第1讲 心肌力学

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。
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。
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
（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。
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。
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。
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
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
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)。
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
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
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。
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 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
（1）心房收缩期：
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，
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↑
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 ）
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
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 。
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％。