正常心室舒张是主动耗能还是被动

（一）心动周期和心跳频率

1．心动周期　心脏每收缩和舒张一次所构成的一个机械活动周期称为心动周期（cardiac cycle）。由于心脏由心房和心室这两个功能合胞体构成，所以心动周期包括心房的心动周期和心室的心动周期。这两种周期活动既有先后次序进行，又有一定的相互重叠。一般而言，心脏的活动主要是由心室来完成的，因此，心动周期主要是指心室的舒缩活动。

2．心跳频率　每分钟的心动周期数或每分钟的心跳次数称为心跳频率，简称心率。健康成人安静状态时的心率为60～100／min，平均约75／min。心率存在生理变动。年龄越小心率越快，新生儿的心率可达130／min以上，随着年龄增长而逐渐减慢，至青春期接近成年人；成年女性的心率略快于男性；经常进行体育活动和体力劳动者，由于迷走神经紧张性较一般人高，故心率较慢；同一个人的心率还与其本人的机能状态有关，处于激动、紧张或运动时心率较快，这与交感神经兴奋和儿茶酚胺增加有关，而安静或睡眠时则相反。心率是临床经常测定的一个反映心脏活动的指标，在评定其是否正常时，一定要考虑生理变动的因素是否存在。另外，心率与心律具有不同的含义，后者是指心跳的节律是否规则，如心跳有快慢或停顿等现象时称心律不齐。

心动周期持续的时间与心跳频率有关，两者成反比关系。如心率以75／min计算，每个心动周期持续时间是0．8s。一个心动周期中，两心房首先收缩，持续时间仅0．1s，继而心房舒张，持续时间长达0．7s。当心房收缩时，心室处于舒张期，心房收缩完毕进入舒张期后，心室才开始收缩，持续时间0．3s，随后心室进入舒张期，历时0．5s。心室舒张的前0．4s期间，心房也处于舒张期，这一时期称为全心舒张期（图5-1）。从上可知，一个心动周期中，无论是心房还是心室，均是舒张时间长于收缩时间，这就保证了心脏有足够的充盈时间和休息时间，有利于心脏的持久工作。如果心率增快，心动周期持续时间就会缩短，收缩期和舒张期均相应缩短，尤其是舒张期缩短更为明显。因此，心率增快时，心室充盈量将受影响。同时，心肌工作的时间将延长，休息时间将缩短，这对心脏的持久活动是不利的。反之心率过慢，也不利于心脏的射血。

（二）心室的射血与充盈

由于心室收缩时间及收缩强度明显超过心房，故在心脏的泵血活动中，心室起着主要作用。左右心室的活动几乎同步，其射血和充盈过程几乎相似，射血量也几乎相等。下面以左心室为例，说明心室的泵血和充盈过程。

1．左心室的收缩与射血过程　这一过程包括三个时期，即等容收缩期、快速射血期和减慢射血期。

（1）等容收缩期：左心房收缩完毕进入舒张之时，左心室肌即开始收缩，左心室内压迅速升高，很快左心室内压高于左心房内压，左心室内血液推动二尖瓣关闭，血液因而不会反流入左心房。此时左心室内压尚低于主动脉压，主动脉瓣仍处于关闭状态，左心室成为一个密闭的腔。由于封闭的左心室腔中充盈着不可压缩的血液，使左心室容积没有发生变化，故称为等容收缩期。等容收缩期是室内压急剧上升的时期。

（2）快速射血期：左心室肌继续收缩，左心室内压继续升高，当左心室内压高于主动脉压时，血液冲开主动脉瓣由左心室射入主动脉内，由于此时射入主动脉内的血量大、速度快，故称快速射血期。左心室容积随着血液的射出而明显减小。此期左心室内压升高达到顶峰。本期射出的血液量占总射血量的70%左右。

（3）减慢射血期：快速射血期内已有大量的血液射入主动脉，主动脉血压相应增高，左心室容积迅速减小，左心室肌的收缩强度逐步减弱，左心室内压也逐步下降，射血速度和射血量逐渐下降，这段时期称为减慢射血期。在此期的中、后期，虽然左心室内压已小于主动脉内压，但左心室内的血液因受到心室肌收缩的挤压具有较高的动能，依其惯性作用逆着压力差继续将血液射入主动脉。本期射出的血液量占总射血量的30%左右。

2．左心室的舒张与充盈过程　这一过程也包括三个时期，即等容舒张期、快速充盈期、减慢充盈期。

（1）等容舒张期：左心室肌开始舒张后，左心室内压急剧下降而低于主动脉血压时，主动脉内血液反流，冲击主动脉瓣使其关闭。但此时左心室内压仍明显大于左心房内压，二尖瓣依然关闭着，左心室又成为密闭的腔。室内压快速下降而容积不发生变化，称为等容舒张期。

（2）快速充盈期：左心室肌继续舒张，当左心室内压下降到低于左心房内压时，二尖瓣被血液冲开，左心房和肺静脉内的血液顺房室压力梯度被快速“抽吸”流入左心室，左心室容积随之增大，这一时期称为快速充盈期。此期充盈左心室的血液量约占总充盈量的2／3。

（3）减慢充盈期：快速充盈期后，左心室内已有相当的充盈血量，大静脉、房室间的压力梯度逐渐减小，血液以较慢的速度继续流入左心室，左心室容积继续增大，称减慢充盈期。

图5-1　心动周期中心房与心室活动的顺序和时间分配

在减慢充盈期末，随着血液不断流入心室，房室间的压力趋于平衡。在此基础上，心房肌开始收缩，提高了房内压，心房内的血液继续被挤入已有相当充盈但仍处于舒张状态的心室。心房收缩期历时0．1s，其增加的心室充盈量占心室总充盈量的10%～30%。由于心脏的射血依靠心室肌收缩，心室的充盈主要依靠心室肌本身舒张时室内压下降对心房血液的抽吸作用，故临床上心房纤维颤动与心室纤维颤动对心脏充盈与射血的影响程度有极大的区别。

上述心脏的射血与充盈过程可以简述为：心室收缩时，室内压升高，房室瓣关闭而动脉瓣开放，血液由心室射入动脉；心室舒张时，室内压下降，动脉瓣关闭而房室瓣开放，血液由心房充盈心室。从以上对心室射血和充盈过程的描述中不难看出，心室肌的收缩和舒张引起室内压的升降，是导致心室与心房之间、心室与动脉之间压力差形成的基本原因，而压力差又是血液流动和瓣膜开闭的直接动力。瓣膜启闭决定了血液流动方向，血流的变化决定了心室容积的变化。

（三）心音

在每一个心动周期中，由于心肌收缩、瓣膜启闭、血液对心血管壁的撞击等因素引起的机械振动，构成了声源。这种机械振动，可通过周围组织传递到胸壁，如将听诊器放在胸壁某些部位，就可听到声音，称为心音（heart sound）。若用心音换能器将这些机械振动转换成电信号并描记成曲线图，便是心音图。

每一心动周期中，至少可听到两个心音，分别称为第一心音和第二心音。在正常人偶尔可听到第三心音和第四心音。

第一心音发生在心室收缩期初，是心室开始收缩的标志。听诊的特点是：音调低，持续时间相对较长，在心尖部听得最清楚。第一心音的产生原理主要是由于房室瓣突然关闭的振动引起的，也与心室射出的血液冲击动脉壁引起振动有关。第一心音的响度主要取决于心室的收缩力，心室收缩力愈强，房室瓣振动愈强，则第一心音愈响。

第二心音发生在心室舒张期初，是心室开始舒张的标志。听诊的特点是：音调高，持续时间相对较短，在心底部听得最清楚。第二心音的产生原理主要是由于动脉瓣突然关闭的振动所致，也与血液反流冲击大动脉根部及心室壁振动有关。第二心音的响度主要取决于主动脉和肺动脉压力的高低，压力愈高，与心室间的压力差愈大，动脉瓣的振动愈大，则第二心音愈响。

第三心音发生在快速充盈期末，是一种低频、低振幅的心音，是由于心室快速充盈期末，血流充盈减慢，流速突然改变，使心室壁和瓣膜发生振动而产生的。

第四心音是与心房收缩有关的心室壁和瓣膜振动，故也称心房音。

（四）心脏泵血功能的评定

心脏的功能是泵出血液，单位时间内心脏泵出血量的多少，是反映心脏功能是否正常的最基本的评定指标。

1．每搏输出量与射血分数　一侧心室一次收缩所射出的血量，称为每搏输出量，简称搏出量（stroke volume）。正常成人在静息状态下左心室的搏出量是60～80ml，相当于心室舒张末期容积与收缩末期容积之差。搏出量占心室舒张末期容积的百分比，称为射血分数（ejection fraction）。正常成人在静息状态下左心室舒张末期的容积为125～145ml，射血分数为55%～65%。在心室功能减退、心室异常扩大的情况下，虽然搏出量可能与正常人没有明显区别，但此时的射血分数却明显下降，若单纯依据搏出量来评定心脏的泵血功能，不考虑心室舒张末期容积，可能做出错误的判断。

2．每分输出量与心指数　每分钟由一侧心室所射出的血量称为每分输出量，或称心输出量（cardiac output），心输出量是搏出量与心率的乘积。若健康成年男性在静息状态下，心率为75／min，搏出量为70ml（60～80ml），心输出量则为4．5～6．0L／min，平均约5L／min。心输出量有生理变动，女性的心输出量比男性约低10%；青年人的心输出量高于老年人；在剧烈运动时心输出量明显增加；睡眠或麻醉情况下则心输出量明显减少。

心输出量是以个体为单位计算的。身体矮小和高大者，其新陈代谢总量并不相等，因此，用心输出量的绝对值作为指标进行不同个体之间心功能的比较，是不全面的。有资料表明，很多生理数据与体表面积成正比，如肺活量、基础代谢率等。以每平方米体表面积计算的心输出量，称为心指数（cardiac index）。中等身材的成年人体表面积为1．6～1．7m2，安静和空腹情况下心输出量为5～6L／min，故心指数为3．0～3．5L／（min·m2）。安静和空腹情况下的心指数，称之为静息心指数，是分析比较不同大小个体心功能时常用的评定指标。

心指数随不同生理条件而异。年龄在10岁左右时，静息心指数最大，可达4L／（min· m2）以上，以后随年龄增长而逐渐下降；到80岁时，静息心指数降至接近于2L／（min·m2）。运动、妊娠及进食等时，心指数亦增高。女性心指数比同年龄男性低些。

（五）影响心输出量的因素

在机体内，心脏泵出的血液能适应不同生理情况下新陈代谢的需要。心输出量既决定于心脏本身活动的改变，又受神经体液因素的调节。下面从心脏自身的角度来分析影响心输出量的因素。心输出量等于搏出量与心率的乘积，凡能影响搏出量和心率的因素，均是影响输出量的因素。

1．影响搏出量的因素　当心率不变时，搏出量的多少取决于心肌收缩的强度和速度。心肌收缩愈强愈快，心输出量就愈多。心肌与骨骼肌一样，其收缩的强度和速度也受心脏前负荷、后负荷和肌肉收缩能力的影响。

（1）心脏前负荷：是指心室收缩前所承受的负荷。通常是指心室舒张末期的充盈量或容量，故心脏的前负荷又称容量负荷。心室舒张末期的充盈量取决于心室射血后的余血量和静脉回心血量之和，其中静脉回心血量是影响心室舒张末期充盈量的重要因素，而静脉回心血量又决定于心室舒张期的长短和静脉血回流的速度。心室舒张期的长短与心率有关，静脉血回心速度则与静脉管道两端的压力差及静脉血管对血流阻力的大小有关。

心室舒张末期充盈量的多少决定了心室肌收缩前的初长度，初长度在一定范围内增加，心肌细胞内粗肌丝与细肌丝的有效重叠增加，发挥作用的横桥数目增加，肌丝滑行力增强，心肌的收缩力增强，搏出量及心输出量增加。能使心肌收缩力达到最大值的初长度称为最适初长度，与此同时的前负荷称为最适前负荷。这种由于心肌细胞本身初长度改变引起心肌收缩强度改变和搏出量改变的调节形式称为异长自身调节（heterometric autoregulation）。

异长自身调节的生理意义在于对搏出量进行精细的调节，当体位改变使静脉回流突然增加或减少，或动脉血压突然增高时，或当左、右心室搏出量不平衡等情况下所出现充盈量的微小变化，都可以通过异长自身调节来改变搏出量，使之与充盈量保持平衡。

（2）心脏后负荷：后负荷是指心室肌开始收缩后才遇到的负荷。对心室而言，动脉血压构成心脏后负荷，故后负荷又称压力负荷。主动脉血压构成左心室的后负荷；而肺动脉血压则构成右心室的后负荷。在心率、前负荷和收缩能力不变的情况下，当动脉血压暂时升高时，心室后负荷增大，导致等容收缩期延长，半月瓣开放推迟，射血速度减慢，射血时间缩短，搏出量暂时减少。然而，搏出量的减少，使心室剩余血量增加，充盈量增加，前负荷增加，初长度增加，通过异长自身调节使搏出量又可以恢复到原有正常水平。如果动脉血压长期持续升高，机体将通过增加心肌收缩能力，使机体在动脉血压升高的情况下，能够维持适当的心输出量。但这种心输出量的维持是以增加心肌收缩力为代价的，久而久之，心脏将出现逐渐肥厚的病理改变，如果主动脉高压即高血压将引起左心室肥大，肺动脉高压将引起右心室肥大。最终导致心脏泵血功能的衰竭。

若其他条件不变，后负荷下降时则心输出量将增加。临床上用扩张血管药物降低心脏后负荷，治疗心力衰竭，并提高心输出量，其原理就在于此。

（3）心肌收缩能力：当人们在运动或强体力劳动时，搏出量可成倍增加，而此时心室舒张末期容积不一定增大，甚至可能减小，动脉血压也有所增高。即此时心脏收缩强度和速度的变化并不主要依赖于前、后负荷的改变，机体可通过改变心肌收缩能力来适应不同代谢水平的需要。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。心脏泵血功能的这种调节是通过收缩能力这个与初长度无关的因素改变而实现的，故称等长自身调节（homometric autoregulation）。心肌收缩能力受兴奋-收缩耦联过程中各个环节的影响，包括兴奋时胞质中的Ca2＋浓度、横桥与肌纤蛋白联结的数量和横桥ATP酶的活性等。神经体液因素和药物等均可通过改变心肌收缩能力来影响搏出量。如心交感神经兴奋和肾上腺素等使心肌收缩能力加强，而心迷走神经兴奋和乙酰胆碱等使心肌收缩能力下降。

2．心率对心输出量的影响　心率是决定心输出量的基本因素之一，在一定的范围内，心率与心输出量成正比关系。但是如果心率太快，超过170～180／min，心动周期缩短，尤其是舒张期缩短更甚，心室缺乏足够的充盈时间，充盈量减少，搏出量可减少到正常的一半左右，心输出量开始减少。一个缺乏锻炼的人，如参加剧烈的运动时，心率非常快，心输出量明显下降，血压也会随之下降，出现脸色苍白、头晕乏力等心输出量不足、器官供血不足的表现。反之，如心率太慢低于40／min时，虽然心舒张期明显延长，但心室充盈早已接近最大限度，不能再继续增加充盈量，此时虽然搏出量正常或略增加，但每分心输出量却明显下降。临床上，对某些心跳特别慢的病人，需要安装人工心脏起搏器，以维持病人合适的心跳频率来保证正常的心输出量。可见，合适的心率时，心输出量最大，心率过快或过慢，心输出量都将减少。

（六）心脏泵血功能的储备

心输出量能随机体代谢需要而增加的能力称为泵功能储备或心力储备（cardiac reserve）。健康成年人静息状态下的心输出量为5L／min左右，而剧烈运动或强体力劳动时可达到25～30L／min，为静息时的5～6倍，表明健康人心脏泵血功能有相当大的储备。心力储备包括心率储备和搏出量储备。

1．心率储备　一个经常锻炼的健康成人，安静时心率平均为75／min，剧烈运动或强体力劳动时心率可增快到180～200／min，此时虽然心率很快，但心输出量不会因心舒期缩短而减少。这是因为剧烈运动时静脉血回流速度明显加快，心室充盈速度大大加快之故。充分动用心率储备时，就可以使心输出量增加2～2．5倍。

2．搏出量储备　搏出量是心室舒张末期容积和收缩末期容积之差，搏出量储备的变化又可分为舒张期储备和收缩期储备。比较起来，舒张期储备比收缩期储备要小得多。静息状态下舒张末期容积约为145ml，由于心肌的伸展性小，心室不能过分扩大，一般只能达到160ml左右，即舒张期储备只有15ml左右。左心室收缩末期容积通常约为75ml，当心肌收缩能力增加时，能射出更多的血，使心室剩余血量不足20ml。可见通过动用收缩期储备，就可使搏出量增加约55ml。当进行强烈体力活动时，由于交感-肾上腺髓质系统活动增加，主要通过动用心率储备以及收缩期储备；另一方面由于肌肉泵的作用，使静脉回流增加，心舒张末期的心室容积有所增大，也动用了舒张期的储备，使心输出量增加。

坚持体育锻炼可使心肌纤维变粗，心肌收缩能力增强，因此收缩期储备增加，同时，心率储备也增加。