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循環與運動
作者︰系統管理員    發布于︰2014-12-14 16:16:10    文字︰【】【】【
摘要︰本章教學目的與要求︰了解心髒的心動周期與泵血過程,了解靜脈血流、微循環和心肌生理特性。掌握評定心泵功能指標,以及動脈血壓和心血管功能調節概念、影響因素及其運動時的變化規律。

本章教學目的與要求︰了解心髒的心動周期與泵血過程,了解靜脈血流、微循環和心肌生理特性。掌握評定心泵功能指標,以及動脈血壓和心血管功能調節概念、影響因素及其運動時的變化規律。

本章的教學重點︰影響心輸出量的主要因素;評定心泵功能的幾項指標;運動時心輸出量的變化;運動時血流量重新分配的特點及意義。

難點︰心肌細胞的生物電現象;影響心輸出量的主要因素;影響動脈血壓的因素

第一節︰心肌生理特性

第二節︰心動周期及周期中各種變化

第三節︰心輸出量

第四節︰血管中的血壓與血流

第五節︰心血管活動的調節

概述

血液在心血管中按一定方向周而復始流動,稱為血液循環。血液循環的主要功能是運輸機體各器官、組織和細胞的代謝活動所必需的氧氣和營養物質,並運走組織細胞生成的代謝產物,使機體內環境的各種理化因素維持相對穩定,以保證機體的代謝活動正常進行;體內各內分泌腺分泌的激素和其它體液因素,通過血液循環運送到靶細胞,實現機體的體液調節;骨髓、淋巴結等生成的白細胞、免疫抗體及各種凝血因子等,也通過血液循環實現血液的防衛功能;內髒和骨骼肌產生的熱量,也有賴于血液循環運送到肺和體表散熱以實現體溫垣定。

血液循環 血液循環又分為體循環(左心房-右心房)和肺循環(右心房-左心房)。血液循環的動力來源于心髒,由于心髒不斷地進行節律性的收縮和舒張,從而推動血液向全身各部分,又為血液回流心髒提供必要條件。心髒的這種活動型式與水泵相似,故心髒又稱為心泵beng。血管是輸送血液的管道,並通過毛細血管與組織細胞進行物質交換與氣體交換。

人在從事體力勞動或運動時,由于代謝水平提高,血液循環功能在神經和體液調節下產生代償性增強,使之與運動負荷相匹配。在長期體育鍛煉或訓練的影響下,特別是經常參加有氧運動,血液循環特別是心泵功能可以獲得明顯增強。這些變化是增進健康,提高有氧工作能力的重要基礎。從氧的運輸角度來說,能使運輸氧的功能得以提高,從而提高人體的有氧工作能力。

第一節、心肌的生理特性
    
心髒能不間斷地進行有序而協調的收縮與舒張,以實現心髒的泵血功能,是由構成心髒的心肌細胞的生理特性決定的。但由于組成心髒的心肌細胞並非是同一類型,可根據它們的組織學特點、電生理特性以及功能上的區別,可以分為兩大類型︰一類是具有收縮與舒張功能的心房肌和心室肌細胞,稱為工作細胞。它們具有興奮性、傳導性和收縮性,但不具有自律性。另一類是一些特殊分化的心肌細胞,組成心髒的特殊傳導系統,具有自動產生節律性興奮與傳導性,不具有收縮性,稱為自律細胞。現把這些特性,簡述如下。

一、興奮性
    
心肌細胞具有對刺激產生興奮的能力,即受到一個有效刺激作用後會產生動作電位的能力,但動作電位與骨骼肌及神經縴維的比較,有其本身的特征。

(一)心肌細胞的生物電現象
    
以心室肌細胞為例,其動作電位的去極化過程和復極化過程分為5個時相,即0期,1期、2期、3期、4期。整個動作電位的持續時間較長,約為0.25-0.30s。在復極過程中,出現一個平台。茲分述如下︰ 

1、去極化
    
去極化過程(0期)當心室肌細胞發生興奮時,首先出現動作電位的去極化過程。此時膜內電位由-90mv迅速上升至+30mv左右,構成動作電位陡峭的上升支(圖5-1)。0期的持續時間很短,約1-2ms。其機制是Na+內流。

圖5-1

2、復極化

整個復極化過程可以區分1、2、3、4期(圖5-1)。

1期(快速復極初期)在動作電位上升支達到頂峰後,膜內電位迅速由+ 30mv下降至0mv左右。此期與0期合成鋒電位,歷時10ms。其機制是cl-內流。
    
2期(平台期)此期復極過程緩慢,膜內電位停滯于接近零電位水平,使記錄到波形成為一個平坦的曲線,歷時100-150ms。 此期是心肌動作電位區別于骨骼肌和神經縴維的顯著特征。其機制是Ca2+內流和k+外流。
    
3期(快速復極末期)在平台期末,膜內電位以較慢的速度由0mv逐漸下降進入了3期,因此2期和3期之間無明確界限。進入3期後,復極速度加快,膜內電位較快地下降到-90mv,歷時100-150ms。其機制是k+外流。
    
4期(靜息期)是膜復極化完畢時期,此期內心室肌和心房肌細胞膜電位穩定于靜息電位水平。在4期內,借助于細胞膜的離子主動轉運,將內流的Na+Ca2+ 排出,將k+攝回,恢復膜內外正常的離子濃度。
    
自律細胞動作電位不同于工作細胞,其最主要特征是在4期內膜電位不穩定,在復極化完畢後,即開始自動地、緩慢地去極、使膜內負電位逐漸減小,當其達到閾電位時,即爆發另一次動作電位,如此周而復始,使心髒自動產生節律性興奮。

(二)興奮性的周期性變化
    
心肌細胞與骨骼肌及神經縴維一樣,在發生興奮後,興奮性的恢復要經歷一系列恢復時期,即有效不應期,相對不應期和超常期,但它本身有一些特點,茲分述如下︰

1、有效不應期(Effective refractory Period
    
心肌細胞發生興奮後, 動作電位從0期開始到膜內電位復極到-55mv左右這段時期內,任何強大的刺激都不能引起興奮,這段時期稱為絕對不應期;而從-55mv-60mv的一段時間內,十分強大的刺激可以引起局部反應,但不能引起擴布性興奮,即不能產生動作電位,所以從去極化開始到復極-60mv的這段時間,稱為有效不應期(圖5-2)。心肌細胞的有效不應期長,相當于心室整個收縮期加舒張早期,因而心髒不可能產生強直收縮,始終保持收縮和舒張交替進行。

2、相對不應期(Relative refractory Period
    
在有效不應期之後,當膜內電位復極由-60-80mv期間,施以大于正常閾強度的刺激,可以產生擴布性興奮,這一時期稱為相對不應期。但此時所引起動作電位,其0期的去極化的上升的幅度和速度都比正常的小,興奮傳導也比較慢。

3、超常期(Supernormal Period
    
在相對不應期之後,膜內電位由-80mv 恢復到-90mv,在此期間給予低于正常閾強度刺激,也能引起擴布性興奮,稱為超常期。此期內所引起的動作電位的0期的去極化的幅度和速度仍低于正常。
    
超常期之後,膜電位及興奮性已完全恢復正常。

二、自動節律性(Automaticity
    
組織細胞能夠在沒有外來刺激的條件下,自動地發生節律性興奮的特性,稱為自動節律性,簡稱自律性。心肌具有自動節律性,但並不是所有心肌細胞都具有自動節律性。只是心髒特殊傳導系統內的自律細胞才具有自動節律性。特殊傳導系統各個都位中的自動節律性也有差別,其中竇房結細胞的自動興奮頻率最高,約為100/分,浦肯野縴維的自動興奮頻率最低(約為25/分),房室交界(約50/分)和房室束依次介于前兩者之間。因此,竇房結是主導整個心髒興奮和跳動的正常部位,稱之為正常起搏點(Normal Pacemaker)。

三、傳導性(Conductivity
    
心肌具有傳導性,不僅特殊傳導系統能夠傳導興奮,所有的心房肌和心室肌也都有傳導性,只是傳導的速度各部分不同。
    
心髒的興奮從竇房結發生後,即通過心房肌細胞之間的閏盤而傳導于左右兩心房。興奮在心房肌的傳導速度約為0.4m/s。在竇房結和房室交界之間的心房組織存在著優勢傳導通路,其傳導速度較快。
    
興奮從心房傳到心室,必須通過房室交界,這一部位傳導最慢,延擱時間最長,約需0.08-0.12s。房一室延擱具有重要意義,使心房興奮和收縮先于心室,有利于心室的充分充盈而實現其泵血功能。
    
興奮通過房室交界後,傳導速度又重新加快,通過房室束、左右束支及浦肯野縴維傳向心室。浦肯野縴維的傳導速度可達4m/s,遠快于心室肌本身的傳導速度(1m/s),使左右兩心室的所有肌縴維幾乎在同一時間進入收縮狀態,形成同步收縮。

四、收縮性(Contractility

心肌收縮機制和過程與骨骼肌基本相似,但有其本身的特點︰

(一)全或無方式的收縮

當刺激達到閾強度時,整個心房或心室就以的方式進行收縮,即使應用比閾刺激強大的刺激,心肌收縮的幅度也不會變得更大;如果刺激達不到閾強度,心肌就不發生收縮,這就是的表現。這個現象是由于心肌細胞間有閏盤的存在,閏盤對電流阻抗極低,易使興奮從一個細胞傳至相鄰細胞的功能合胞體所形成心肌的這種方式的收縮,並不意味著在任何情況下收縮的幅度都是相等的,當功能狀態和理化環境發生改變時,雖然也是全部心肌縴維參與收縮,但其每一條肌縴維的收縮強度可以改變,于是整個心髒所表現出來的強度也就不同。

(二)不發生強直收縮

由于心肌的有效不應期長,延至整個收縮期和舒張早期,所以相繼的各次收縮不能像骨骼肌那樣可以總和,形成強直收縮,保證心髒收縮和舒張交替進行,有效地實現心泵血功能。(三)期前收縮和代償性間歇

在某些情況下,如果心室在有效不應期之後受到人工的或竇房結之外的異常刺激,則可以產生一次期前興奮,引起期前收縮或期外收縮(也稱早搏)。期前興奮也有它自己的有效不應期,當緊接在期前興奮之後的一次竇房結的興奮傳到心室時,常常恰好落在期前興奮的有效不應期內,不能引起心室興奮和收縮,形成“脫失”,須等到下一次竇房結的興奮傳到心室時才能引起心室收縮,這樣,在一次期前收縮之後,出現一段較長的心室舒張期,稱為代償性間歇。隨之,才恢復竇性節律。

第二節、心動周期
 
一、 心動周期與心率

1、  心髒收縮和舒張一次,稱為一個心動周期。心動周期歷時的長短取決于心率,如以成年人安靜時平均心率為75/分,每個心動周期為0.8s,其中心房收縮期為0.1s,心房舒張期為0.7s;心房收縮時,心室處于舒張;心房進入舒張後,心室開始收縮,持續0.3s,隨後進入舒張期,約0.5s。心室舒張期的前0.4s期間,心房也處于舒張期,稱此間期為全心舒張期。

 

規律︰

ヾ在一個心動周期,心房和心室的活動按次序進行。

ゝ左右兩側心房或心室的活動同步進行。

ゞ舒張期長于收縮期。

々心率增快時,心動周期時間縮短,以舒張期縮短更明顯,使心髒充盈不足

一次心動周期中,心房和心室兩者的活動依一定的次序先後進行,左右兩側心房或心室的活動是同步的,且收縮期均短于舒張期。如果心率增快,心動周期的歷時縮短,尤其以舒張期的縮短更為明顯(5-1) 導致充盈的不足,從而影響心髒的泵血功能。

 

2、心率

心率是每分鐘心髒搏動的次數。

成年人安靜時︰60~90/

      兒童>成人

      女性>男性

      普通人>運動員 ?

心率增快的因素︰臥位→站位、進食後、體溫↑、情緒緊張、疼痛、缺氧、運動、勞動等

成年人靜息時心率在60-100/分之間, 平均為75/分,但隨著年齡、性別、體能水平、訓練水平和生理狀況的不同有所不同。新生兒心率可達130/分,兩歲以內為100-120/分,此後隨年齡增長面減慢,至青春期時接近成年人的頻率。在成年人中,女性心率比男性快3-5/分。有良好訓練或體能較好者心率較慢,尤其是優秀耐力運動員靜息時心率常在50分以下。當人體由臥位轉為站位時、進食後、體溫升高、情緒緊張、疼痛刺激,缺氧、運動或勞動等,都可使心率加快。在肌肉活動時,心率的增加與運動強度有關,而且增加的幅度還與運動持續時間、體能水平、訓練水平有關。所以心率是運動生理學中最常用又簡單易測的一項生理指標。

二、心髒的泵血過程
    
在心髒的泵血過程中,心室所起的作用比心房更重要,現以左心室為例,說明心室射血和充盈的過程,以便了解心髒的泵血的機制。

(一)左心室的射血和充盈過程
    
左心室的一個心動周期,包括收縮和舒張兩個時期,每期又分為多個時相。通常以心房開始收縮來描述一個心動周期的起始點。

G︰圖5-4

1、心房收縮期
    
心房開始收縮之前,心髒正處于全心舒張期,心房和心室內壓力都比較低,接近于大氣壓,約為okpa(以大氣壓為零值)。由于靜脈血不斷流入心房,心房壓相對高于心室壓,房室瓣處于開啟狀態,血液由心房順房──室壓力梯度進入心室,使心室充盈。此時的心室內壓低于主動脈壓(約10. 6kPa ,即80mmHg),故半月瓣處于關閉狀態。
    
心房開始收縮,心房容積小,內壓升高,心房內血液被擠入已經充盈著血液但尚處于舒張狀態的心室,使心室血液充盈量進一步增加。心房收縮期約為0.1s,隨後進入舒張期。
2
、心室收縮期
    
包括等容收縮相以及快速、減慢射血相。
    
(1)等容收縮相  心室開始收縮,室內壓迅速升高,當心室內壓超過房內壓時,房室瓣立即關閉。此時,室內壓尚低于主動脈壓,半月瓣仍處于關閉狀態,心室成為一個封閉腔,雖然心室收縮,但心室容積沒有改變,故稱等容收縮相,約0.05s左右。此期是從房室瓣關閉到半月瓣開啟的這段時期,其特點是室內壓快速大幅度升高。
    
(2)射血相  等容收縮期間室內壓升高超過主動脈壓時,半月瓣被沖開,等容收縮相結束,進入射血相。射血相最初1/3左右時間內,由心室射入主動脈的血量很大(約佔每搏輸出量的2/3),流速亦很快,心室容積明顯縮小,室內壓繼續上升達峰值,這段時期為快速射血相,歷時0.1s。隨後,心室內壓開始下降,射血速度逐漸減慢,稱為減慢射血相,此時心室內壓雖已略低于主動脈壓,但因血液具有較大動能,依其慣性逆著壓力梯度繼續流入主動脈,心室容積繼續縮小。此期為0.15s
3
、心室舒張期
     
包括等容舒張相和快速、減慢充盈相。
    
(1)等容舒張相  心室肌開始壓舒張後,室內壓下降,主動脈內血液向心室方向返流,推動半月瓣關閉;此時室內仍高于房內壓,房室瓣依然處于關閉狀態,心室又成為封閉腔。心室肌舒張,室內壓急速大幅度下降,但容積並未改變,自半月瓣關閉直到室內壓下降低于房內壓,房室瓣開啟時為止。這段時期,稱為等容舒張相,歷時約0.06-0.08s
    
(2)充盈相  當心室壓降到低于房內壓時,房室瓣開啟,心室充盈開始,血液順著房──室壓力梯度快速流入心室,稱此期間為快速充盈相,歷時約0.11s 左右。這期間流入心室的血液約佔總充盈量的2/3。隨後, 血液以較慢的速度繼續流入心室,心室容積進一步增加,稱為減慢充盈相,歷時約0.22s。然後進入下一個心動周期。
(二)左心室泵血的機制
    
驅動血液在心血管系統中單向流動的主要動力是壓力梯度,而心室的收縮和舒張,是導致心房和心室之間以及心室和主動脈之間產生壓力梯度的根本原因,壓力梯度又是引起瓣膜啟閉,保證血液的單方向流動。
    
心室肌的收縮與舒張能力對心髒射血效率具有重要意義。心室肌收縮力強,收縮速度就快,等容收縮相就可縮短,射血時間相應延長,射血量就較多。心室舒張力強,可加速心室充盈,這不但有利于心率較慢時有較多血液充盈,使每搏輸出量較大,而且可緩和心率較快時由于充盈時間短而造成的心室充盈不足。這些作用在肌肉活動時具有重要意義。

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