1.3 心血管系统

1.3.1 心脏的基本结构、体循环和肺循环

心血管系统（cardiovascular system）由心脏和血管组成。心脏（heart）是推动血液循环的动力器官，其主要功能是泵血功能。心脏通过不间断的收缩和舒张活动，把血液泵入动脉，实现泵血功能。

如图1-1所示，人体心脏共有4个腔：左心房、左心室、右心房和右心室。左、右心房间及左、右心室间均不相通。但左心房与左心室之间、右心房与右心室之间均借房室瓣相通，左心是二尖瓣，右心是三尖瓣。二尖瓣和三尖瓣的作用是使血液只能单向地从心房流入心室，而不能倒流。心房前方突出的部位称为心耳。整个心脏的形状像倒置的圆锥体，稍大于本人的拳头。

心脏传导系（cardiac conduction system）位于心壁内，能够产生兴奋并传导冲动，从而维持心脏收缩和舒张的正常节律。心脏传导系包括：窦房结、房室结、房室束及其分支。窦房结位于右心耳处，是心脏自动节律性兴奋的发源地，即心脏的正常起搏点。由窦房结发出的冲动传导到心房肌，使得心房收缩，同时将冲动也传到房室结和心室，由此形成的心脏节律称为“窦性心律”。

心房和心室不间断地进行有规律的、协调的收缩和舒张活动，是心脏实现泵血功能、推动血液循环的必要条件。心房或心室每收缩和舒张一次，称为一个“心动周期（cardiac cycle）”。心动周期的长短与心率有关。正常成年人的平均心率为75次/分，每一个心动周期平均为0.8s。其中，心房收缩期约为0.1s，心房舒张期约为0.7s；心室收缩期约为0.3s，心室舒张期约为0.5s。心房和心室各自按一定的时程和先后顺序交替地进行收缩和舒张，左右两侧心房和心室的活动几乎是同步的。

血液从左心室射出，射入主动脉及其分支到达全身毛细血管，与周围的组织、细胞进行物质和气体交换，再由静脉流回右心房，其中上半身的血液通过上腔静脉流回右心房、下半身的血液通过下腔静脉流回右心房，这一血液循环途径称为“体循环”，也称为“大循环”。由右心室射出的、带有二氧化碳的静脉血经肺动脉到肺泡周围的毛细血管网进行气体交换，变为带有氧气的动脉血，经肺静脉注入左心房，这一血液循环途径称为“肺循环”，也称为“小循环”。图1-2为血液循环示意图。体循环和肺循环是同时进行的。体循环的路径较长，以动脉血供给全身各处，而肺循环的路径较短，主要是将含二氧化碳丰富的静脉血变为含氧气丰富的动脉血。

1.3.2 血管生理

血管可分为动脉（artery）、静脉（vein）和毛细血管（capillary）。动脉运送血液离开心脏。由左心室发出的主动脉及其分支运送动脉血；由右心室发出的肺动脉及其分支运送静脉血。动脉在血液循环的行程中不断分支，越分越细，最后移行为毛细血管。毛细血管连接动脉和静脉末梢。毛细血管遍布全身各处，管内血流速度很慢，是血液与组织液进行物质交换的场所。静脉引导血液流回心脏。起源于毛细血管的小静脉逐步汇合成中静脉和大静脉，并注入心房。

就血流速度而言，主动脉中的血流速度最快，毛细血管中的血流速度最慢。表1-1列举了动脉、静脉和毛细血管之间的区别。小血管（小动脉和微动脉）是产生血流阻力的主要部位。一般认为，心血管系统的“中心”部分就是指心脏及大血管，“外周”部分就是指小血管，“外周阻力”就是指小血管阻力[4]。人体通过调节血管的口径来改变外周阻力，从而调节血流量。

动脉血含氧丰富，因此颜色呈鲜红色；静脉血含二氧化碳丰富，因此颜色呈暗红色。对于体循环而言，动脉中流动的是动脉血，静脉中流动的是静脉血。但对于肺循环而言，肺动脉中流动的是静脉血，肺静脉中流动的是动脉血。

人体主要的动脉有颈动脉、椎动脉、胸主动脉、腹主动脉等。脑部的血液主要由颈动脉和椎动脉供给，心脏的血液由冠状动脉供给。分布在上肢的动脉有肱动脉、尺动脉、桡动脉等，分布在下肢的动脉有股动脉、胫前动脉、胫后动脉等。测量血压时，一般测量肱动脉处的血压；测量脉搏时，一般测量桡动脉处的脉搏。

1.3.3 评价心功能的常用指标

评价心功能的常用指标有“每搏输出量”“每分输出量”“射血分数”和“心指数”等[4]。

1．每搏输出量和每分输出量

“每搏输出量（stroke volume）”指一侧心室在一次心搏过程中射出的血液量。“每分输出量（minute volume）”指一侧心室在1min内射出的血液量，也称为“心输出量（cardiac output）”，它等于心率与每搏输出量的乘积。

由于体循环和肺循环相互串联，左、右两心室的输出量基本相等。有数据表明，在静息状态下，正常成年男性的心率约为75次/分，每搏输出量约为70ml，每分钟输出量约为5L。由于年龄、性别和生理状况不同，个体之间心输出量可有较大差异。一般情况下，年轻人的心输出量大于老年人，男性的心输出量大于女性，运动状态下的心输出量大于静息状态下。在一定范围内，心率增加，心输出量也增加。但心率过快时，心室充盈减少，每搏输出量减少，心输出量反而降低。

2．射血分数和心指数

心脏每搏动一次，心室只射出一部分的血液量，而并非把心室内的血液全部射出。有数据表明，在静息状态下，正常成年人左心室舒张末期的容积约为125ml，收缩末期的容积约为55ml，两者之差为70ml。搏出量与心室舒张末期的容积的百分比称为“射血分数（ejection fraction, EF）”。

心输出量与身材、体重、体表面积都有关。静息时的心输出量与体表面积成正比。以单位体表面积（m2）计算心输出量，称为“心指数（cardiac index）”。静息和空腹时的心指数称为“静息心指数”。中等身材成年人的该值为3.0～3.5L/（min·m2）。[4]

3．心力储备

在静息状态下，正常成年人的心输出量为5L左右，在剧烈运动时可增加5～6倍。随着能量代谢的增加，心输出量也增加，因此心脏具有一定的“心力储备（cardiac reserve）”。运动员的心力储备比正常人大，心脏病患者的心力储备比健康人小。心力储备减小常表现为运动时心输出量不能相应增加，出现心慌、气喘等症状。心力储备可用来描述心脏对机体代谢的适应能力。

1.3.4 心血管活动的神经和体液调节

人体心血管活动的调节有“神经调节”“体液调节”和“自身调节”3种方式。长时间内心血管活动的调节主要靠肾上腺素、去甲肾上腺素等儿茶酚胺类化学物质以及“肾素-血管紧张素-醛固酮系统”的体液调节，而短时间内心血管活动的“即刻调节”则主要靠自主神经调节。

1．神经调节

支配心脏的自主神经包括交感神经和副交感神经。心脏交感神经的节前纤维从脊髓胸段1～5节的侧角发出，心脏副交感神经主要发自延髓的迷走神经背核和疑核[7]。心脏的副交感神经通常也称为“迷走神经（vagus nerves）”。心脏自主神经对于心脏正常节律的维持和人体心血管活动的调节起着重要的作用。

如表1-2所示，交感神经的节后纤维末梢释放的神经递质是去甲肾上腺素，它主要与心肌细胞膜上的β受体相结合；迷走神经的节后纤维末梢释放的神经递质是乙酰胆碱，它主要与心肌细胞膜上的M受体相结合。当交感神经兴奋时，心率加快，心肌收缩加强，房室交界处的传导加速，即出现正性的“变时、变力和变传导”作用。与此相反，迷走神经兴奋时，心率减慢，心肌收缩减弱，房室交界处的传导减慢，即出现负性的“变时、变力和变传导”作用。

心率的综合反应取决于交感神经与迷走神经之间的动态平衡。在静息状态下，迷走神经持续兴奋而交感神经的活动被抑制，心动周期中心脏节律性的收缩和舒张变化主要依赖于迷走神经的调节。相反，在运动状态下，迷走神经的兴奋性降低，心率的变化主要由交感神经控制。当机体处于应激状态时，同样可表现为交感神经兴奋性增强和迷走神经功能相对抑制，此时常出现心动过速的现象。

延髓是人体心血管活动的基本调节中枢，颈动脉窦和主动脉弓的压力感受性反射是人体最重要的心血管反射。位于颈动脉窦和主动脉弓的压力感受器感知的是血液对动脉壁的机械牵张。当肱动脉处的动脉血压突然下降时，通过颈动脉窦和主动脉弓的调节，心交感神经的兴奋性增加、迷走神经的兴奋性减弱，从而使得心率增快、房室交界处的传导加速、心肌收缩加强、外周血管收缩、血压上升、静脉回流增加，心输出量增加。反之，当动脉血压突然上升时，通过颈动脉窦和主动脉弓的调节，使得交感神经的兴奋性减弱，迷走神经的兴奋性增加，心输出量减少，动脉血压降低，心率减慢。因此，颈动脉窦和主动脉弓的压力感受性反射是一种典型的“负反馈”调节机制，其生理意义在于维持人体心血管活动的稳态。

2．体液调节

血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素统称为“儿茶酚胺”。肾上腺素和去甲肾上腺素都能激活心肌细胞膜上的β受体，使得心率加快、心肌收缩加强、房室交界处的传导加速。相比而言，肾上腺素对心脏的作用比去甲肾上腺素更强。去甲肾上腺素能使大多数血管收缩，外周阻力增加，血压上升。而肾上腺素能使内脏血管收缩，骨骼肌血管舒张。因此，当人体在运动状态时，肾上腺素可以使骨骼肌的血流量增加，全身各器官血液重新分配。

血管紧张素Ⅱ能使微动脉收缩，外周阻力增加，动脉血压升高。醛固酮具有保钠、保水、保体液的作用，使得细胞外液增加，血容量增加，血压升高。因此，“肾素-血管紧张素Ⅱ-醛固酮系统”都可以使血压升高。此外，“血管升压素”也能使血压升高。动脉血压在较长时间内（数小时以上）的调节，主要靠肾脏调节肾素-血管紧张素Ⅱ-醛固酮系统和血管升压素等体液予以实现。

人体心血管活动的调节常常是神经调节和体液调节综合的结果。例如，在从事体力劳动时，交感神经兴奋性增强，迷走神经兴奋性减弱，肾上腺髓质分泌增多，血液中的儿茶酚胺浓度增加，肌肉节律性的挤压活动（肌肉泵）和呼吸运动（呼吸泵）都加强，所有这些因素都使得心率加快、心肌收缩加强、静脉回心血量增加、心输出量增加。此时全身血液重新分配，骨骼肌和心肌的血管扩张、血流量增加，从而获得更多的氧和营养物质。