第1讲 心肌力学

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心血管生理学基础与临床
主讲人:尤行宏
湖北中医药大学基础医学院生理学教研室
心血管系统的功能
(1)物质运输功能
(2)实现机体的体液调节
(3)维持机体内环境稳态
(4)实现血液防御功能
(5)内分泌功能
第一讲
心肌力学基础
心脏泵血
心 脏 泵 血
一 、心动周期
心动周期(cardiac cycle) 心脏一次收缩和舒张构成的一个机械活动周期 心率为75次/分钟,则心动周期为0.8秒
TM AT C I
细肌丝结构的分子组成
原肌球蛋白
肌钙蛋白复合物
肌动蛋白
2. 肌肉收缩的过程
MS TM
T
Ca2+
C I Ca2+
MS
T TM AT I C
AT
安静状态
胞浆[Ca2+]
肌钙蛋白
肌动蛋白 原肌球蛋白
肌浆Ca 2+ ↑ 肌钙蛋白构型改变 原肌球蛋白移位 横桥与肌动蛋白结合
Ca 2+ 与肌钙蛋白结合 TnI亚基与肌动蛋白分离 肌动蛋白结合位点暴露 ATP酶激活并水解ATP,释放能量
duration :0.11s
b. 减慢充盈期:1/3 of total filling volume
duration : 0.22s c.心房收缩期: 室内压<房内压 占回心血量的20%
心动周期
收缩期
舒张期
心动周期中压力、容积等变化
三、心房在心脏泵血过程中的作用
A波:心房收缩时,房内压升高形成。 c波:心室收缩,房室瓣凸入心房,导致房内压略升高形成。 v波:心室收缩期末,血液从静脉回流,房内压持续升高形成。
Concept : The cardiac events that occur from the beginning of one heart beat to the beginning of the next .
If the heart beats 75 beats per minute , then each cardiac cycle takes 0.8 second . The cardiac cycle is composed of diastole and systole
后负荷对搏出量的影响
3.心肌收缩能力的对搏出量的影响
心肌收缩能力是指心肌不依赖于前、后负荷而能改变其
力学活动的一种内在特性。当心肌收缩能力增强的时,其心 室功能曲线向左上方移位;反之,则向右下方移位。 意义:能对持续的、剧烈的循环变化有强大的调节作用。 心肌细胞活化的横桥增多,收缩能力增强,搏出量即 增加;反之则减少。神经、体液及药物等都可通过改变心肌 收缩能力来调节心搏出量。 这种调节方式与心肌初长无关,故称为等长自身调节 (homeometric autoregulation)。
(1)心房收缩期:
wk.baidu.com
帮助心室充盈 初级泵
(2)心房舒张期: 接纳
心房和大V内的血液快速入室 (占总充盈量2/3) ↓ 心室容积迅速↑
四、心肌力学的分子机制
心脏主要由心肌细胞构成,包括
工作肌细胞和特殊分化的心肌细胞。
不同的心肌细胞其组织学特点、功能 和电生理学特性也有不同。 工作肌细胞包括心房肌和心室肌 细胞,其胞浆内含有丰富的肌原纤维,
整齐地排列在同一平面上,故使 肌纤维呈现明、暗相间的横纹。
M线 Z线 Z线
H带
明带
暗带
明带
2.肌小节 (sarcomere) :相邻的两Z线之间的区域
暗带 明带 暗带
Z线
1.5~3.5μm
Z线 肌小节
3.肌丝 —— 明、暗带中包含的丝状结构。 电子显微镜下可见,肌小节的明带、暗带由更 细的、纵向平行排列的丝状结构——肌丝组成。 粗肌丝 暗带的肌丝,较粗(d=10nm)。 细肌丝 明带的肌丝,较细(d=5nm)。
室内压>主动脉压
a. 快速射血期 :2/3 total ejection volume, rapid,0.1s
b. 减慢射血期 : 1/3 total ejection volume,0.15S.
3、等容舒张期
室内压>房内压
4、心室充盈期
室内压<房内压
a. 快速充盈期:2/3 of total filling volume
(二)心率的影响
心输出量=心率×每搏输出量 40~180次/分:心率↑→每分心输出量↑
>180次/分: 舒张期↓→充盈时间↓ →心输出量↓。
<40次/分:舒张期↑→心室充盈接近最大限度,不能增 加充盈量和搏出量充盈量→每分心输出量↓。 心率受自主神经控制:交感神经活动增强时,心率加 快;迷走神经活动增强时,心率减慢。 心率的体液因素:肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺 激素。 心率受体温的影响,体温升高10C ,每分钟心搏将 增加12-18次。
横桥扭动,牵引细肌丝向粗肌丝移动
肌丝滑行过程
Ca 2+ 与肌钙蛋白结合 原肌球蛋白移位 肌动蛋白结合位点暴露
横桥与肌动蛋白结合
横桥牵引细肌丝向粗肌丝移动
MS TM
T I AT
Ca2+↑
C
MS TM AT
T I C
五、心脏泵血功能的评定
心脏不断泵血以保证机体代谢的需要,用心脏泵
出的血液量是衡量心脏功能的基本指标。但单纯以一
2.每分输出量与心指数
心输出量:每分钟由一侧心室输出的血液总量,简称心输出量。
心输出量=每搏输出量×心率 (4.5~6L/min) 心输出量随着机体活动和代谢情况而变化(运动、情绪激 动、怀孕等);女子较同体重男子约低10%。
心 指 数:空腹和安静状态下, 每平方米体表面积的心输出量。 (3.0~3.5L/min.m2)
项指标来评定不同个体的心功能状态,具有局限性,
甚至会作出错误的判断,因此,综合多项指标,有利
于客观判断某一个体的心脏泵血功能。
(一)心脏泵血功能的评价指标
1.每搏输出量和射血分数
搏出量:一侧心室一次心搏
所射出的血量(60~80ml )。
搏出量,相当于心室舒 张末期容积(130~145ml) 与心室收缩末期容积之差 , 每次心搏,心室内血液并没 有全部被射出。
粗肌丝的结构及其排列
肌 凝 蛋 白
横 桥 排 列
横桥作用过程图示
细肌丝
----- 由三种蛋白质组成
* 肌动蛋白(actin) 组成细肌丝主杆 与横挢结合,激活其ATP酶 * 原肌球蛋白(tropomyosin) 阻止肌动蛋白与横挢结合 * 肌钙蛋白(troponin) TnT:与原肌球蛋白结合 TnI: 与肌动蛋白结合 2+结合 TnC :与 Ca T MS
前负荷决定着心肌的初长度,心室肌的初长度取决于 心室舒张末期充盈血量或充盈压。 心室肌的前负荷、心室肌的初长度、心室舒张末期充 盈量或充盈压,是对同一种变化从不同角度测量的不同表 达方式。
心 的 定 律
心脏能自动地调节并平衡心搏出量和回心血量之间的关系: 回心血量↑→心舒张期充盈↑→心肌初长度和前负荷 ↑→心肌收缩力↑→心搏出量↑
射血分数:每搏输出量和心舒末期容量的百分比。 (60~80ml/130~145ml ml=50~60%) 。
射血分数 = 搏出量 ( ML ) × 100% 心舒末期容积( ML)
射血分数的大小和每搏输出量和舒张末期容量有关。 生理: 在正常范围内,搏出量与心舒末期容积相适应,心舒 末期容积增加,搏输出量增加,射血分数不变。 病理: 在心功能减退、心室扩大时,搏输出量虽可与正常人 无明显差别,但已不能与扩大的心舒末期容积相适应, 射血分数明显下降。
(二)临床心功能检查
临床心功能检查进行心室泵血功能评定,可应用无创伤性 和创伤性方法。 无创伤性方法包括超声心动图、放射性核素造影术等,测 定心室内径、容量、心室舒张末期容积(LVEDV)、心室收缩末 期容积(LVESV)、计算搏出量、射血分数等值。 创伤性方法包括心导管术和心血管造影术等,测定左心房 压或肺毛细血管压、分析左心室收缩或舒张功能。
六、影响心脏泵血功能的因素
心脏泵血功能体现为心输出量
心输出量=搏出量×心率
因此,凡能影响搏出量和心率的因素
均可影响心输出量。
(一)搏出量的影响
搏出量取决于心室肌收缩的强度和速度, 其收缩的强 度和速度受前负荷、负后荷和心肌收缩能力的影响。
1.前负荷对搏出量的影响 前负荷是指心室肌收缩前所承受的负荷 。
粗、细肌丝空间排列的模式图
粗 肌 丝 横 断 面 d=10nm
细 肌 丝 横 断 面
粗、细肌丝相
互重叠横断面
d=5nm
(二)心肌细胞收缩的分子机制
肌丝滑行学说(sliding theory )
肌肉收缩时在外观上虽然表现为肌肉或肌纤维的缩短, 但肌细胞内并无肌丝或其它分子结构的缩短,只是由于细 肌丝主动向粗肌丝间隙滑行 ,使相邻的Z线相互靠近,肌 小节长度变短,造成肌肉或肌纤维长度的缩短。
Z线
Z线
Z线
肌小节
肌小节
收 缩 的 分 子 机 制
肌丝的分子结构
肌肉收缩的过程
1. 肌丝的分子结构
粗肌丝 肌丝 细肌丝
粗肌丝
----- 肌球蛋白(myosin, 肌凝蛋白)
*杆部: 粗肌丝主杆,长150nm *头部: 横桥(cross-bridge) 与肌动蛋白结合 ATP酶活性(需与肌动蛋白结合 )
病理: 慢性扩张性心脏病时,心肌细胞发生了组织学形态改变, 心肌细胞收缩功能严重受损,搏出量减低。
2.后负荷对搏出量的影响 后负荷:肌肉开始收缩之后所遇到的负荷或阻力。
心室肌收缩时,必须克服动脉压的阻力,推开 动脉瓣才能将血液射入动脉。因此,动脉血压是心 室收缩射血时所承受的后负荷。
动脉血压↑(正常范围) 等容收缩期室内压↑ 射血期↓+射血速↓ 每搏出量↓ 心室内剩余血量↑ 心肌初长度↑ 心肌收缩能力↑ 搏出量恢复正常
特点: 1. 房室不同时收缩,心室收缩紧跟在心房收缩完毕后进行
2. 有一个全心舒张期
3. 舒张期长于收缩期 : 有利于心脏充盈与心脏供血 0.2 0.1 0.3
Contraction of atrium Contraction of ventricle relaxation
0.8
0.4
of ventricle Whole heart diastole
0.7 0.6
0.5
二、心室的泵血过程
心脏在循环系统中起着“泵”的作用,心脏泵
血功能的完成,主要取决于两个因素:
①心脏节律性收缩和舒张而造成心室和心房及动 脉之间的压力差,形成推动血液流动的动力。 ②心脏内4套瓣膜的启闭控制着血流的方向。
主动脉
左心房
左心室
1、等容收缩期
室内压<主动脉压
2、心室射血期
具有较强的收缩性,是心脏泵血功能
的动力。
横纹肌(striated muscle)
在心肌肌纤维上
有明暗相间的横纹,故 又称横纹肌。
(一)肌原纤维和肌小节
1.肌原纤维 (myofibril) 肌原纤维呈细丝状,直径约
l~2μm。光镜下,每条肌原纤维
是由许多明暗相间的带所组成,
所有肌原纤维上的明带和暗带都
心室肌细胞的搏出功或搏出量随初长度增加而增加,这种
通过心肌细胞本身的初长度变化而引起心肌收缩强度的变化,称 为心肌细胞的异长自身调节,也称为Frank- Starling机制 。 意义: 在于对搏出量进行精细的调节。
生理: 心室搏出量随初长度增加而增加,当心室充盈量超过最 适前负荷,心室的搏出量也不会随之而降低 。
2 心指数(L/ min m ) =
心输出量L / min 2 体表面积m
心指数在10岁左右最大(4L/min.m2以上);以后随年龄增 长而逐渐下降,到80岁时,接近2L/min.m2。 分析比较不同个体心功能的常用指标。
3.心脏作功
心脏作功所释放的能量转化为压强能和血流的动能二部分。
搏出功:搏出功(J)=每搏输出量(L)×(平均动脉压—平均心房 压) ×13.6×9.807×(1/1000)=83.1g.m)。 每分功=搏出功×心 率 心脏收缩不仅排出一定量的血液,而且使这部分血液具有较 高的压强能和较快的流速。在动脉压增高的情况下,心脏要射 出与原先同等量的血液,就必须加强收缩。 用心脏作功量要比单纯的心输出量评定心脏泵血功能的指标 更为全面。
心脏不需要神经和体液因素参与的自身调节机制,可通过 心室功能曲线(Starling曲线)来说明。 中 右 左段 段 段 左段:人体心室最适前负荷
(1.6-2.0kPa)和心室正 常工作段(0.7-0.8kPa), 搏功随初长度增加而增加。
中段:心室压在2.02.7kPa,曲线趋平坦,说明前 负荷在上限范围内,对泵血 功能影响不大。 右段:心室压>2.7kPa,曲线 平坦或略降。说明正常心室 的充盈压即使很高,搏功基 本不变或轻度减少.
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