心脏通过节律性收缩和舒张实现泵血功能。心脏收缩时,将血液射入动脉,并通过动脉系统将血液分配到全身各组织器官;心脏舒张时,则吸引静脉系统内血液回流到心脏,为下一次射血做准备。
(一)心率与心动周期
1.心率 每分钟心脏搏动的次数称为心率(heart rate)。正常成人安静时的心率为60~100次/分,平均约75次/分;超过100次/分为心动过速,低于60次/分为心动过缓。心率有明显个体差异,受年龄、性别及其他生理因素的影响。新生儿心率可高达130次/分以上,两岁幼儿约为100~120次/分,5岁以后逐渐变慢,至青春期接近成年人;成人中女性略快于男性;经常进行体育锻炼和体力劳动者,安静时心率较慢;同一个人,在安静或睡眠时心率较慢,运动或情绪激动时心率加快。
2.心动周期 心房或心室每收缩和舒张一次所构成的机械活动周期称为一个心动周期(cardiac cycle)或称一次心跳。心房和心室的活动周期均包括收缩期(systole)和舒张期(diastole)。每一个心动周期,先是两心房同时收缩,然后舒张;心房开始舒张时,两心室同时收缩,继而舒张。如以心率为75次/分计算,则一个心动周期为0.8s,其中心房收缩期为0.1s,舒张期为0.7s;心室收缩期为0.3s,舒张期为0.5s。从心室开始舒张到心房开始收缩之前这段时间,心房、心室都处于舒张状态,称为全心舒张期,约0.4s。由于推动血液流动主要依靠心室的舒缩活动,故临床常把心室的收缩期和舒张期作为心的收缩期和舒张期,简称心缩期和心舒期(图4-10)。
图4-10 心动周期中心房和心室活动示意图
在正常情况下,左、右心房或左、右心室的活动几乎是同步进行,且心房和心室的舒张期均长于收缩期,这样既有利于静脉血液回流入心使心脏充盈,又使心脏得到了充分的休息,所以有利于心脏更有效地射血,从而保证心脏能持久工作不易疲劳。
心动周期的时间长短取决于心率快慢,两者呈反变关系。如心率加快,则心动周期缩短,心缩期和心舒期均缩短,但心舒期缩短更明显。因此,心率过快,对心的血液充盈和持久工作不利。
(二)心脏泵血过程和机制
血液由心室泵入动脉有赖于心室舒、缩所引起的心腔内压力变化及心瓣膜对血流方向的控制。心室的泵血过程可分收缩期射血过程和舒张充盈过程,左、右心的活动基本相同,现以左心为例介绍(图4-11)。
1.心缩期 心室收缩之前,心室内压低于心房压和主动脉血压,此时二尖瓣开放,主动脉瓣关闭,血液由心房注入心室,心房收缩完毕进入舒张期后,心室开始收缩,进入心缩期。
图4-11 心动周期中心房和心室活动关系图
(1)等容收缩期:心室开始收缩后,室内压迅速增高,当超过房内压时,心室内的血液推动二尖瓣使其关闭。此时,室内压仍低于主动脉血压,主动脉瓣仍处于关闭状态。心室腔处于密闭状态,无血液进出,心室容积不变,心室肌收缩只产生张力而无缩短,故称等容收缩期,持续约0.05s。此期心室内压急剧升高。
(2)射血期:随着左心室的继续收缩,室内压力继续上升,当超过主动脉血压时,心室血液冲开主动脉瓣而射入主动脉,进入射血期,持续约0.25s。射血期前段,血液射入动脉的速度快,射入的血量约占心室一次射血量的70% ,心室容积明显缩小,该期称快速射血期,此期约0.10s。射血期后段,射血速度减慢,称减慢射血期,此期约0.15s;在减慢射血期末室内压已略低于主动脉血压,但因射入主动脉的血液具有较大的动能,依其惯性血液逆压力梯度仍可继续射入主动脉;射血量占总射血量的30% ,心室容积继续缩小至最低值。
2.心舒期 心室在收缩之后的舒张期内进行血液充盈,为下次射血储备血量。
(1)等容舒张期:心室收缩完毕后开始舒张,室内压迅速下降,当室内压低于主动脉压时,主动脉根部内血液返流,推动主动脉瓣关闭;此时室内压仍然高于房内压,二尖瓣仍处于关闭状态,心室再次形成密闭的腔,无血液进出心室,心室容积不变,故称为等容舒张期,历时约0.06~0.08s。此期室内压急剧下降。
(2)充盈期:当室内压下降到低于房内压时,心房内血液冲开二尖瓣进入心室,心室便开始充盈。由于室内压明显降低,甚至造成负压,这时心房和肺静脉内的血液因心室的抽吸作用而快速流入心室,心室容积迅速增大,故称为快速充盈期,此期持续约0.11s。在快速充盈期进入心室的血液量约为总充盈量的70% ,是心室充盈的主要阶段。随后,血液进入心室的速度减慢,故称为减慢充盈期,此期持续约0.22s。在心室舒张的最后0.1s,心房收缩,房内压升高,将心房内的血液继续压入心室,使心室进一步充盈。此期进入心室的血液约占心室总充盈量的10% ~30% 。可见在心脏射血及充盈过程中,心房的作用远不及心室重要。因此发生心房纤维颤动时,心脏的射血功能影响较小。
右心室的泵血过程与左心室基本相同,但由于肺动脉血压约为主动脉血压的1/6,因此在心动周期中右心室内压的变化幅度要比左心室内压小得多。
因此,心脏泵血机制可以概括为:心室射血的动力主要是心室肌收缩所造成的室内压升高,超过动脉压;心室充盈的主要原因是心室肌的舒张所引起的室内压降低的低压抽吸作用;而决定血流的单向流动则是瓣膜的单向开放和关闭。现将心动周期中多种变化归纳为表4-1。
表4-1 心动周期中心腔压力、心室容积、瓣膜开闭及血流变化
(三)心脏泵血功能的评价和影响因素
1.心脏泵血功能的评价 心脏泵血功能的好坏直接影响机体各个器官的血液供应。如泵血量太少,不能满足机体各个器官的需要,将严重影响器官功能,一些重要脏器如心、脑、肾供血不足将产生严重后果。因此,临床常需要对心脏的泵血功能进行评价,常用的心泵功能评价指标主要有以下几种。
(1)每搏输出量和射血分数:一侧心室每收缩一次所射出的血量,称为每搏输出量(stroke volume),简称搏出量。在安静状态下,正常成人搏出量约70ml(60~80ml),且左右心室基本相等。每次搏动,心室内血液并没有全部射出,心舒期末,心室腔内的血液约125ml,称为心室舒张末期容积(enddiastolic volume)。每搏输出量占心室舒张末期容积的百分比,称为射血分数(ejection fraction),健康成人安静时为55% ~65% 。在心室功能减退、心室异常扩大的情况下,虽然搏出量与正常人无明显差别,但此时的射血分数已明显下降。因此,评价心脏泵血功能时,射血分数比搏出量更为客观。
(2)心输出量和心指数:一侧心室每分钟射入动脉的血量,称为每分输出量,简称心输出量。心输出量等于搏出量和心率的乘积。正常成人安静时,心率若75次/分,心输出量则为4~6L/min,平均约为5L/min。心输出量与机体代谢水平相适应,并与年龄、性别等因素有关。情绪激动或肌肉活动时可使心输出量增加,可高达25~35L/min。在相同条件下,女性的心输出量约低于男性10% ;青年人心输出量大于老年人。
不同个体因其代谢水平不同,对心输出量的需求也不一样,如身材高大者心输出量大于身材矮小者。因此,单以心输出量作为评价不同个体心功能的指标是不全面的。人在安静状态下心输出量不与身高、体重呈正比,而与体表面积呈正比。以单位体表面积计算的心输出量称为心指数。我国中等身材成人的体表面积约为1.6~1.7m2,静息时心输出量以5L/min计,则心指数为3.0~3.5L/(min・m2)。
(3)心脏做功:心脏要克服动脉血压所形成的阻力才能完成泵血。在不同动脉血压的条件下,心脏射出相同血量所消耗的能量或做功量是不同的。当动脉血压升高时,心脏射出与原来相同的血量,必须加强收缩,做更大的功,心肌耗氧量也增加;否则,射出的血量将减少。反之,在动脉血压降低时,心脏做同样的功,可射出更多的血液。可见,用心脏做功量比单用心输出量来衡量心泵血功能更为全面。
2.影响心输出量的因素 心输出量是搏出量和心率的乘积,凡能影响后两者的因素都能影响心输出量。而搏出量又受心室肌的前负荷、后负荷和心肌收缩力的影响。
(1)心肌前负荷(心室舒张末期充盈量):心室舒张末期充盈量是静脉回心血量和射血后心室内的剩余血量之和。在一定范围内,静脉回心血量增加,心室舒张末期充盈量增加,心肌前负荷增大,心室容积随之增大,心肌纤维初长度(即收缩前的长度)增大,心肌收缩力增强,每搏输出量增多;相反,则每搏输出量减少。如果静脉血回心速度过快、量过多,可造成心肌前负荷过大,心肌初长度过长,超过心肌最适初长度时,心肌收缩力反而减弱,导致每搏输出量减少,可引起急性心力衰竭。故临床静脉输液或输血时,其速度和量应掌握适当。
(2)心肌后负荷(动脉血压):心肌后负荷是指心肌收缩时所遇到的阻力,即动脉血压。在其他因素不变的条件下,动脉血压增大时,心肌收缩力增强,使每搏输出量保持在正常水平。如果动脉血压长期高于正常,心室肌将长期处于收缩加强状态而逐渐出现心室重构,此时搏出量可能在正常范围,但心脏做功量增加;久之,心脏将不堪重负,最终导致心力衰竭。因此,对由后负荷增大引起的心力衰竭患者,可考虑用扩张血管的药物降低动脉血压,减轻心肌后负荷,增加每搏输出量,对改善心功能是有益的。
(3)心肌收缩能力:心肌收缩力是指心肌细胞不依赖于前、后负荷的一种内在特性。人体的心肌收缩能力受神经和体液因素影响。交感神经兴奋时,心肌的收缩能力(包括收缩的强度和速度)增强,肾上腺髓质分泌的肾上腺素增多,心肌的收缩能力也增强。收缩能力愈强,搏出量愈多,心率也愈快。
(4)心率:心率40~180次/分范围内,心率加快可使心输出量增加。但如果心率太快(超过180次/分)时,因心舒期明显缩短,心室充盈量显著减少,将引起心输出量减少;心率过慢,(低于40次/分)时,虽然舒张期延长,但心室充盈已达到极限,不能再增加充盈量和搏出量,心输出量亦明显减少。由此可见,心率过快或过慢,心输出量都会减少。
(四)心力储备
健康成年人在安静状态时的心输出量约为5L/min左右,强体力劳动或剧烈运动时可增加到25~30L/min,为安静时的5~6倍,说明正常心脏的泵血功能有相当大的储备量,这种心输出量能随机体代谢的需要而增加的能力,称为心力贮备。心力贮备越大,表明心脏的泵血功能越好,越能够适应紧张激烈的运动需要。经常进行体力劳动,坚持体育锻炼,可使心力贮备提高。而心力贮备过小,安静时心输出量尚能满足机体代谢的需要,但稍进行体力活动,则心悸气短,不能胜任,说明心输出量不能满足机体代谢的需要,是为心衰的表现。
(五)心音
在每一个心动周期中,由心肌舒缩、瓣膜启闭、血流冲击心室及大动脉壁等因素引起振动而产生的声音,称为心音(heart sound)。可用听诊器在胸壁听取,也可用心音图仪描记成心音图。
正常情况下每一心动周期可产生四个心音,分别称为第一、第二、第三和第四心音。一般情况下,用听诊器只能听到第一、第二心音(表4-2),在一些健康儿童及青年人可听到第三心音,40岁以上的健康人有时可听到第四心音。
表4-2 第一心音与第二心音比较
1.第一心音 发生在心室收缩期,标志着心室收缩的开始。主要由心肌收缩、房室瓣关闭及心室射出的血液冲击主动脉壁引起的振动汇合而成。特点是音调低,持续时间较长,约为0.12~0.14s。第一心音在左胸壁第5肋间锁骨中线处(心尖处)最清晰。其强弱可反映心肌收缩的力量及房室瓣的功能状态。
2.第二心音 发生在心室舒张期,标志着心室舒张期的开始。由动脉瓣关闭及血流冲击心室和动脉根部的振动而形成。其特点是音调高,持续时间较短,约为0.08~0.10s。在主动脉瓣区及肺动脉瓣区最清晰。其强弱可反映动脉血压的高低及动脉瓣的功能状态。
听取心音可了解心率及心律、心肌收缩力、瓣膜的功能状态是否正常等。瓣膜关闭不全或狭窄时,均可使血液产生涡流而发生杂音。因此,心音听诊在某些心脏疾病的诊断中有重要意义。
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