是血液在动脉内流动时对单位面积动脉管壁所产生的侧压力,可分为收缩压和舒张压。

凡参与形成动脉血压的因素，都可以影响动脉血压。

每个心动周期中，动脉内压力发生周期性的波动，引起动脉血管发生搏动，称为动脉脉搏。

静脉又称容量血管，起着血液贮存库的作用。

通常将右心房和胸腔内大静脉血压称为中心静脉压，由于其数值可以反映回心血量和心脏的射血功能，故在临床上常作为控制补液量和补液速度的指标。

微循环是指微动脉和微静脉之间的血液循环。

其基本功能就是进行血液和组织间的物质交换。

物质交换的三种方式是：

扩散、滤过和重吸收、吞饮。

存在于组织、组织间隙内的液体称为组织液。

组织液滤过和重吸收的相对趋势通常以有效滤过压的大小来衡量。

淋巴系统是组织液回流入血的一条重要途径。

淋巴回流的生理功能是将组织液中的蛋白质分子带回至血液中，并具有免疫和防御功能。

不同的生理状况下，各组织器官的新陈代谢情况不同，对血流量的需要也就不同。

机体通过神经和体液调节机制，改变心肌收缩能力和心率以调节心输出量，改变阻力血管和容量血管的口径以调节外周阻力和循环血量，同时结合局部血流量的自身调节，从而协调地进行各器官组织间的血量分配。

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，其中较为重要的是颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射，在对动脉血压进行快速调节的过程中起重要作用。

体液因素包括肾素－血管紧张素系统、肾上腺素和去甲肾上腺素、血管升压素等，可调节全身或局部组织的血流量。

由于各器官的结构和功能各不相同，器官内部的血管分布又多有特征。

因此其血流量的调节有其自身的特点。

在本章的最后，对心、肺、脑几个主要器官的血液循环特征进行了简要介绍，同时对其血流量的调节进行了一般分析。

心脏和血管作为血液循环的管道，亦具有一定的内分泌功能。

如由心房、心室、血管内皮细胞分泌的钠尿肽在维持体内水盐平衡、血压稳定和心血管、肾脏功能调节方面有重要作用。

血管内皮细胞可合成和释放舒血管物质如一氧化氮、前列腺素等，同时合成和释放缩血管物质如内皮素等。

这些物质对调节血液循环、维持内环境稳定和生命活动的正常进行具有十分重要的意义。

循环系统由心脏和血管组成。

血液在心血管腔内循环流动，形成血液循环。

推动血液流动的动力是心脏的节律性收缩射血，血液沿动脉分布到全身，在毛细血管，血液和周围组织进行物质和气体交换，然后沿静脉回流到心脏，形成周而复始的循环。

血液循环的主要功能是运输，运送营养物质和氧到全身，运送代谢产物到排泄器官，保证机体新陈代谢的不断进行和内环境理化特性的相对稳定；

运送内分泌激素、白细胞和其他生物活性物质到相应的靶细胞，实现体液调节和血液的免疫、防卫功能。

心脏和血管还具有内分泌功能。

由心房、心室、血管内皮细胞分泌的钠尿肽在维持体内水盐平衡、血压稳定和心血管、肾脏功能的调节方面有重要作用。

由血管内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞产生的内皮素具有强烈的的血管收缩作用，对血管舒缩和心脏活动有广泛影响，也和多种心血管疾病的发生有关。

本章主要讨论心脏和血管在血液循环中的功能及其调节。

第一节心脏的生物电活动

（Theelectricalactivityofheart）

心脏（heart）的主要功能是泵血，舒张时静脉血液回流入心脏，收缩时心室将血液射出到动脉。

心脏的节律性收缩舒张是由于心肌细胞的自发性节律兴奋引起的。

胚胎早期的心脏发育过程中，在收缩成份尚未出现前，已经呈现出自发节律（自律）的电活动。

发育成熟后正常的心房心室有序的节律性收缩舒张，是由从窦房结（sinoatrialnode,SAN发出的自律性兴奋引起的。

因此，为了说明心脏

自律性兴奋、收缩的发生原理，必须先了解心肌细胞的生物电活动规律。

心肌细胞（cardiacmyocyte）分为两类：

一类是构成心房和心室壁的普通心肌细胞,细胞内含有排列有序的丰富肌原纤维,具有兴奋性（excitability）、传导性（conductivity）和收缩性（contractility）,执行收缩功能,称为工作心肌（workingcardiacmuscle）；

另一类是具有自动节律性（autorhythmicity）或起搏功能（pacemaker）的心肌细胞,在没有外来刺激的条件下,会自发地发出节律性兴奋冲动,它们也具有兴奋性和传导性,但是细胞内肌原纤维稀少且排列不规则,故收缩性很弱,这类细胞的主要功能是产生和传播兴奋,控制心脏活动的节律。

这一类细胞包括窦房结、房室交界区、房室束、左右束支和浦肯野纤维（Purkinjefiber）,其自律性高低依次递减,合称为心脏的特殊传导系统。

正常心脏的自律性兴奋由窦房结发出,传播到右、左心房,然后经房室交界区、房室束、浦肯野纤维传播到左、右心室,引起心房、心室先后有序的节律性收缩。

这样,两类心肌细胞各司其职,相互配合,共同完成心脏的有效的泵血功能。

一、心肌细胞的电活动

（Theelectricalactivityofcardiacmyocytes）

心肌细胞膜内外存在着电位差，称为跨膜电位（transmembranepotential）。

工作心肌在安静状态时细胞膜外为正，膜内为负，处于极化状态，膜内外的电位差值称为静息电位。

特殊传导系统的心肌细胞，因为有自律活动（自动去极），不会有静息状态，只能用其最大极化状态时的膜电位值来代表，称为最大舒张电位。

当心肌细胞兴奋时，产生一个可以扩播的电位变化，称为动作电位。

动作电位包括去极化和复极化两个过程。

心脏各部分心肌细胞的动作电位形态各异，图4-1是一个概略的示意图。

心肌细胞的跨膜电位是由于离子流跨越细胞膜流动而形成的。

在电生理学中，正离子由细胞膜外向膜内流动或负离子由膜内向膜外流动，称为内向电流（inwardcurrent），它增加细胞内的正电荷，促使膜电位去极；

反之，正离子由膜内向膜外流动或负离子由膜外向膜内流动，称为外向电流（outwardcurrent），它增加细胞内的负电荷，促使膜电位复极或超级化（hyperpolarization）。

跨膜离子流（transmembraneioniccurrent）大多经由位于细胞膜上的通道蛋白所形成的孔（pore）跨越细胞膜流动，是一种易化扩散。

推动其流动的动力是细胞膜两侧的离子浓度差，但能否跨膜流动则取决于离子通道的孔是否开放。

离子通道是否开放，有的取决于膜两侧的电位差，称为电压门控通道（voltageoperatedchannel）；

有的取决于细胞内、外的化学成分变化，称为配体门控通道（agonistoperatedchannel）。

离子流跨越细胞膜流动的第二种形式是离子泵（ionicpump）的主动转运，它逆着膜两侧的离子浓度差将离子由膜的低浓度侧转运到高浓度侧，这需要能量，消耗供能物质ATP例如钠-钾泵、钙泵等。

第三种跨膜离子

转运方式是离子交换，例如细胞内外的钠-钙交换（Na+-Ca2+exchange）,它的动力既来自膜内外的离子浓度差，也取决于膜内外的电位差。

（一）静息电位

人和哺乳类动物的心室肌细胞静息电位约为-80〜-90mV其形成原理和骨骼

肌、神经纤维的静息电位相似，主要是钾的电-化学平衡电位。

工作心肌在静息状态下，细胞膜上的内向整流钾通道（inwardrectifierK

channel,IK1通道）处在开放状态，细胞内K+循此外流，形成IK1，而细胞内带负电荷的大分子物质不能伴随外流，形成电-化学平衡，其电位数值可用Nernst公式计算得到的钾平衡电位（EK）来估算。

心肌细胞膜内外的几种主要离子浓度及其平衡电位见表4-1。

表4-1心肌细胞主要离子浓度及其平衡电位离子浓度（mmol/L）内/外浓度比值平衡电位（mV）细胞内液细胞外液Na+101451:

4.6+70

K+140435:

1－94

Ca2+10-421:

20000+132

Cl－91041:

3.5－65

心室肌细胞静息电位的实际测定数值总是低于钾平衡电位，这是由于在静息状态下，细胞膜外Na+顺膜内外浓度差少量漏入细胞内（钠背景电流，Na+

backgroundcurrent），部分地抵消了细胞内负电荷之故。

心房肌细胞膜上存在乙酰胆碱依赖性钾通道（IK-ACh通道）。

它有自发性开放并受迷走神经末梢释放的递质乙酰胆碱（acetylcholine,ACh激活开放，所以心

房肌细胞的静息电位易于变动。

总的看来，工作心肌细胞的静息电位基本上是一个钾平衡电位，但受许多因素的影响（包括钠-钾泵、钠-钙交换）而偏离理论值。

特殊传导系统心肌细胞的最大舒张电位在不同的细胞中数值相差很大。

浦肯野细胞约为-90mV左右，其产生原理和工作心肌细胞静息电位相似。

窦房结细胞最大舒张电位仅为—60mV左右。

这是由于其细胞膜上的IK1通道极为稀少，对K+的通透性（PK）较低，相对地，对Na+的通透性（PNa）显得较高，钠背景电流使细胞内电位的负值较小。

（二）动作电位心脏各部分心肌细胞的动作电位形态各异，幅值和时程不一，它是各部分心肌生理特性不同的电生理基础，保证了心脏的正常起搏、传导以及心房心室协调有序的兴奋、收缩，完成泵血功能。

这也是心电图（electrocardiogram，ECG波形产生的基础。

心肌细胞动作电位的形态不同，说明形成它们的离子流（ioniccurrent）基础不同。

按照心肌细胞动作电位的电生理特性，特别是其去极化速率的不同，可以大致分为两类。

一类是快反应动作电位（fastresponseactionpotential），另一类是慢反应动作电位（slowresponseactionpotential）。

具有快反应动作电位的心肌细胞有工作心肌和浦肯野细胞（包括房室束、束支），窦房结和房室交界区中的结区细胞动作电位属于慢反应动作电位。

以下分别以心室肌细胞和窦房结细胞为例，对比它们的动作电位特征和离子流基础。

1．心室肌细胞动作电位心室肌细胞的动作电位特征是去极化（0期）迅速，复极化过程缓慢，分为1、2、3期。

复极完毕后电位处在静息电位水平（4期）（图4-2）。

（1）去极化过程（0期）：

心室肌细胞受刺激而发生兴奋，膜内电位由—90mV迅速去极化到+30mV形成动作电位的升支。

0期时间短，约1ms去极化速度很快，最大去极化速度（Vmax）达到200〜300V/S。

0期去极化的发生原理主要是细胞外Na+的内流。

细胞受刺激而兴奋时，先有少量钠通道（sodiumchannel）开放，Na+循膜内外浓度差内流，造成膜电位去极化。

当去极化达到钠通道的阈电位（thresholdpotential）水平时（约一70mV，钠通道快速激活（activation）开放，开放的通道数目和开放时间激增，Na+迅速涌入细胞，称为快钠流（INa），造成去极化。

去极化是一个再生性过程，去极化引起Na+内流，Na+内流又进一步加速去极化，不断循环再生。

与此同时，去极化也启动了钠通道的失活过程（inactivation），失活过程使钠通道开放后迅速关闭，到0期去极化到达顶峰时，钠通道已接近完全关闭。

由于钠通道激活快，失活也快，故称为快钠通道。

快钠通道可以被河豚毒（TTX）选择性阻断。

（2）复极化过程：

快反应动作电位的复极过程缓慢复杂，可以分为1、2、3三

个期。

在不同动物（包括人）和同一种动物不同部位的心室肌，复极过程存在着差异。

1）1期（快速复极初期）：

在本期中，膜电位迅速复极。

在人和狗的心外膜下心室肌和室壁中层的细胞（M细胞），膜电位由+30mV快速复极到0mV电位水平。

0期的快速去极和1期的快速复极构成一个尖锋状图形，称为锋（spike）。

心内膜下心室肌1期复极程度较小，不构成锋图形（图4-3）。

1期复极由短暂的瞬时性外向电流（transientoutwardcurrent，Ito）所引起，其主要成份是K+oIto通道在膜电位除极到—30〜—40mV寸激活开放，但迅即失活关闭，故名。

Ito通道可以被钾通道阻滞剂4-氨基吡啶（4-AP）选择性阻断。

2）2期（平台期）：

本期复极缓慢，膜电位停滞在0mV水平，形成平台（plateau），持续约100〜150ms是心室肌动作电位时程长的主要原因。

在心内膜下心室肌，由于1期复极不显著，所以2期呈平台形；

而心室壁中层M细胞和心外膜下心室肌，由于1期复极显著，所以2期成为一个向上隆起的圆顶状。

这些动作电位的形态特征有它们的离子流基础。

平台期的形成涉及多种离子流，主要由于Ca2+（和少量Na+）的内流和K+的外流处于相对平衡状态而形成。

在平台期初期，由于钙流激活内流比较显著，在心外膜下心室肌和室壁中层M细胞形成一个向上的圆顶；

在平台期的过程中，钙内流逐步减弱，而钾外流逐步增强，形成一个微弱的净外向电流，膜电位缓慢地复极而形成平台期的晚期。

在平台期Ca2+的内流通过L型钙通道（Ltypecalciumchannel，ICa-L通道），它在膜电位除极到-40mV水平时激活开放，但它的激活、失活和复活都很慢，故称L型（Ionglasting）0ICa-L通道虽然在动作电位0期激活，但其内流量要到2期才达最大值，随即失活，内流量逐步减少到停止，导致2期结束，3期开始0

在平台期K+的外流主要通过延迟整流钾通道（delayedrectifierKchannel，

IK通道）oIK通道在膜电位除极到—40mV时激活开放，但通道的开放速率缓慢，在2期中K+外流量逐步增加。

Ca2+内流量的逐步减少和K+外流量的逐步增加，使2期形成一个缓慢的复极过程。

当Ca2+内流停止而K+外流显著增加时，动作电位由2期（缓慢复极期）转入3期（快速复极末期）。

在2期中，另一个需要提到的钾通道是内向整流钾通道（IK1通道）。

IK1通道具有内向整流特性，在0期除极中迅速关闭，K+不能按照电位差循IK1通道外流，在平台期IK1电流几乎为零，使膜电位不能迅速复极化。

3）3期（快速复极末期）：

此期内复极过程加速，膜电位由0mV水平快速恢复

到静息电位一90mV完成复极化过程，占时100〜150ms

3期复极加速主要是L型钙通道失活关闭，Ca2+内流停止，而K+外流又进行性增加所致。

在3期之初，主要是IK外流，而当膜电位复极到—60mV左右，IK1通道又被激活，K+也可以循IK1通道外流，加速并最终完成复极化过程。

在3

期中，K+的外流造成复极，而复极化又加速K+的外流，所以也是一个再生性

过程（图4-4）。

（3）恢复期（4期）：

在3期之末，膜电位虽然恢复到静息电位水平，但在动作电位期间流入细胞的Na+、Ca2+和流出细胞的K+所造成的细胞内外离子分布变化尚未恢复。

在4期之初，细胞膜上的钠-钾泵（Na+-K+pump）和钠-钙交换加强运转，排出Na+、Ca2+和摄回K+。

此外，位于细胞膜上的钙泵（calciumpump）也加强运转，将进入细胞内的Ca2+泵出细胞。

心肌细胞膜上的钠-钾泵和钠-钙交换都参与静息电位的形成，两者都具有生电性（electrogenicaction）。

钠-钾泵将细胞内Na+泵出细胞，将细胞外K+泵入细胞。

它是Na+-K+-ATP酶，每分解一分子ATP泵出3个Na+,泵入2个K+，净泵出一个正电荷，产生泵电流（pumpcurrent，Ipump），使细胞内电位变负。

由泵电流产生的电位差不超过10mV钠-钙交换的方向取决于细胞内、外的Na

+、Ca2+浓度和膜电位水平。

在交换过程中，是3个Na+和1个Ca2+跨越细

胞膜交换，所以也是生电性的。

在心肌细胞兴奋过程中，进入细胞的Ca2+可以

通过钠-钙交换排出细胞。

因此在动作电位复极刚完毕时，1个Ca2+的排出细胞交换3个Na+进入细胞，使细胞内多一个正电荷，是一个内向的钠-钙交换流

（INa/Ca），也影响静息电位数值。

心房肌细胞的快反应动作电位形成原理和心室肌大致相似，但钾流种类更多，复极较快，故动作电位时程（APD）较短，仅150〜200ms左右。

心室浦肯野细胞的动作电位也是快反应动作电位，其特点是0期去极化较快，最大速率可达400〜

800V/s，所以传导速度快，复极过程也呈锋型和圆顶图型，动作电位时程持续时间最长，可达400〜500ms心室肌中动作电位时程的长短依次为：

浦肯野细胞、室壁中层M细胞、心内膜下心室肌细胞、心外膜下心室肌细胞；

另一方面，浦肯野细胞作为自律性细胞，不存在静息电位，在动作电位3期复极完毕后，细胞膜内电位达到最大负值，称为最大舒张电位或最大复极电位。

2．窦房结细胞动作电位窦房结是心脏自律性最高的心肌组织，具有起搏功能，是原始的心肌细胞，其细胞内肌原纤维很少而显苍白（pale），故名P细胞。

P细胞的细胞膜上IK1通道几乎缺如，而钠背景电流相对较大，因而最大舒张电位较正，约为-60mV另一方面P细胞膜上的快钠通道也不发达，并且由于最大舒张电位较正而处于失活关闭状态。

当P细胞兴奋产生动作电位时，依赖ICa-L的内流而产生去极化（阈电位约为一40mV。

由于ICa-L幅值远小于INa，流入速率又慢，因此P细胞去极化仅到0mV电位水平，很少超射，最大去极化速率慢，一般不超过10V/S。

由于L型钙通道是慢通道，由它引起的动作电位称为慢反应动作电位。

ICa-L内流造成P细胞去极化时，激活了细胞膜上的IK通道。

在ICa-L通道逐渐失活关闭的同时，K+循IK通道缓慢外流而引起复极。

在3期复极化过程中，随着膜内电位变负，IK通道逐步去激活而K+外流逐步减小或衰减。

这种衰减过程一直持续到4期。

在4期中这种外向K+流逐渐减小是P细胞自动去极化的最重要的离子流基础。

二、心肌的电生理特性

（Theelectrophysiologicalcharactersofcardiacmuscle）心肌细胞具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性四个生理特性。

其中兴奋性、自律性和传导性以心肌细胞膜的生物电活动为基础，属电生理特性。

收缩性则以收缩蛋白的功能活动为基础，是心肌的机械特性。

心肌的兴奋通过兴奋-收缩耦联

（excitation-contractioncoupling）引起心肌的收缩，完成泵血功能。

（1）兴奋性心肌细胞具有对刺激产生兴奋的能力或特性称为兴奋性（excitability）。

引起心肌细胞产生动作电位的刺激阈值越低，表示其兴奋性越高。

1．决定和影响兴奋性的因素

（1）静息电位和阈电位之间的电位差：

兴奋是由静息电位（最大舒张电位）去极化到阈电位水平而引起。

两者的电位差距加大，则兴奋性降低；

反之则兴奋性升高。

例如在迷走神经兴奋时，其末梢释放的递质乙酰胆碱可使心房肌细胞膜上的乙酰胆碱依赖性钾通道开放，K+循该通道外流，形成IK-ACh,使心房肌细胞的静息电位加大（超极化），更接近钾平衡电位，心房肌细胞的兴奋性因而降低。

在生理情况下，阈电位水平很少变化，高血钙时心室肌阈电位上移，使其兴奋性降低。

（2）离子通道的性状：

INa通道和ICa-L通道都有备用（或称静息，resting）、激活（activation）和失活（inactivation）三种功能状态。

处于何种状态，取决于当时的膜电位水平和在该电位的时间进程，即所谓电压依从性（voltage-dependence）和时间依从性（time-dependence）。

以INa通道为例，在膜电位去极化到一70mV开始再生性激活，随即失活关闭，一直要到动作电位复极化到-60mV或更负，才能开始从失活状态恢复过来，称为复活（reactivation），而INa通道要完全恢复到备用状态，需待膜电位回复到静息电位以后。

ICa-L通道的激活慢、失活慢，而复活更慢，常见动作电位完全复极化后，兴奋性尚未完全恢复正常。

2．兴奋性的周期性变化在心肌细胞兴奋过程中，离子通道发生了激活、失活和复活等一系列变化，相应地细胞的兴奋性也发生一系列周期性变化。

以下以心室肌细胞为例进行说明。

（1）绝对不应期和有效不应期：

从0期去极化开始到3期复极达—55mV无论多强的刺激，心肌细胞均不能产生反应，为绝对不应期（absoluterefractoryperiod，ARP）这是由于INa通道都处在失活状态之故。

从—55mVS极到—60mV这段时间内，给予强刺激可以产生局部兴奋，但不能产生动作电位，这是由于

INa通道只有少量复活，不足以产生动作电位。

因此，从0期去极化开始到复极化到一60mV电位水平这段时间内，都不能产生动作电位形式的反应，合称为有效不应期（effectiverefractoryperiod，ERP）。

（2）相对不应期：

从复极化一60mV到一80mV的时间内，若给予阈上刺激可以使心肌细胞产生动作电位，称为相对不应期（relativerefractoryperiod，RRP）。

越是相