第二章　心血管系統的疾病概述

第一節　心血管系統的生理機制

一、心臟

（一）心臟的生理解剖

心臟大小與拳頭相似，位于人體胸腔左上位置，是人體最重要的器官之一，其解剖結構如圖2-1所示。心臟內被瓣膜（房室瓣、二/三尖瓣）分為四個腔室，分別是左心房、右心房和左心室、右心室，房室瓣的主要作用是防止因心室收縮造成血液從心室反流回心房。左心房與肺靜脈相連，右心房與上下腔靜脈相通。半月瓣（主/肺動脈瓣）分別位于左/右心室和主/肺動脈之間，其主要作用是在心臟舒張期防止動脈中的血液反流到心室。心臟的一次射血過程可以看作是容積泵舒張、收縮的過程，左心房和左心室將血液泵入體循環，而右心房和右心室將體循環靜脈回流納入肺循環。體循環和肺循環的主要作用是將經過肺泡內含氧量大的動脈血液運送到身體各個組織器官，在器官周身的毛細血管處進行氣體交換，變成二氧化碳（CO2）濃度高的靜脈血，然后經過右心室送回肺泡完成循環。由于左心室承擔著輸送全身血液的任務，因此左心室壁明顯較右心室壁厚，約為其3倍，一旦其發生結構的改變，將直接影響整個血液循環系統的運轉。

（二）心臟瓣膜解剖結構

心臟瓣膜結構的相互聯系以及與其功能相關的動力學機制是保證瓣膜正常工作的基本要素。

二尖瓣位于左心房和左心室之間，在心室舒張時二尖瓣打開，允許左心房血液流入到左心室，在收縮期瓣膜閉合，防止血液在反向壓差的作用下反流回左心房。二尖瓣解剖結構主要包括：瓣環、瓣葉、腱索、乳頭肌、心房肌以及心室肌等（圖2-2），可保證整個心動周期過程中能夠有效控制瓣膜打開和關閉等一系列動態生理變化。

1.二尖瓣環

二尖瓣環主要是由蜂窩組織、心室肌和心房肌構成。瓣環中結締組織較少的位置容易被瓣環擴張所影響，例如后瓣環。隨著二尖瓣后瓣環擴張，瓣膜結合的區域變小，從而導致二尖瓣閉合不全。

2.二尖瓣瓣葉

二尖瓣瓣葉是依附在瓣環上的一種組織結構，可劃分為前、后兩個瓣葉。前瓣葉將左心室分為流出通道和流入通道，后瓣葉附著于后瓣環上，前瓣葉表面積大于后瓣葉。

3.二尖瓣腱索

腱索連接在瓣葉和乳頭肌之間。當心室開始收縮時，腱索張力逐漸增大，并和瓣葉構成一個與降落傘相似的結構，防止血液反流回左心房。根據連接在瓣葉的部位不同可把腱索分為三種，一級腱索稱為主腱索，連接在瓣葉的游離邊；二級腱索也稱支柱腱索，附著于瓣葉粗糙和透明部位的交界處；三級腱索從心室肌出發，連接在瓣葉的基底。其中二級腱索影響著心室彈性和收縮特性。在進行二尖瓣治療手術時，二級腱索一般不能切除。不同位置的腱索斷裂會造成二尖瓣不同程度的閉合不全，引起二尖瓣不同程度的反流。實驗中常剪斷不同位置、不同數量的腱索來研究二尖瓣的不同程度反流。

4.二尖瓣乳頭肌

二尖瓣乳頭肌位于左心室中，主要起到固定腱索的作用。左心室中乳頭肌分別稱為前外側乳頭肌和后內側乳頭肌，與腱索組成瓣下結構裝置。前外側乳頭肌主要是接受左冠狀動脈的血液供應，后內側乳頭肌主要由右冠狀動脈分支以及左回旋支供血。

（三）心臟的泵血功能

心臟是維持人體內血液循環的動力來源。在生命活動過程中，心臟不停地收縮、舒張，在舒張期血液充盈，在收縮期射出血液。心臟的一次收縮和舒張構成一個機械活動周期，稱為心動周期。心動周期各時相中左心室壓力、容積和瓣膜等變化見圖2-3。

心動周期與心率有關，心率與人的年齡、運動狀況以及心臟的健康狀態有關，成年人平均心動周期持續時間為0.80秒。在一個心動周期中，心房和心室的活動按一定的次序和時程先后進行，左、右兩個心房的活動是同步進行的，左、右兩個心室的活動也是同步進行的，心房和心室的收縮期都短于各自的舒張期。心房開始收縮前，心臟處于全心舒張期，此時心腔內壓力較低，房室瓣、半月瓣都處于關閉狀態，當血液從靜脈向心房回流時，壓力增大，半月瓣開啟，血液從靜脈流入心房，導致房內壓大于室內壓，房室瓣開啟，血液由心房流入心室。心房開始收縮時，心房體積縮小，壓力增大，驅使血液再次流入心室，這個時段約為0.10秒，繼而心房舒張，舒張時段約為0.70秒。心房開始舒張后，心室進入收縮階段，室內壓力增大，當室內壓升高至大于房內壓時將驅使房室瓣閉合，接著推開半月瓣使血液流入到動脈中，持續時間大約為0.30秒。隨后心室舒張，室內壓力下降，降至小于主/肺動脈壓時，跨瓣壓差和血流推動半月瓣閉合；當室內壓低于房內壓時，房室瓣開啟，心房內血液快速流入到心室中，心室的舒張時間約為0.50秒。心房處于收縮期時，心室一直處于舒張狀態，直到心房收縮結束，心室才步入收縮狀態。

心臟的工作過程需各個瓣膜密切配合，心臟瓣膜在壓差的作用下關閉，腔室形成密閉空間。左心室在泵血狀態轉換過程中存在容積不變的過渡時期，根據心室的收縮狀態可分為等容舒張期和等容收縮期。左心室等容收縮期過后，主動脈瓣打開射血，根據其射血速度可分為快速射血期和減慢射血期。同理，在等容舒張期后心室二尖瓣打開進入充盈期，根據其充盈速度可分為快速充盈期和減慢充盈期。健康的心臟在每一個心動周期中，心室等容收縮能產生強大內壓，這是向動脈泵血的主要動力。

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：

當心室收縮時，心室內的壓力立即升高，當室內壓升高到超過房內壓時，即推動房室瓣使之關閉，因而血液不會到流入心房。但此時室內壓尚低于主動脈壓，因此半月瓣仍處于關閉狀態，心室暫時成為一個封閉的腔。從房室瓣關閉到主動脈瓣開啟前的這段時間，心室的收縮不能改變心室的容積，故稱為等容收縮期，此期持續約0.05秒。

（2）射血期：

當心室收縮使室內壓升高至超過主動脈壓時，半月瓣開放。這標志著等容收縮期結束，進入射血期。

1）快速射血期：

在射血的早期，由于心室射入主動脈的血液量較多，血液流速也很快，故稱為快速射血期，此期持續約0.10秒。在快速射血期內，心室射出的血液量占總射血量的2/3。由于心室內的血液很快進入主動脈，故心室容積迅速縮小，但由于心室肌強烈收縮，室內壓仍繼續上升，并達到峰值，主動脈壓也隨之進一步升高。

2）減慢射血期：

在射血的后期，由于心室收縮強度減弱，射血的速度逐漸減慢，故稱為減慢射血期，此期持續約0.15秒。在減慢射血期內，室內壓和主動脈壓都由峰值逐漸下降。需指出的是，在快速射血期的中期或后期，乃至整個減慢射血期，室內壓已略低于主動脈壓，但此時心室內的血液因具有較高的動能，故仍可逆壓力梯度繼續進入主動脈。

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和減慢充盈期。

（1）等容舒張期：

射血后，心室開始舒張，室內壓下降，主動脈內的血液向心室方向反流，推動半月瓣使之關閉。但此時室內壓仍高于房內壓，故房室瓣仍處于關閉狀態，心室又暫時成為一個封閉的腔。從半月瓣關閉至房室瓣開啟前的這一段時間，心室舒張而心室的容積并不改變，故稱為等容舒張期。此期持續0.06~0.08秒。由于此時心室肌繼續舒張，因而室內壓急劇下降。

（2）心室充盈期：

隨著心室肌的舒張，室內壓進一步下降，當室內壓下降到低于房內壓時，心房內的血液沖開房室瓣進入心室，進入心臟充盈期。

1）快速充盈期：

房室瓣開啟初期，由于心室肌很快舒張，室內壓明顯降低，甚至成為負壓，心房和心室之間形成很大的壓力梯度，因此心室對心房和大靜脈內的血液可產生“抽吸”作用，血液快速流入心室，使心室容積迅速增大，故這一時期稱為快速充盈期，持續約0.11秒。在快速充盈期內，進入心室的血液量約為心室總充盈量的2/3。

2）減慢充盈期：

隨著心室內充盈量的增加，房、室間的壓力梯度逐漸減小，血液進入心室的速度也就減慢，故心室舒張期的這段時間稱為減慢充盈期，持續約0.22秒。

（四）心臟泵血功能的評定

心臟的主要功能是泵血，在臨床上常常需要對心臟的泵血功能進行判斷，或者對心臟的功能狀態進行評價。

1.心臟的輸出量

心臟輸出量的相關參數主要有每搏輸出量、射血分數、每分輸出量以及心指數等。

每搏輸出量是指在一個心動周期內，一側心室一次心臟搏動所射出的血液量，簡稱搏出量。在安靜狀況下心室最大與最小體積之差即為輸出量。

射血分數是指搏出量占心室舒張末期容積的百分比。健康成年人的射血分數為55%~65%。心室功能和結構異常的患者，其每搏輸出量可能變化不大，但是射血分數已顯著下降。所以與每搏輸出量相比，射血分數能精確地反映心臟泵血功能，對早期發現心臟泵血功能異常具有重要意義。

每分輸出量是指一側心室每分鐘射出的血液量，也稱心輸出量或心排出量。

心指數是指以單位體表面積（m2）計算的心輸出量，可作為比較身材不同個體的心功能的評價指標。

2.影響心排血量的因素

心排血量即是每搏輸出量乘以心率，所以只要是能改變每搏輸出量、心率的因素都能改變心排血量。而每搏輸出量多少則取決于前、后負荷以及心肌收縮強度等。

（1）心室收縮的前負荷：

對于心臟來說，心室舒張末期容積可看作心室的前負荷。舒張期心室體積和壓力有對應關系，因此實驗中常用舒張末期室內壓來反映前負荷。

（2）心室收縮的后負荷：

心室在收縮期為了將血液注入動脈，需要克服動脈阻力，所以動脈壓是心室收縮的后負荷。動脈壓力增大，心室射血量減小。

（3）心肌收縮能力：

前、后負荷是影響心臟泵血的外在因素，心肌不依賴于前負荷和后負荷而能改變其力學活動（包括收縮的強度和速度）的內在特性，稱為心肌收縮能力。

（4）心率：

正常成年人在安靜狀態下，心率每分鐘60~100次。心率的快慢與年齡、性別以及生理狀況有關。一般情況下，新生兒心率較快，心率加快可增加心排血量。

二、血管

血管由動脈、靜脈和毛細血管組成，根據不同的生理作用主要分為彈性血管、容量血管以及微循環血管。彈性血管可以將心臟泵出的血液運送到周身，有較高的彈性和順應性，能存儲一部分從心室流出的血液。容量血管管壁較薄，擴張性較強，因此可用來儲存血液。微循環血管數量較多，主要為血液和組織液二者進行物質互換提供場所。

（一）主動脈和大動脈

主動脈血管的直徑較大，可以達到25mm，大動脈的直徑為1~10mm。它們的管壁較厚，具備良好的可擴張性和彈性，即具有良好的順應性，這種特性是將心臟產生的脈動血流轉化為器官和組織的連續流的關鍵。血管的順應性是指血管內壓力每改變1mmHg時血管容積的改變值，可由以下公式表示：

C=△V/△p

其中

——C為血管順應性；

——△V為血管容積的改變量；

——△p為血管內壓力的變化量。

當主動脈瓣關閉后，儲存于主動脈以及大動脈中的部分血液繼續向動脈系統的后續分支部分流動。因此，雖然心臟為間斷性射血，但主動脈和大動脈的順應性減小了整個心動周期中血液的壓力波動，保證了血流的穩定。

（二）小動脈和毛細血管

小動脈是指管徑在0.30~1mm的動脈，微動脈是管徑小于0.30mm的動脈。二者都屬于肌血管，其收縮直接影響外周血流的阻力，是循環系統阻力的主要來源，因此也稱為外周阻力血管。

毛細血管是連接動靜脈之間數量最多、分布最廣、直徑最小的血管，其分支連接成網，形成強大的毛細血管網絡。毛細血管內直徑約5μm，血細胞需要變形后方可通過，且毛細血管缺乏平滑肌，順應性差，因此毛細血管內血流速度比較慢，約為主動脈血流速度的1/100，以方便毛細血管內的血液與周圍進行物質交換。雖然毛細血管的直徑很小，但是數量眾多，因此從整體來看，其產生的總阻力不大。

（三）靜脈

靜脈是輸送血液返回心臟的血管。靜脈壁薄、腔大、有較大的可擴張性，腔靜脈直徑可達35mm。此外大部分靜脈內有靜脈瓣結構，可防止靜脈血倒流。實驗表明，小靜脈和靜脈的血量超過全身血量的50%，因此靜脈也可稱為容量血管。靜脈壓可以表征心室的前負荷，因此靜脈對調節心排血量具有重要的作用。

（四）血液

血液是循環系統中的工作流體，是人體中運輸物質的媒介。正常成年人血液占體重的7%~8%，如體重70kg的人其血液總量約為5L。

（五）血流動力學

1.血流阻力

血壓和血流量是心血管系統重要的血流動力學參量。血壓是指血管內血液對單位面積血管壁的側壓力；血流量指單位時間內流過血管某一截面的血量。血壓梯度驅動血液從高壓區域流向低壓區域，即通過某一血管的血流量Q與血管兩端的壓差△p存在如下關系：

Q=△p/R

其中R為該血管的血流阻力。血流阻力是由血管壁與血液之間產生的摩擦力，它是評價血液經過血管難易程度的指標。若假設血管為圓柱體，并且血流為層流，可以由泊肅葉定律得到血管的血流阻力為：

R=8ηL/лr4

其中

—R為血管的血流阻力；

—L為血管長度；

—r為血管半徑；

—η為血液的黏滯系數。

從公式中可以看出，血管的血流阻力與血管半徑的四次方成反比，即血管半徑越小，血流阻力越大。因此，小動脈和微動脈由于半徑很小而成為主要的血流阻力，而主動脈和大動脈血管半徑很大，故其血流阻力相比小動脈和微動脈來說可以忽略。

2.血流量

在正常成人中，平均血流量約為5L/min，即與心排血量是相同的，這是血流的容積速度。若考察血流速度，則需要另外知道血管的截面積。血流量在動脈中是脈動的，通過人體主動脈瓣的最大瞬時峰值流量可達20L/min。血液在血管內的流動可分為層流和湍流兩類，泊肅葉定律適用于層流的情況。

3.血壓

血壓是血液在血管內流動時作用于單位面積血管壁的側壓力，可用血液對單位面積血管內壁的側壓力計算，常用單位為毫米汞柱（mmHg）。由于心臟周而復始搏動，其可分為舒張壓、收縮壓以及平均脈壓。如圖2-4所示為正常成人各部位血壓變化范圍，血壓隨著血液的流動在血管中不斷下降。安靜狀態下成人左心室舒張壓在60~90mmHg，收縮壓一般在100~120mmHg，平均脈壓約為93mmHg。臨床上通常用動脈收縮壓和舒張壓作為血壓指標。

此外，在心臟停止搏動時，心血管系統的血壓為平均充盈壓，人體的心血管系統平均充盈壓約為7mmHg，心血管系統平均充盈壓會隨著血量的增多或血管容量的縮小而增高。

（六）動脈壓力感受性反射

血液循環系統可以根據人體不同的生理狀況對血流量進行自動調節，這種調節是通過多種神經和體液的調節機制實現的。

動脈壓力感受性反射是動脈壓短期調節中最重要的機制。其反射過程包括感受器、傳入神經、反射中樞、傳出神經以及效應器，傳出神經包括交感神經和副交感神經（迷走神經），效應器則是心臟和外周血管。在主動脈和頸動脈壁上有大量的壓力感受器，它們通過感受動脈壁的擴張程度來間接感受動脈壓。實際上動脈壓力感受器不僅感受牽張，還感受牽張變化的頻率。動脈壓發生變化時，壓力感受器的放電頻率也產生相應的變化，這種動作電位經由傳入神經傳導，進入中樞神經。反射中樞經過處理后，改變相應的交感神經和迷走神經活動，引起效應器產生變化。

概括來說，動脈壓增加會導致交感神經緊張度降低，迷走神經緊張度增強。相反，動脈壓下降會增加交感神經活動，降低迷走神經活動。交感神經興奮可以導致心率加快，心室的收縮能力加強，同時作用于血管使血管收縮，從而增加血流阻力；迷走神經興奮則使心臟心率減弱，反之亦然。通過這樣的作用，心血管系統試圖維持動脈血壓的穩定。總的來說，壓力感受性反射在心輸出量、外周血管阻力、血量等發生突然變化的情況下，對動脈血壓進行快速調節起重要作用，從而避免動脈血壓發生過大的波動。

血液循環系統由肺循環和體循環組成，并由心臟周而復始地將血液單向運輸至全身，如圖2-5所示。血液循環由左心室開始，鮮紅的富氧血液經過左心室加壓后泵入主動脈。主動脈在延伸過程中不斷分化變細，形成密集動脈系統，血液通過動脈分支到達周身組織完成營養輸送。同時組織細胞中的代謝產物也排入血液中，此時動脈血成為靜脈血。代謝后，血液通過靜脈運輸，靜脈在匯集過程中數量逐漸減少、管徑變粗，直到形成下腔靜脈和上腔靜脈直通右心房。靜脈血液通過右心泵入肺循環，血液中血紅蛋白攜帶的二氧化碳與氧氣置換，最終通過肺靜脈返回左心房，再由左心室泵出。周而復始，承擔著人體的新陳代謝過程。