生理學(xué)第四章血液循環(huán)

1、第四章血液循環(huán)    在整個(gè)生命活動(dòng)過程中，心臟不停地跳動(dòng)，推動(dòng)血液在心血管系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。心血管系統(tǒng)(cardiovascularsystem)由心臟和血管組成，血管又由動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管組成。血液循環(huán)的主要功能是完成體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。細(xì)胞代謝所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和o2，以及代謝產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物和CO：都依靠血液循環(huán)來運(yùn)輸。此外，由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的各種激素及生物活性物質(zhì)也通過血液循環(huán)運(yùn)送至相應(yīng)的靶細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)機(jī)體的體液調(diào)節(jié)；機(jī)體內(nèi)環(huán)境理化特性相對(duì)恒定的維持以及血液的防衛(wèi)免疫功能的實(shí)現(xiàn)，都依賴于血液的循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)功能一旦發(fā)生障礙，機(jī)體的新陳代謝便不能正常進(jìn)行，一些重要器官

2、將受到嚴(yán)重?fù)p害，甚至危及生命。    心血管系統(tǒng)的活動(dòng)受神經(jīng)和體液因素的調(diào)節(jié)，且與呼吸、泌尿、消化、神經(jīng)和內(nèi)分泌等多個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，從而使機(jī)體能很好地適應(yīng)內(nèi)、外環(huán)境的變化。    第一節(jié)心臟的泵血功能    心臟是推動(dòng)血液流動(dòng)的動(dòng)力器官，其主要功能是泵血。心臟的泵血依靠心臟收縮和舒張的交替活動(dòng)而得以完成。心臟收縮時(shí)將血液射入動(dòng)脈，并通過動(dòng)脈系統(tǒng)將血液分配到全身各組織；心臟舒張時(shí)則通過靜脈系統(tǒng)使血液回流到心臟，為下一次射血做準(zhǔn)備。正常成年人安靜時(shí)，心臟每分鐘可泵出血液5L左右。，一、心臟泵血的過程和機(jī)制&#

3、160;   (一)心動(dòng)周期    心臟的一次收縮和舒張，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械活動(dòng)周期，稱為心動(dòng)周期(carctc cycle)。在一個(gè)心動(dòng)周期中，心房和心室的機(jī)械活動(dòng)都可分為收縮期(systole)和舒張期(diastole)。由于心室在心臟泵血活動(dòng)中起主要作用，故心動(dòng)周期通常是指心室的活動(dòng)周期。心動(dòng)周期是心率的倒數(shù)。如果心率為每分鐘75次，則每個(gè)心動(dòng)周期持續(xù)()8s。如圖41所示，在心房的活動(dòng)周期中，先是左、右心房收縮，持續(xù)約01s，繼而心房舒張，持續(xù)約07s。在心室的活動(dòng)周期中，也是左、右心室先收縮，持續(xù)約03s，隨后心室舒張，持續(xù)約05s。當(dāng)心

4、房收縮時(shí)，心室仍處于舒張狀態(tài)，心房收縮結(jié)束后不久，心室開始收縮。心室舒張期的前()4s期間，心房也處于舒張狀態(tài)，這一時(shí)期稱為全心舒張期。在一個(gè)心動(dòng)周期中，心房和心室的活動(dòng)按一定的次序和時(shí)程先后進(jìn)行，左、右兩個(gè)心房和左、右兩個(gè)心室的活動(dòng)都是同步進(jìn)行的，心房和心室的收縮期都短于其舒張期。心率加快時(shí)，心動(dòng)周期縮短，收縮期和舒張期都相應(yīng)縮短，但舒張期縮短的程度更大，這對(duì)心臟的持久活動(dòng)是不利的。    f二)心臟的泵血過程    左、右心室的泵血過程相似，而且?guī)缀跬瑫r(shí)進(jìn)行?，F(xiàn)以左心室為例，說明一個(gè)心動(dòng)周期中心室射血和充盈的過程(圖42)，以便了

5、解心臟泵血的機(jī)制。1心室收縮期 心室收縮期可分為等容收縮期和射血期，而射血期又可分為快速射血期和減慢射血期。(1)等容收縮期：心室開始收縮后，心室內(nèi)壓力立即升高，當(dāng)室內(nèi)壓升高到超過房?jī)?nèi)壓時(shí)，即可推動(dòng)房室瓣使之關(guān)閉，因而血液不會(huì)倒流人心房。但此時(shí)室內(nèi)壓尚低于主動(dòng)脈壓，因此半月瓣仍處于關(guān)閉狀態(tài)，心室暫時(shí)成為一個(gè)封閉的心腔。從房室瓣關(guān)閉到主動(dòng)脈瓣開啟前的這段時(shí)期，心室的收縮不能改變心室的容積，故稱為等容收縮期(period of isovolumic contraction)。此期持續(xù)約()05s。由于此時(shí)心室繼續(xù)收縮，因而室內(nèi)壓急劇升高。當(dāng)主動(dòng)脈壓升高或心肌收縮力減弱時(shí)，等容收縮期將延長(zhǎng)。

6、0;   (2)射血期：當(dāng)心室收縮使室內(nèi)壓升高至超過主動(dòng)脈壓時(shí)，半月瓣開放。這標(biāo)志著等容收縮期結(jié)束而進(jìn)入射血期(petiod of ventricularjection)。在射血的早期，由于心室射入主動(dòng)脈的血液量較多，血液流速也很快，故稱為快速射血期(period 0f rapid ejecfion)。此期持續(xù)約01 s。在快速射血期，心室射出的血液量約占總射血量的23，由于心室內(nèi)血液很快進(jìn)入主動(dòng)脈，故心室容積明顯縮小，但由于心室強(qiáng)烈收縮，室內(nèi)壓繼續(xù)上升并達(dá)到峰值，主動(dòng)脈壓也隨之升高。在射血的后期，由于心室收縮強(qiáng)度減弱，射血的速度逐漸減慢，故稱為減慢射血期(perrod o

7、f slowejecdon)。此期持續(xù)約015s。在減慢射血期，室內(nèi)壓和主動(dòng)脈壓都由峰值逐漸下降。    須指出的是，在快速射血期的中期或稍后，乃至整個(gè)減慢射血期，室內(nèi)壓已低于主動(dòng)脈壓(圖4-2)，但此時(shí)心室內(nèi)的血液因具有較高的動(dòng)量(momenrum)，故仍可逆壓力梯度繼續(xù)進(jìn)入主動(dòng)脈。    2心室舒張期 心室舒張期可分為等容舒張期和心室充盈期，心室充盈期又可分為快速充盈期、減慢充盈期和心房收縮期。    (1)等容舒張期：射血后，心室開始舒張，室內(nèi)壓下降，主動(dòng)脈內(nèi)的血液向心室方向反流，推動(dòng)半月瓣關(guān)閉；但

8、此時(shí)室內(nèi)壓仍高于房?jī)?nèi)壓，故房室瓣仍處于關(guān)閉狀態(tài)，心室又暫時(shí)成為一個(gè)封閉的心腔。從半月瓣關(guān)閉至房室瓣開啟前的這一段時(shí)間內(nèi)，心室舒張而心室的容積并不改變，故稱為等容舒張期(period of isovohlmic：relaxation)。此期持續(xù)006O08s。由于此時(shí)心室繼續(xù)舒張，因而室內(nèi)壓急劇下降。    (2)心室充盈期：當(dāng)室內(nèi)壓下降到低于房?jī)?nèi)壓時(shí)，血液沖開房室瓣進(jìn)人心室，心室便開始充盈。由于室內(nèi)壓明顯降低，甚至造成負(fù)壓，這時(shí)心房和大靜脈內(nèi)的血液因心室的抽吸作用而快速流人心室，心室容積迅速增大，故稱為快速充盈期(1efiod of rapid filling)。

9、此期持續(xù)約O11s。在快速充盈期進(jìn)入心室的血液量約為總充鼐量的23。隨后，血液進(jìn)入心室的速度減慢，故稱為減慢充盈期(pemod 0f slow filling)。此期持續(xù)約022s。在心室舒張期的最后01s，心房開始收縮，即進(jìn)人心房收縮期(period ofatrial systole)。心房的收縮使心房壓力升高，容積縮小，心室的充盈量可再增加1030。    如上所述，心室肌的收縮和舒張是造成室內(nèi)壓變化，并導(dǎo)致心房和心室之間以及心室和主動(dòng)脈之間產(chǎn)生壓力梯度的根本原因，而壓力梯度則是推動(dòng)血液在心房、心室以及主動(dòng)脈之間流動(dòng)的主要?jiǎng)恿?。由于心臟瓣膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和啟閉活動(dòng)

10、，使血液只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。        右心室的泵血過程與左心室基本相同，但由于肺動(dòng)脈壓約為主動(dòng)脈壓的16，因此在心動(dòng)周期中右心室內(nèi)壓的變化幅度要比左心室內(nèi)壓小得多。    (三)心動(dòng)周期中房?jī)?nèi)壓的變化    在心動(dòng)周期中，左心房?jī)?nèi)壓力曲線依次出現(xiàn)a、c、v三個(gè)較小的正向波(圖42)。心房收縮時(shí)房?jī)?nèi)壓升高，形成a波的升支；隨后心房舒張，房?jī)?nèi)壓回降，形成a波的降支。a波是心房收縮的標(biāo)志。當(dāng)心室收縮時(shí)，心室內(nèi)的血液向上推頂已關(guān)閉的房室瓣并使之凸入心房，造成房?jī)?nèi)壓略有升高而形成

11、c波的升支；當(dāng)心室射血后心室容積減小時(shí)，房室瓣向下移動(dòng)，使心房容積擴(kuò)大，房?jī)?nèi)壓降低，遂形成c波的降支。此后，由于血液不斷從靜脈回流人心房，而此時(shí)房室瓣仍處于關(guān)閉狀態(tài)，故心房?jī)?nèi)血液量增加，房?jī)?nèi)壓持續(xù)升高，形成v波的升支；當(dāng)心室充盈時(shí)，房室瓣開放，血液迅速由心房進(jìn)入心室，房?jī)?nèi)壓很快下降而形成v波的降支。在心動(dòng)周期中，右心房也有類似的房?jī)?nèi)壓波動(dòng)，并可逆向傳播到腔靜脈，使腔靜脈內(nèi)壓也發(fā)生同樣的波動(dòng)。    (、四)心音的產(chǎn)生    在心動(dòng)周期中，心肌收縮、瓣膜啟閉、血液流速改變形成的渦流和血液撞擊心室壁及大動(dòng)脈壁引起的振動(dòng)，可通過周圍組織傳遞

12、到胸壁，用聽診器便可在胸部某些部位聽到，這就是心音(heart sound)。若用傳感器將這些機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)記錄下來，便可得到心音圖(1honocardiogram)。心音發(fā)生在心動(dòng)周期的一些特定時(shí)期，其音調(diào)和持續(xù)時(shí)間也有一定的特征。正常心臟在一次搏動(dòng)過程中，可產(chǎn)生4個(gè)心音，即第一、第二、第三和第四心音。通常用聽診的方法只能聽到第一和第二心音；在某些青年人和健康兒童可聽到第三心音；用心音圖可記錄到4個(gè)心音。    1第一心音 第一心音發(fā)生在心室收縮期，標(biāo)志著心室收縮的開始。第一心音在心尖搏動(dòng)處(左第五肋間鎖骨中線上)聽診時(shí)最清楚，其特點(diǎn)是音調(diào)較低，持續(xù)時(shí)間較

13、長(zhǎng)。第一心音是由于房室瓣突然關(guān)閉引起心室內(nèi)血液和室壁的振動(dòng)，以及心室射血引起的大血管壁和血液渦流所發(fā)生的振動(dòng)而產(chǎn)生的。    2第二心音 第二心音發(fā)生在心室舒張期，標(biāo)志著心室舒張期的開始。第二心音在胸骨旁第2肋間(即主動(dòng)脈瓣和肺動(dòng)脈瓣聽診區(qū))聽診時(shí)最清楚，其特點(diǎn)是音調(diào)較高，持續(xù)時(shí)間較短。第二心音的產(chǎn)生主要與主動(dòng)脈瓣和肺動(dòng)脈瓣關(guān)閉，血流沖擊大動(dòng)脈根部引起血液、管壁及心室壁的振動(dòng)有關(guān)。    3第三心音在部分健康兒童和青年人，偶爾可聽到第三心音。第三心音出現(xiàn)在心室快速充盈期之末，是一種低音調(diào)、低振幅的振動(dòng)。是由于快速充盈期之末室壁和乳頭肌

14、突然伸展及充盈血流突然減速引起的振動(dòng)所致。    4第四心音第四心音出現(xiàn)在心室舒張的晚期，是與心房收縮有關(guān)的一組發(fā)生在心室收縮期前的振動(dòng)，也稱心房音。正常心房收縮時(shí)一般不產(chǎn)生聲音，但異常強(qiáng)烈的心房收縮和在左心室壁順應(yīng)性下降時(shí)，可產(chǎn)生第四心音。    心臟的某些異常活動(dòng)可以產(chǎn)生雜音或其他異常的心音。因此，聽取心音或記錄心音圖對(duì)于心臟疾病的診斷具有重要意義。二、心臟泵血功能的評(píng)定    心臟的主要功能是泵血。在臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐和科學(xué)研究工作中，常常需要對(duì)心臟的泵血功能進(jìn)行判斷，或?qū)π呐K的功能狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)心臟泵

15、血功能的評(píng)定，通常用單位時(shí)間內(nèi)心臟的射血量和心臟的做功量作為指標(biāo)。    (一)心臟的輸出量    1每搏輸出量和射血分?jǐn)?shù) 一側(cè)心室在一次心搏中射出的血液量，稱為每搏輸出量(stroke volun，e)，簡(jiǎn)稱搏出量。正常成年人在安靜狀態(tài)下，左心室舒張末期容積(enddiastolic voltlme)約125111】，收縮末期容積(end-systolic volume)約55i11l，二者之差即為搏出量，約7c)ml(6080n11)?？梢?，心室在每次射血時(shí)，并未將心室內(nèi)充盈的血液全部射出。搏出量占心室舒張末期容積的百分比，稱為射

16、血分?jǐn)?shù)(ejectlon fraction)，即射血分?jǐn)?shù)=心室等罐集譬裝(呻×，00(41)    健康成年人的射血分?jǐn)?shù)為5565。正常情況下，搏出量與心室舒張末期容積是相適應(yīng)的，即當(dāng)心室舒張末期容積增加時(shí)，搏出量也相應(yīng)增加，而射血分?jǐn)?shù)基本保持不變。在心室功能減退、心室異常擴(kuò)大的病人，其搏出量可能與正常人無明顯差異，但與已經(jīng)增大的舒張末期容積不相適應(yīng)，實(shí)際上射血分?jǐn)?shù)已明顯下降。因此，與搏出量相比，射血分?jǐn)?shù)能更準(zhǔn)確地反映心臟泵血功能，對(duì)早期發(fā)現(xiàn)心臟泵血功能異常具有重要意義。    2每分輸出量和心指數(shù) 一側(cè)心室每分鐘射出的血液

17、量，稱為每分輸出量(minutevolume)，簡(jiǎn)稱心輸出量(cardiac output)。左、右兩側(cè)心室的心輸出量基本相等。心輸出量等于心率與搏出量的乘積。心輸出量與機(jī)體的新陳代謝水平相適應(yīng)，可因性別、年齡及其他生理情況的不同而不同。如果心率為每分鐘75次，搏出量為7()ml，則心輸出量約為5L'min。一般健康成年男性在安靜狀態(tài)下的心輸出量為4560Lmin。女性的心輸出量比同體重男性低10左右。青年人的心輸出量較老年人高。成年人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，其心輸出量可高達(dá)2535L'rain；而在麻醉情況下則可降到25Lmin。    對(duì)不同身材的個(gè)體測(cè)

18、量心功能時(shí)，若用心輸出量作為指標(biāo)進(jìn)行比較是不全面的。因?yàn)樯聿陌『蜕聿母叽蟮臋C(jī)體具有不同的耗氧量和能量代謝水平，心輸出量也不同。調(diào)查資料表明，人在安靜時(shí)的心輸出量和基礎(chǔ)代謝率(見第七章)一樣，并不與體重成正比，而是與體表面積成正比。以單位體表面積(m。)計(jì)算的心輸出量稱為心指數(shù)(cardiacindex)。中等身材的成年人體表面積為1617m。，在安靜和空腹的情況下心輸出量為56Lmin，故心指數(shù)為3035I(minm2)。在安靜和空腹情況下測(cè)定的心指數(shù)稱為靜息心指數(shù)，可作為比較不同個(gè)體心功能的評(píng)定指標(biāo)。    在同一個(gè)體的不同年齡段或不同生理情況下，心指數(shù)也可發(fā)

19、生變化。10歲左右的少年靜息心指數(shù)最高，可達(dá)4L(minm2)以上。靜息心指數(shù)隨年齡增長(zhǎng)而逐漸下降，到80歲時(shí)接近于2L(miu。n-m2)。運(yùn)動(dòng)時(shí)心指數(shù)隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加大致成比例地增高。在妊娠、情緒激動(dòng)和進(jìn)食時(shí)，心指數(shù)均有不同程度的增高。    (二)心臟做功量    心臟所做的功可分為兩類：一是外功，主要是指由心室收縮而產(chǎn)生和維持一定壓力(室內(nèi)壓)并推動(dòng)血液流動(dòng)(心輸出量)所做的機(jī)械功，也稱壓力一容積功；二是內(nèi)功，指心臟活動(dòng)中用于完成離子跨膜主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)生興奮和收縮、產(chǎn)生和維持心壁張力、克服心肌組織內(nèi)部的粘滯阻力等所消耗的能量。實(shí)

20、際上，內(nèi)功所消耗的能量遠(yuǎn)大于外功。心臟所做的外功占心臟總能量消耗的百分比稱為心臟的效率(cardiac efficiency)。心肌的能量消耗主要來自物質(zhì)的有氧氧化，故心臟的耗氧量可作為心臟能量消耗的良好指標(biāo)。心臟的效率可由下式計(jì)算心臟的效率=塵罵要蠢學(xué)×100(42)    正常心臟的最大效率為20一250在不同生理情況下，心臟的效率并不相同。實(shí)驗(yàn)表明，若將動(dòng)脈血壓降至原先的一半，而搏出量增加一倍；或使動(dòng)脈血壓升高一倍，而搏出量減到原先的一半。這兩種情況下，心臟完成一次心搏所做的機(jī)械外功都與原先未發(fā)生變化時(shí)基本相同，但后者的心肌耗氧量明顯大于前者。說明

21、動(dòng)脈血壓升高可降低心臟的效率。以下主要討論外功部分。    1每搏功 每搏功(stroke work)簡(jiǎn)稱搏功，是指心室一次收縮射血所做的功，亦即心室完成一次心搏所做的機(jī)械外功。心臟收縮射血所釋放的機(jī)械能主要表現(xiàn)為壓力一容積功，此外還包括使血液以較快的流速向前流動(dòng)而增加的血流動(dòng)能。壓力一容積功等于搏出量乘以射血壓，血流動(dòng)能等于12(血液質(zhì)量×流速。)，因此每搏功=搏出量×射血壓+血流動(dòng)能(43)    人體在安靜狀態(tài)下，血流動(dòng)能在左心室每搏功的總量中所占比例甚小，約1，故一般可忽略不計(jì)?？梢?，心肌收縮射血所釋放的機(jī)

22、械能主要用于維持血壓和射出一定容積的血量。式中射血壓為射血期左心室內(nèi)壓與心室舒張末壓之差。因射血期左心室內(nèi)壓是不斷變化的，精確計(jì)算每搏功需將整個(gè)心動(dòng)周期中壓力與容積的變化進(jìn)行積分。在實(shí)際應(yīng)用中常以平均動(dòng)脈壓代替射血期左心室內(nèi)壓，而以左心房平均壓代替左心室舒張末期壓，因此，每搏功可用下式計(jì)算    左心室每搏功(I)=搏出量(L)×血液比重×(平均動(dòng)脈壓一左心房平均壓)    (mmtlg)×136x98()7× (11()00)    (44)  

23、;  若按搏出量為70ral，平均動(dòng)脈壓為92mmI-k，平均心房壓為6ramg，血液比重為1055計(jì)算，則每搏功為0847J。2每分功每分功(minute work)簡(jiǎn)稱分功，是指心室每分鐘內(nèi)收縮射血所做的功，亦即心室完成每分輸出量所做的機(jī)械外功。每分功等于每搏功乘以心率。若按心率為每分鐘75次計(jì)算，則每分功為635Jrnin。      當(dāng)動(dòng)脈血壓升高時(shí)，為克服加大的射血阻力，心肌必須增加其收縮強(qiáng)度才能使搏出量保持不變，因而心臟做功量將增加。可見，與單純的心輸出量相比，用心臟做功量來評(píng)定心臟泵血功能將更為全面，尤其是在動(dòng)脈血壓高低

24、不同的個(gè)體之間，或在同一個(gè)體動(dòng)脈血壓發(fā)生改變前后，用心臟做功量來比較心臟泵血功能更顯其優(yōu)越性。在正常情況下，左、右心室的輸出量基本相等，但肺動(dòng)脈平均壓僅為主動(dòng)脈平均壓的l6左右，故右心室做功量也只有左心室的l6左右。三、影響心輸出量的因素    如前所述，心輸出量等于搏出量與心率的乘積，因此凡能影響搏出量和心率的因素均可影響心輸出量。而搏出量的多少則決定于前負(fù)荷、后負(fù)荷和心肌收縮能力等。    (一)前負(fù)荷    前負(fù)荷可使骨骼肌在收縮前處于一定的初長(zhǎng)度。對(duì)中空球形的心臟來說，心室肌的初長(zhǎng)度決定于心室舒張

25、末期的血液充盈量，換言之，心室舒張末期容積相當(dāng)于心室的前負(fù)荷。由于測(cè)量心室內(nèi)壓比測(cè)定心室容積方便，且心室舒張末期容積與心室舒張末期壓力在一定范圍內(nèi)具有良好的相關(guān)性，故在實(shí)驗(yàn)中常用心室舒張末期壓力(enddiastolic：pressure鼬)來反映前負(fù)荷。有時(shí)也可用心房?jī)?nèi)壓力反映心室的前負(fù)荷。這是因?yàn)檎Ｈ诵氖沂鎻埬┢诘男姆績(jī)?nèi)壓力與心室內(nèi)壓力幾乎相等，且心房?jī)?nèi)壓力的測(cè)定更為方便。    與骨骼肌相似，心肌的初長(zhǎng)度對(duì)心肌的收縮力量具有重要影響。為了分析前負(fù)荷或初長(zhǎng)度對(duì)心臟泵血功能的影響，在實(shí)驗(yàn)中可逐步改變心室舒張末期壓力，并將相對(duì)應(yīng)的搏出量或每搏功的數(shù)據(jù)繪制成心室功

26、能曲線(ventricular function cur、，e) (圖43)。從心室功能曲線上看，在增加前負(fù)荷(圖中為左心室舒張末壓)時(shí)，心肌收縮力加強(qiáng)，搏出量增多，每搏功增大。這種通過改變心肌初長(zhǎng)度而引起心肌收縮力改變的調(diào)節(jié)，稱為異長(zhǎng)調(diào)節(jié)(1leter'ometric regulation)。早在1895年，德國(guó)生理學(xué)家Frank在離體蛙心實(shí)驗(yàn)中就已觀察到這種心肌收縮力隨心肌初長(zhǎng)度增加而增強(qiáng)的現(xiàn)象。1914年，英國(guó)生理學(xué)家Starling在狗的心一肺制備標(biāo)本上也觀察到，在一定范圍內(nèi)增加靜脈回心血量，心室收縮力隨之增強(qiáng)；而當(dāng)靜脈回心血量增大到一定限度時(shí)，心室收縮力則不再增強(qiáng)而室內(nèi)壓開始

27、下降。Star一ling將“心室舒張末期容積在一定范圍內(nèi)增大可增強(qiáng)心室收縮力”的規(guī)律稱為心的定律(1aw of the heart)，后人稱之為FrankStarling定律，而把心室功能曲線稱為FrankStarling曲線。    初長(zhǎng)度對(duì)心肌收縮力影響的機(jī)制與骨骼肌相似，即不同的初長(zhǎng)度可改變心肌細(xì)胞肌節(jié)中粗、細(xì)肌絲的有效重疊程度。當(dāng)肌節(jié)的初長(zhǎng)度為2022“m時(shí)，粗、細(xì)肌絲處于最佳重疊狀態(tài)，活化時(shí)可形成的橫橋連接數(shù)目最多，肌節(jié)收縮產(chǎn)生的張力最大。此時(shí)的初長(zhǎng)度即為最適初長(zhǎng)度。在肌節(jié)未達(dá)最適初長(zhǎng)度之前，隨著前負(fù)荷或肌節(jié)初長(zhǎng)度的增加，粗、細(xì)肌絲的有效重疊程度增加，活

28、化時(shí)形成的橫橋連接的數(shù)目增多，因而肌節(jié)以至整個(gè)心室的收縮力逐漸加強(qiáng)(圖44)，心搏出量增多，每搏功增大?？梢姡氖夜δ芮€是心肌初長(zhǎng)度與主動(dòng)張力間的關(guān)系在整個(gè)心室功能上的一種反映。    與骨骼肌不同的是，正常心室肌具有較強(qiáng)的抗過度延伸的特性，肌節(jié)一般不會(huì)超過225230um，因此心功能曲線不會(huì)出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)(圖43)。這是因?yàn)樾募〖?xì)胞外間質(zhì)內(nèi)含有大量膠原纖維，且心室壁多層肌纖維呈交叉方向排列；當(dāng)心肌肌節(jié)處于最適初長(zhǎng)度時(shí)，產(chǎn)生的靜息張力已經(jīng)很大，從而能對(duì)抗心肌被進(jìn)一步拉長(zhǎng)(圖44)。心肌這種能抵抗被過度延伸的特性對(duì)心臟泵血功能具有重要的生理意義，它使心臟在前負(fù)

29、荷明顯增加時(shí)一般不會(huì)發(fā)生搏出量和做功能力的下降。心室功能曲線不出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)并非表示心肌初長(zhǎng)度在超過最適初長(zhǎng)后不再對(duì)心肌收縮功能發(fā)生影響，而是初長(zhǎng)度在這種情況下不再與室內(nèi)壓呈平行關(guān)系，即此時(shí)初長(zhǎng)度不再隨室內(nèi)壓的增加而增加。但在有些慢性心臟病患者，當(dāng)心臟過度擴(kuò)張時(shí)，心室功能曲線可出現(xiàn)降支，表明心肌此時(shí)的收縮功能已嚴(yán)重受損。        異長(zhǎng)調(diào)節(jié)的主要作用是對(duì)搏出量的微小變化進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，使心室射血量與靜脈回心血量之間保持平衡，從而使心室舒張末期容積和壓力保持在正常范圍內(nèi)。例如，在體位改變或動(dòng)脈血壓突然升高時(shí)，以及在左、右心室搏出量

30、不平衡等情況下，心室的充盈量可發(fā)生微小的變化。這種變化可立即通過異長(zhǎng)調(diào)節(jié)來改變搏出量，使搏出量與回心血量之間重新達(dá)到平衡狀態(tài)。但若循環(huán)功能發(fā)生幅度較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的改變，如肌肉活動(dòng)時(shí)的循環(huán)功能改變，僅靠異長(zhǎng)調(diào)節(jié)不足以使心臟的泵血功能滿足機(jī)體當(dāng)時(shí)的需要。在這種情況下，需要通過調(diào)節(jié)心肌收縮能力來進(jìn)一步加強(qiáng)心臟的泵血功能。    在整體情況下，心室的前負(fù)荷主要決定于心室舒張末期充盈的血液量。因此，凡能影響心室舒張期充盈量的因素，都可通過異長(zhǎng)調(diào)節(jié)使搏出量發(fā)生改變。心室舒張末期充盈量是靜脈回心血量和射血后心室內(nèi)剩余血量二者之和。在多數(shù)情況下，靜脈回心血量的多少是決定心室前

31、負(fù)荷大小的主要因素。靜脈回心血量又受到心室充盈的持續(xù)時(shí)間、靜脈回流速度、心包內(nèi)壓和心室順應(yīng)性等因素的影響。當(dāng)心率增快時(shí)，心動(dòng)周期尤其是心室舒張期將縮短，因而心室充盈的持續(xù)時(shí)間縮短，心室充盈不完全，靜脈回心血量減少；反之，心室充盈的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，心室充盈完全，則靜脈回心血量增多。但在心室完全充盈后繼續(xù)延長(zhǎng)充盈持續(xù)時(shí)間將不能進(jìn)一步增加靜脈回心血量。在心室充盈持續(xù)時(shí)間不變的情況下，靜脈回流速度越快，靜脈回心血量越大；反之，則靜脈回流越小。靜脈回流速度決定于外周靜脈壓與心房壓之差。當(dāng)外周靜脈壓增高(如循環(huán)血量增多、外周靜脈管壁張力增高等)和(或)心房、心室內(nèi)壓降低時(shí)，靜脈回流速度加快。正常情況下，心包

32、的存在有助于防止心室的過度充盈。當(dāng)發(fā)生心包積液時(shí)，心包內(nèi)壓增高，可使心室充盈受到限制，導(dǎo)致靜脈回心血量減少。心室順應(yīng)性(ventricular compliance)是指心室壁受外力作用時(shí)能發(fā)生變形的難易程度，通常用心室在單位壓力差作用下所引起的心室容積改變(VP)來表示。心室順應(yīng)性降低時(shí)(如心肌纖維化、心肌肥厚等)，心室充盈量將減少。另外，假如靜脈回心血量不變，射血后心室內(nèi)剩余血量增加(如動(dòng)脈血壓突然升高使搏出量暫時(shí)減少)時(shí)也將導(dǎo)致心室充盈量增加；但實(shí)際上，射血后心室內(nèi)剩余血量增加時(shí)，舒張期心室內(nèi)壓也增高，靜脈回心血量將減少，因而心室充盈量并不一定增加。   

33、(二)后負(fù)荷    在完整的循環(huán)系統(tǒng)中，心室收縮時(shí)須克服大動(dòng)脈血壓的阻力，才能將血液射人動(dòng)脈，因此，大動(dòng)脈血壓是心室收縮時(shí)所遇到的后負(fù)荷。在心肌初長(zhǎng)度、收縮能力和心率都不變的情況下，如果大動(dòng)脈血壓增高，等容收縮期室內(nèi)壓的峰值將增高，結(jié)果使等容收縮期延長(zhǎng)而射血期縮短，射血期心室肌縮短的程度和速度都減小，射血速度減慢，搏出量減少；反之，大動(dòng)脈血壓降低則有利于心室射血。    動(dòng)脈血壓改變?cè)谟绊懖隽康耐瑫r(shí)，將繼發(fā)性地引起心臟內(nèi)的一些調(diào)節(jié)活動(dòng)。當(dāng)動(dòng)脈壓突然升高而使搏出量暫時(shí)減少時(shí)，射血后心室內(nèi)的剩余血量將增多，若舒張期靜脈回心血量不變或無明

34、顯減少，則心室舒張末期容積將增大。此時(shí)可通過異長(zhǎng)調(diào)節(jié)加強(qiáng)心肌的收縮力量，使搏出量回升，從而使心室舒張末期容積逐漸恢復(fù)到原先水平。盡管此時(shí)動(dòng)脈血壓仍處于高水平，但心臟的搏出量將不再減少。在完整機(jī)體內(nèi)，還有更多的調(diào)節(jié)機(jī)制參與，包括后文將要述及的等長(zhǎng)調(diào)節(jié)。神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)也可通過等長(zhǎng)調(diào)節(jié)使心肌收縮能力增強(qiáng)，有助于搏出量的恢復(fù)。    由上可知，心室后負(fù)荷的改變可直接影響搏出量；但在整體條件下，可通過異長(zhǎng)調(diào)節(jié)和等長(zhǎng)調(diào)節(jié)(見后文)使心肌初長(zhǎng)度和收縮能力發(fā)生相應(yīng)改變，以適應(yīng)后負(fù)荷的改變。如上述動(dòng)脈血壓突然升高時(shí)發(fā)生的適應(yīng)性改變，其生理意義是在動(dòng)脈血壓升高的一定范圍內(nèi)仍可維持接近

35、正常的心輸出量。但當(dāng)動(dòng)脈血壓持續(xù)增高時(shí)，心室肌將長(zhǎng)期加強(qiáng)其收縮活動(dòng)，心臟做功量增加而心臟效率降低，久之心肌逐漸發(fā)生肥厚，最終可能導(dǎo)致泵血功能減退。如同在高血壓病引起心臟病變時(shí)，可先后出現(xiàn)左心室肥厚、擴(kuò)張以至左心衰竭。    (三)心肌收縮能力    前負(fù)荷和后負(fù)荷是影響心臟泵血的外在因素，而肌肉的內(nèi)部功能狀態(tài)也是決定肌肉收縮效果的重要因素。心肌不依賴于前負(fù)荷和后負(fù)荷而能改變其力學(xué)活動(dòng)(包括收縮的強(qiáng)度和速度)的內(nèi)在特性，稱為心肌收縮能力(myocardial contr-actility)，又稱心肌的變力狀態(tài)(inotropic sta

36、te)。在完整的心室，心肌收縮能力增強(qiáng)可使心室功能曲線向左上方移位(見圖43)，表明在同樣的前負(fù)荷條件下，每搏功增加，心臟泵血功能增強(qiáng)。這種通過改變心肌收縮能力的心臟泵血功能調(diào)節(jié)，稱為等長(zhǎng)調(diào)節(jié)(tlomometric regulation)。    心肌收縮能力受多種因素的影響。凡能影響心肌細(xì)胞興奮一收縮耦聯(lián)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的因素都可影響收縮能力，其中活化的橫橋數(shù)日和肌球蛋白頭部ATp酶的活性是影響心肌收縮能力的主要環(huán)節(jié)。在一定的初長(zhǎng)度下，粗、細(xì)肌絲的重疊程度是兩者結(jié)合形成橫橋數(shù)量的先決條件，但并非所有這些橫橋都能被激活成為活化的橫橋。因此，在同一初長(zhǎng)度下，心肌可通

37、過增加活化的橫橋數(shù)目來增強(qiáng)心肌收縮力。活化的橫橋在全部橫橋中所占的比例決定于興奮時(shí)胞質(zhì)內(nèi)Ca。的濃度和(或)肌鈣蛋白對(duì)Ca。的親和力。兒茶酚胺(去甲腎上腺素和腎上腺素)在激動(dòng)心肌細(xì)胞的B腎上腺素能受體后，可通過cAMP轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，激活細(xì)胞膜上的L型鈣通道，增加Ca'。內(nèi)流，再通過鈣觸發(fā)鈣釋放(CI(：R>機(jī)制促進(jìn)胞質(zhì)內(nèi)c礦濃度升高，從而使心肌收縮能力增強(qiáng)。鈣增敏劑(如茶堿)可增加肌鈣蛋白對(duì)Ca'。的親和力，使肌鈣蛋白對(duì)胞質(zhì)中Ca：。的利用率增加，因而活化的橫橋數(shù)目增多，心肌收縮能力增強(qiáng)。甲狀腺激素可提高肌球蛋白ATp酶的活性，因而也能增強(qiáng)心肌收縮能力。老年人和甲狀腺功能低下

38、的患者，因?yàn)榧∏虻鞍追肿觼喰偷谋磉_(dá)發(fā)生改變，ATP酶活性降低，故心肌收縮能力減弱。    (四)心率    正常成年人在安靜狀態(tài)下，心率(heart rate)為每分鐘60100次，平均約75次。心率可隨年齡、性別和不同生理狀態(tài)而發(fā)生較大的變動(dòng)。新生兒的心率較快，隨著年齡的增長(zhǎng)，心率逐漸減慢，至青春期接近成人水平。在成年人，女性的心率稍快于男性。在經(jīng)常進(jìn)行體力勞動(dòng)或體育運(yùn)動(dòng)的人，平時(shí)心率較慢。在同一個(gè)體，安靜或睡眠時(shí)的心率較慢，而運(yùn)動(dòng)或情緒激動(dòng)時(shí)心率加快。    在一定范圍內(nèi)，心率加快可使心輸出量增加。當(dāng)

39、心率增快但尚未超過一定限度時(shí)，盡管此時(shí)心室充盈時(shí)間有所縮短，但由于靜脈回心血量的大部分在快速充盈期內(nèi)進(jìn)入心室，因此心室充盈量和搏出量不會(huì)明顯減少，而心率的增加可使每分輸出量明顯增加。但是，如果心率過快，當(dāng)超過每分鐘160180次時(shí)，將使心室舒張期明顯縮短，心舒期充盈量明顯減少，因此搏出量明顯減少，從而導(dǎo)致心輸出量下降。如果心率過慢，當(dāng)?shù)陀诿糠昼?0次時(shí)，將使心室舒張期過長(zhǎng)，此時(shí)心室充盈早已接近最大限度，心舒期的延長(zhǎng)已不能進(jìn)一步增加充盈量和搏出量，因此心輸出量也將減少。    心率的變化也可影響心肌收縮能力。在實(shí)驗(yàn)條件下使心室肌進(jìn)行等長(zhǎng)收縮，可觀察到心室肌的收縮張力

40、隨刺激頻率的增加而逐漸增大，當(dāng)刺激頻率為每分鐘150180次時(shí)，心肌收縮張力達(dá)到最大值；進(jìn)一步增加刺激頻率時(shí)，心肌收縮力反而下降。心率增快或刺激頻率增高引起心肌收縮能力增強(qiáng)的現(xiàn)象稱為階梯現(xiàn)象(staircase：phenonlenon，或treppe)。其機(jī)制可能與心率增快時(shí)細(xì)胞內(nèi)Ca外濃度增高有關(guān)。    在整體情況下，心率受神經(jīng)和體液因素的調(diào)節(jié)。交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)心率加快；迷走神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)心率減慢。循環(huán)血中腎上腺素、去甲腎上腺素和甲狀腺激素水平增高時(shí)心率加快。此外，心率還受體溫的影響，體溫每升高1，心率每分鐘可增加1218次。四、心臟泵血功能的儲(chǔ)備 

41、;   健康成年人在安靜狀態(tài)下，心輸出量約5L；劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，心輸出量可達(dá)25301，為安靜時(shí)的56倍。說明正常心臟的泵血功能有相當(dāng)大的儲(chǔ)備量。心輸出量隨機(jī)體代謝需要而增加的能力，稱為心泵功能儲(chǔ)備或心力儲(chǔ)備(caidiac reserve)。心泵功能儲(chǔ)備可用心臟每分鐘能射出的最大血量，即心臟的最大輸出量來表示。訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員，心臟的最大輸出量遠(yuǎn)較一般人為高，可達(dá)35L，以上，為安靜時(shí)心輸出量的7倍以上。有些心臟病患者，靜息時(shí)的心輸出量與健康人無明顯差異，尚能滿足靜息狀態(tài)下機(jī)體代謝的需要，但在代謝活動(dòng)增強(qiáng)如進(jìn)行肌肉活動(dòng)時(shí)，心輸出量則不能相應(yīng)增加，心臟的最大輸出量明顯低于正常人

42、，表明他們的心泵功能儲(chǔ)備已經(jīng)降低，實(shí)際上是在安靜時(shí)已有相當(dāng)部分的儲(chǔ)備量被動(dòng)用，而剩余的儲(chǔ)備量已不足以滿足代謝活動(dòng)增強(qiáng)的需要。    心泵功能儲(chǔ)備的大小主要決定于搏出量和心率能夠提高的程度，因而心泵功能儲(chǔ)備包括搏出量?jī)?chǔ)備和心率儲(chǔ)備兩部分。    (一)搏出量?jī)?chǔ)備    搏出量是心室舒張末期容積和收縮末期容積之差，所以，搏出量?jī)?chǔ)備又可分為收縮期儲(chǔ)備和舒張期儲(chǔ)備兩部分。前者是通過增強(qiáng)心肌收縮能力和提高射血分?jǐn)?shù)來實(shí)現(xiàn)的，而后者則是通過增加舒張末期容積而獲得的。靜息時(shí)舒張末期容積約125ml，由于心室腔不能過分?jǐn)U大

43、，一般只能達(dá)到14()ml左右，故舒張期儲(chǔ)備僅15ml左右；而當(dāng)心肌最大程度縮短時(shí)，心室收縮末期容積可減小到1520ml，因而收縮期儲(chǔ)備可達(dá)3540rrd。相比之下，收縮期儲(chǔ)備要比舒張期儲(chǔ)備大得多。    (二)心率儲(chǔ)備    假如搏出量保持不變，而使心率在一定范圍內(nèi)加快，心輸出量可增加至靜息時(shí)的2、25倍。但心率過快時(shí)，由于舒張期過短，心室充盈不足，可導(dǎo)致搏出量和心輸出量減少。在一般情況下，健康成年人能使心輸出量隨心率加快而增多的最高心率為每分鐘160180次。    在心力衰竭患者，心肌收縮力減弱，搏

44、出量減少，射血后心室內(nèi)的剩余血量增多，心室舒張末期容積增大，表明收縮期儲(chǔ)備和舒張期儲(chǔ)備均下降。在這種情況下，常出現(xiàn)心率代償性加快，以保證心輸出量不致過低，即在靜息狀態(tài)下心率儲(chǔ)備已被動(dòng)用；當(dāng)心力衰竭患者的心率增快到每分鐘120140次時(shí)，心輸出量往往就開始下降，表明此時(shí)心率儲(chǔ)備已不足代償搏出量?jī)?chǔ)備的降低，所以心力衰竭患者的心力儲(chǔ)備顯著低于正常人。    在進(jìn)行強(qiáng)烈的體力活動(dòng)時(shí)，體內(nèi)交感一腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)的活動(dòng)增強(qiáng)，機(jī)體主要通過動(dòng)用心率儲(chǔ)備和收縮期儲(chǔ)備而使心輸出量增加。訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員，心肌纖維增粗，心肌收縮能力增強(qiáng)，因此收縮期儲(chǔ)備增加；同時(shí)，由于心肌收縮能力增強(qiáng)，可使

45、心室收縮和舒張的速度都明顯加快，因此心率儲(chǔ)備也增加，此時(shí)，能使心輸出量隨心率加快而增多的最高心率將可提高到每分鐘200"一220次。第二節(jié)心臟的生物電活動(dòng)和生理特性    心臟實(shí)現(xiàn)其泵血功能是以心肌的收縮和舒張為基礎(chǔ)的；但心房和心室之所以能不停地進(jìn)行有順序的、協(xié)調(diào)的、收縮與舒張交替的活動(dòng)，歸根結(jié)底都是由心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的規(guī)律性發(fā)生與擴(kuò)布而引起的。因此，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)心臟的生物電活動(dòng)規(guī)律。    與神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞相比，心肌細(xì)胞的生物電活動(dòng)要復(fù)雜得多，各類心肌細(xì)胞的跨膜電位存在較大差異(圖45)，其形成機(jī)制也各不相同。因此

46、，在介紹各類心肌細(xì)胞跨膜電位之前，有必要對(duì)心肌細(xì)胞進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?。根?jù)組織學(xué)和電生理學(xué)特點(diǎn)，可將心肌細(xì)胞分為兩類：一類是普通的心肌細(xì)胞，包括心房肌和心室肌，這類細(xì)胞具有穩(wěn)定的靜息電位，主要執(zhí)行收縮功能，故稱為工作細(xì)胞(cardiac working cell)；另一類為特殊心肌細(xì)胞，主要包括竇房結(jié)細(xì)胞和浦肯野細(xì)胞，它們組成心內(nèi)特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)(specialized conductionsystem)，這類細(xì)胞大多沒有穩(wěn)定的靜息電位，并可自動(dòng)產(chǎn)生節(jié)律性興奮，故稱為自律細(xì)胞(autorhythmic cell)。根據(jù)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位去極相速度的快慢及其不同產(chǎn)生機(jī)制，又可將心肌細(xì)胞分成快反應(yīng)細(xì)胞(17

47、ast response cell)和慢反應(yīng)細(xì)胞(slow response cell)兩類。前者包括心房肌細(xì)胞、心室肌細(xì)胞和浦肯野細(xì)胞等；后者則包括竇房結(jié)P細(xì)胞和房室結(jié)細(xì)胞等。一、心肌細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制    (一)工作細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制    屬于工作細(xì)胞的心房肌和心室肌細(xì)胞跨膜電位及其形成機(jī)制基本相同，所以，以下著重介紹心室肌細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制。    1靜息電位人和哺乳動(dòng)物心室肌細(xì)胞的靜息電位為一80一90mV，其形成機(jī)制與神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞相似，即與靜息時(shí)細(xì)胞膜對(duì)不同離

48、子的通透性和離子的跨膜濃度差有關(guān)。心室肌細(xì)胞膜上存在豐富的內(nèi)向整流I礎(chǔ)通道，它是內(nèi)向整流鉀通道(inward rectifierK+ch。nnel，K。channel)中最常見的一種通道。這種通道屬于非門控通道，它不受電壓或化學(xué)信號(hào)的控制，但其開放程度可受膜電位的影響(見后文)。在靜息狀態(tài)下，I砌通道處于開放狀態(tài)，其通透性遠(yuǎn)大于其他離子通道的通透性，因此，由I電流引起的K平衡電位是構(gòu)成靜息電位的主要成分。但心肌細(xì)胞膜在靜息時(shí)對(duì)Na也有一定通透性，這是一種鈉背景電流(Nabackground current)，這種由少量Na內(nèi)流引起的內(nèi)向電流可部分抵消細(xì)胞內(nèi)的負(fù)電位。因此，心肌靜息電位總是略小于

49、Im平衡電位(均指絕對(duì)值)。此外，生電性鈉泵對(duì)Na和K的不對(duì)等轉(zhuǎn)運(yùn)(轉(zhuǎn)出3個(gè)Na，轉(zhuǎn)入2個(gè)K)也可影響靜息電位，由鈉泵活動(dòng)產(chǎn)生的泵電流(pump CLlITent，I哪)可使細(xì)胞內(nèi)的負(fù)電位有所增大。2動(dòng)作電位 心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位明顯不同于神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞，其主要特征是復(fù)極化過程較為復(fù)雜，持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，動(dòng)作電位的升支和降支明顯不對(duì)稱。心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位通常分為0期、1期、2期、3期、4期五個(gè)時(shí)相(圖46A)。(1)去極化過程：心室肌細(xì)胞的去極化過程又稱動(dòng)作電位0期。在適當(dāng)?shù)耐鈦泶碳ぷ饔孟隆Ｐ氖壹〖?xì)胞發(fā)生興奮，膜內(nèi)電位由靜息時(shí)的一80一90mV迅速上升到0電位，并繼續(xù)上升到+30mV左右，

50、形成動(dòng)作電位的升支。O期去極化的持續(xù)時(shí)間很短，僅12ms；去極化幅度很大，約120mV，因而去極化速度很快，最大速率(V)可達(dá)200400Vs。心室肌細(xì)胞0期去極化的離子機(jī)制與神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞相似，是由鈉通道(I通道)開放和Na內(nèi)流所引起的。介導(dǎo)0期去極化的I通道激活開放和失活關(guān)閉的速度都很快，故又稱快通道(fast channel)。I。通道在閾電位水平(約一。70mV)時(shí)激活開放，開放時(shí)間約1ms；當(dāng)膜去極達(dá)0mV左右時(shí)，I通道就開始失活而關(guān)閉。I。通道激活速度快，又可產(chǎn)生再生性循環(huán)，即膜去極化達(dá)到閾電位時(shí)，Na內(nèi)向電流將超過K外向電流，于是在凈內(nèi)向電流的作用下使膜進(jìn)一步去極化，而膜的

51、進(jìn)一步去極化將引起更多的I。通道開放，產(chǎn)生更大的鈉電導(dǎo)和Na內(nèi)向電流，如此便形成Na電流與膜去極化之間的正反饋，使膜在不足1ms時(shí)間內(nèi)迅速去極化到接近EN。的水平。這就是心室肌細(xì)胞0期去極化速度快、動(dòng)作電位升支陡峭的原因。這種0期去極化過程由快I通道介導(dǎo)的動(dòng)作電位稱為快反應(yīng)動(dòng)作電位(fast response action potential)，因而心室肌細(xì)胞屬于快反應(yīng)細(xì)胞。心室肌細(xì)胞的快I。通道與神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞的IN。通道分屬不同的亞型，盡管也可被河豚毒(tetrodotoxin，TTx)選擇性阻斷，但它對(duì)TTx的敏感性要比腦細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞的敏感性低得多。  &#

52、160; 快I。通道可被TTx選擇性阻斷。但由于其通道蛋白的分子結(jié)構(gòu)不同，不同組織中的快IN。通道對(duì)TTX的敏感性不同，心肌細(xì)胞的IN。通道對(duì)。TTX的敏感性僅為神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞的1100-v11000,，鈉通道阻滯劑是臨床上常用的抗心律失常藥物，而TTx卻不能用作抗心律失常藥物。這是因?yàn)樵谌硎褂胷TX時(shí)，心肌細(xì)胞的I。通道尚未被阻滯，而神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞的I。通道卻早已被阻滯，因而可危及生命。    (2)復(fù)極化過程：當(dāng)心室肌細(xì)胞去極化達(dá)到頂峰后，由于I。通道的失活關(guān)閉，立即開始復(fù)極。但復(fù)極化過程比較緩慢，歷時(shí)2003()Oms，包括動(dòng)作電位的1期、2期

53、和3期三個(gè)階段。    1)1期：1期又稱快速?gòu)?fù)極初期。此期中僅發(fā)生部分復(fù)極，膜內(nèi)電位由+30mV迅速下降到0mV左右，歷時(shí)約10ms。0期去極化和1期復(fù)極化期間膜電位的變化速度都很快，在記錄的動(dòng)作電位圖形上呈尖峰狀，故常把這兩部分合稱為鋒電位。    在動(dòng)作電位1期，快I。，通道已失活，且在去極化過程中又發(fā)生一過性外向電流(transient outward CUlTCnt，I。)的激活，從而使膜電位迅速?gòu)?fù)極到0mV左右。I。通道是在膜電位去極化到一30mV時(shí)被激活的，約開放510ms。I。的主要離子成分是K，換言之，由K負(fù)載的I。

54、是引起心室肌細(xì)胞1期復(fù)極化的主要外向電流。    2)2期：在1期復(fù)極膜電位達(dá)OmV左右后，復(fù)極化過程變得非常緩慢，記錄的動(dòng)作電位圖形較平坦，故稱為平臺(tái)期(plateau)。該期歷時(shí)100150ms。這是心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的主要原因，也是區(qū)別于神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞動(dòng)作電位的主要特征。        平臺(tái)期的形成與許多離子流有關(guān)。造成平臺(tái)期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的一個(gè)重要原因是I通道的內(nèi)向整流特性。如前所述，Im通道的開放程度受膜電位的影響。它在靜息電位水平時(shí)通透性很大，I髓電流是產(chǎn)生靜息電位的主要外向離

55、子電流。當(dāng)膜發(fā)生超極化且膜電位的負(fù)值大于I。平衡電位時(shí)，促進(jìn)K內(nèi)流的電場(chǎng)力大于促進(jìn)K外流的濃度勢(shì)能，因而出現(xiàn)K內(nèi)流，且維持較高的通透性；反之，當(dāng)膜發(fā)生去極化時(shí)，I砌通道的通透性降低，K外流減少，當(dāng)膜去極化至一20mV或更正時(shí)，K通過I。通道的外流量已接近零(圖47)。顯然，I通道對(duì)超級(jí)化時(shí)的K內(nèi)流比去極化時(shí)的K外流具有更大的通透性，有如一個(gè)整流二極管的作用。因此，I。通道對(duì)K的通透性因膜的去極化而降低的現(xiàn)象，稱為內(nèi)向整流(inward rectification)。I通道的內(nèi)向整流特性阻礙了平臺(tái)期內(nèi)K的外流，因而膜電位難以迅速?gòu)?fù)極化。研究表明，I通道的內(nèi)向整流現(xiàn)象是由于膜去極化時(shí)I。通道內(nèi)口被

56、細(xì)胞內(nèi)的M矛和多胺(如腐胺、亞精胺、精胺等)堵塞而引起，在實(shí)驗(yàn)條件下，如果移去細(xì)胞內(nèi)的M礦和多胺，則可消除I。，通道的內(nèi)向整流現(xiàn)象。    事實(shí)上，決定平臺(tái)期的離子電流主要是內(nèi)向的L型鈣電流(10ng lasting calcium CUrrent，IQ-L)和外向的延遲整流鉀流(delayed。rectifier Kcurtent，IK)。此外，參與平臺(tái)期的離子流還有一過性外向電流I。和慢失活鈉電流等。在平臺(tái)期的初期，內(nèi)向電流和外向電流二者處于平衡狀態(tài)；隨后，內(nèi)向電流逐漸減弱，外向電流逐漸增強(qiáng)，總的結(jié)果是出現(xiàn)一種隨時(shí)間推移而逐漸增強(qiáng)的微弱的凈外向電流，導(dǎo)致膜電位

57、的緩慢復(fù)極化。    心室肌細(xì)胞膜上的鈣通道主要是L(10nglasting)型鈣通道。這種通道屬于電壓門控通道，主要對(duì)Ca2通透，也允許少量Na通透。當(dāng)細(xì)胞膜去極化達(dá)一40mV時(shí)，該通道被激活。L型鈣通道的激活、失活以及復(fù)活過程均較緩慢，故又稱慢通道(slow channel)。L型鈣通道雖然在動(dòng)作電位0期激活，但Ca。內(nèi)流幅度要到平臺(tái)期之初才達(dá)到最大，而通道的失活過程可持續(xù)數(shù)百毫秒，所以L型電流成為平臺(tái)期主要的內(nèi)向電流o L型鈣通道可被Mn2和多種Ca。拮抗劑(如維拉帕米等)所阻斷。心室肌細(xì)胞膜上的Ix通道在動(dòng)作電位0期去極至一40mV時(shí)激活，而在復(fù)極到一50

58、mV時(shí)去激活。該通道的激活和去激活也很緩慢，也可持續(xù)數(shù)百毫秒。因?yàn)樵撏ǖ兰せ罹徛?，故Ix電流稱為延遲整流鉀流。正因?yàn)镮。通道的通透性增加緩慢，所以在平臺(tái)期早期，由Ix電流形成的外向電流主要起抗衡以L型鈣流為主的內(nèi)向電流的作用；而在平臺(tái)期晚期。則成為導(dǎo)致膜復(fù)極化的主要離子電流。    3)3期：3期又稱為快速?gòu)?fù)極末期。在2期復(fù)極末，膜復(fù)極逐漸加速，延續(xù)為3期復(fù)極，故2期和3期之間沒有明顯的界限。在動(dòng)作電位3期，復(fù)極化的速度加快，膜電位由0mV左右較快地復(fù)極到一90mV，完成整個(gè)復(fù)極化過程。該期歷時(shí)100150ms。    3期復(fù)極是由L

59、型鈣通道失活關(guān)閉，內(nèi)向離子流減弱，而外向的Ix電流進(jìn)一步增加所致。到3期末，隨著膜電位負(fù)值增加，外向的Il(1電流也增大(圖47)，而后者又進(jìn)一步使復(fù)極化過程加快，這種再生性循環(huán)使3期復(fù)極化越來越快，直至復(fù)極化完成。    從0期去極化開始到3期復(fù)極化完畢的這段時(shí)間，稱為動(dòng)作電位時(shí)程(action potentialduration)。心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位時(shí)程為200300ms。    (3)靜息期：靜息期又稱動(dòng)作電位4期。在心室肌細(xì)胞，4期膜電位雖已恢復(fù)并穩(wěn)定于靜息電位水平(一80一90mV)，但此時(shí)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)仍在活躍進(jìn)行。這是因

60、為在動(dòng)作電位期間有Na、Ca2+進(jìn)入細(xì)胞和K流出細(xì)胞，造成細(xì)胞內(nèi)、外離子分布的改變。因此，細(xì)胞需要排出Na和Ca2，并攝入K，以恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)、外各種離子的正常濃度梯度，并保持心肌細(xì)胞的正常興奮性。    細(xì)胞膜上鈉泵的活動(dòng)可將內(nèi)流的Na重新排出，同時(shí)將外流的K重新攝入細(xì)胞。Ca外：的排出主要依賴于細(xì)胞膜上的Na+-Ca外交換體(NaLca2+exchanger)和鈣泵。NaLca2+交換體是存在于細(xì)胞膜上的一種反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。在動(dòng)作電位4期，Na一Ca。交換體在將3個(gè)Na轉(zhuǎn)運(yùn)人細(xì)胞內(nèi)的同時(shí)，可將1個(gè)Ca。轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞，而進(jìn)入細(xì)胞的Na則再由鈉泵的活動(dòng)排出細(xì)胞。Na一Ca

61、。交換是一種繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(見第二章)。此外，尚有少量的Ca2可通過細(xì)胞膜上的鈣泵(即Ca。一ATP酶)主動(dòng)排出細(xì)胞。須加以說明的是，鈉泵和Na一Ca。交換體并非只在4期活動(dòng)；實(shí)際上，它們的活動(dòng)是持續(xù)進(jìn)行的，并在動(dòng)作電位的不同時(shí)相，其活動(dòng)的強(qiáng)度可因當(dāng)時(shí)膜內(nèi)、外不同離子分布情況的改變而改變。這對(duì)維持細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布的穩(wěn)態(tài)具有重要意義。    工作細(xì)胞中除心室肌細(xì)胞外，還有心房肌細(xì)胞。心房肌細(xì)胞的靜息電位約一80mV。主要是因?yàn)槠潇o息電位受Na內(nèi)漏的影響較大，故細(xì)胞內(nèi)負(fù)電位較心室肌細(xì)胞為小。心房肌細(xì)胞動(dòng)作電位的形狀與心室肌細(xì)胞基本相似，但動(dòng)作電位時(shí)程較短，歷時(shí)僅15

62、0200ms(圖46B)。這是因?yàn)樾姆考〖?xì)胞膜上存在多種類型的鉀通道，膜對(duì)K的通透性較大，K外流和復(fù)極化速度較快。此外，心房肌細(xì)胞的I。通道較發(fā)達(dá)，I。電流的影響可持續(xù)到2期，加速其復(fù)極，因而平臺(tái)期不明顯。    (二)自律細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制    自律細(xì)胞與非自律細(xì)胞(如工作細(xì)胞)跨膜電位的最大區(qū)別在于4期。工作細(xì)胞4期的膜電位是基本穩(wěn)定的；而自律細(xì)胞動(dòng)作電位3期復(fù)極化末在達(dá)到最大復(fù)極電位(maxl一mal repolarization potential)后，4期的膜電位并不穩(wěn)定于這一水平，而是立即開始自動(dòng)去極化，當(dāng)去極化

63、達(dá)閾電位水平時(shí)，即爆發(fā)一次新的動(dòng)作電位。這種4期自動(dòng)去極化(phase 4spontaneous depolarization)的過程具有隨時(shí)間而遞增的特點(diǎn)，盡管其去極化速度遠(yuǎn)較0期去極化緩慢。4期自動(dòng)去極化是自律細(xì)胞產(chǎn)生自動(dòng)節(jié)律性興奮的基礎(chǔ)。不同類型的自律細(xì)胞，4期自動(dòng)去極化的速度和機(jī)制不完全相同。以下主要討論竇房結(jié)P細(xì)胞和浦肯野細(xì)胞的跨膜電位。    1竇房結(jié)P細(xì)胞 竇房結(jié)內(nèi)含有豐富的自律細(xì)胞，這些自律細(xì)胞稱為p(pacerrlaker)細(xì)胞。竇房結(jié)P細(xì)胞的跨膜電位(圖46C)明顯不同于心室肌細(xì)胞。圖48示竇房結(jié)P細(xì)胞的動(dòng)作電位及其離子機(jī)制。    (1)去極化過程：竇房結(jié)P細(xì)胞的最大復(fù)極電位約為一70mV，這是由于其細(xì)胞膜上I砌通道較缺乏，膜對(duì)K的通透性較低而對(duì)Na的通透性相對(duì)較高所致。當(dāng)自動(dòng)去極化達(dá)閾電