生理学:第四章 血液循环课件.ppt
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1、第四章 血液循环,Blood Circulation,循环系统,血液循环,血液循环的功能,物质运输,保持内环境稳态及防卫功能,体液调节,第一节 心脏的泵血功能,Cardiac Pump Function,一、心脏泵血的过程和机制,(一)心动周期(cardiac cycle),心脏一次收缩和舒张构成一个机械 活动周期,称为心动周期,正常成年人心率平均每分钟75次, 心动周期持续 0.8 s,0.1,0.2,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.1,心房,心室,心率快慢主要影响舒张期时程,舒张期时间收缩期时间,全心舒张期0.4s利心肌休息和心室充盈,心动周期,房室交替,左右联
2、动,(二)心脏的泵血过程,(二)心脏的泵血过程,心房收缩 心房容积 房内压房室瓣开放(半月瓣处关闭状态) 挤血入心室(占心室充盈量25%),(二)心脏的泵血过程心房收缩期,心房收缩期,心室收缩期,(1)等容收缩期,心室开始收缩 室内压房室瓣关闭(容积不变、血液不流)继续收缩 室内压急剧,(1)等容收缩期特点, 房室瓣关闭产生第 一心音 房室瓣、动脉瓣处 关闭状态 等容收缩末的动脉 压最低 室内压上升速最快,(2)射血期快速射血期,心室继续收缩 室内压动脉压半月瓣开放(房室瓣处于关闭)迅速射血入动脉(占射血量2/3)心室容积迅速,特点: 快速射血期末室内压与主动脉压最高 用时少(0.1s),射血
3、量大,(2)射血期减慢射血期,心室收缩射血速度减慢室内压略主动脉压血液动能推动射血,特点: 用时多(0.15s),射血量少(占射血量1/3),心室舒张期,(1)等容舒张期,心室开始舒张 室内压半月瓣关闭(产生第二心音)继续舒张 室内压急剧 (房室瓣处于关闭状态) 容积不变、血液不流,(2)心室充盈期快速充盈期,等容舒张期末室内压 房内压房室瓣开放心室继续舒张室内压明显降低血液迅速入室(2/3)心室容积迅速,特点:本期末室内压最低,随着心室内血液的充盈,心室与心 房、大V间的压力差减小,血液流入 心室的速度减慢,心室舒张期的后0.1s,心房收缩, 挤压血入心室,(2)心室充盈期减慢充盈期,心动周
4、期中心房、心室容积、压力、瓣膜开关和血流方向的变化,房室A,关,关,无 进 出,不变,等容收缩期,房A,关,开,室A,快速射血期,房室 A,关,开,室A (惯性),减慢射血期,房室A,关,关,无 进 出,不变,等容舒张期,房室A,开,关,V房室,快速充盈期,房室A,开,关,V房室,减慢充盈期,房室A,开,关,房室,房室,(三)心房在心脏泵血中的作用,1.心房的初级泵作用,心房收缩期:心房收缩利于心脏射血及 静脉回流,起初级泵作用,心室收缩期:接纳、存储静脉回流血液,心室舒张期:静脉血回流心室的通道,2. 心动周期中房内压的变化,a波:心房收缩,c波:心室收缩,v波:静脉回流,(四)心音(hea
5、rt sound),1.第一心音,房室瓣关闭,标志心室收缩的开始,2.第二心音,动脉瓣关闭,标志心室舒张的开始,心音听诊的部位,二尖瓣区,肺动脉瓣区,主动脉瓣区,三尖瓣区,二、心输出量和心脏做功,每搏输出量/搏出量 (stroke volume) ,(一)每博输出量和每分输出量,射血分数(ejection fraction) ,射血分数 =正常值:约为55%65%,舒张末容积 收缩末容积,搏出量,=,搏出量,舒张末容积,100 %,1.每搏输出量和射血分数,每分心输出量(minute volume) 也称心输出量(cardiac output, CO),心输出量 = 每搏输出量 心率 (4.5
6、 6.0L / min ),(一)每博输出量和每分输出量,心指数(cardiac index),以体表面积计算的心输出量称为心指数 正常值:3.03.5L/(minm2),(二)心脏作功量的测定,外功:心肌收缩所做的机械功,或称压 力-容积功,内功:离子转运、产生兴奋和收缩、维持 心壁张力、克服心肌组织内部阻力等,= 压力-容积功 + 血液动能(很小,可略), 搏出量心动周期中室内压增量,1.每搏功(stroke work),2.每分功(minute work),= 每搏功心率,(二)心脏作功量的测定,心肌收缩射血所释放的机械能主要用于射 出具有一定压力增量的一定容积的血流量,三、心脏泵血功能
7、的储备,指心输出量随机体代谢需要而增加的能力,心输出量 = 搏出量 心率,心率储备,60100次/分160180次/分,搏出量储备,收缩期贮备:,舒张期贮备:,55ml20ml (收缩力),125ml140ml (舒张末期容积),心泵功能储备或心力储备(cardiac reserve),四、影响心输出量的因素,心输出量搏出量心率,搏出量,前负荷,:心室舒张末期容积/压力,后负荷,:大动脉血压,心肌收缩能力,(一)心室收缩的前负荷,心室肌的前负荷: 心室舒张末期的容积,前负荷心肌收缩力搏出量,狗左、右心室功能曲线,(一)心室收缩的前负荷,异长自身调节(heterometric regulatio
8、n),心定律(law of the heart) 或称Frank- Starling定律,心室舒张末期容积在一定范围内增大可增强心室收缩力的现象,通过改变心肌初长度而引起心肌收缩力改变的调节,在骨骼肌:前负荷收缩力最适前负荷时收缩力最大超过最适前负荷后 收缩力明显减弱,(一)心室收缩的前负荷,肌肉等长收缩时的长度-张力关系,在心肌: 超过最适前负荷后,收缩力减弱不明显, 搏出量减少不明显,即心室功能曲线不出现明显降支原因:心肌有很强的抗伸展能力,(一)心室收缩的前负荷,心肌肌节初长度-主动张力关系曲线,心肌有很强的抗伸展能力肌节内连接蛋白 (肌联蛋白)胶原纤维心室壁多层肌纤维呈交叉排列处于最适
9、初长度时静息张力很大,(一)心室收缩的前负荷,肌联蛋白,心肌肌节示意图,左、右心室搏出量不平衡时,对搏出量的微小变化进行精细的调节,使心室射血量与静脉回心血量之间保持平衡,从而使心室舒张末期容积和压力保持在正常范围,体位改变时,动脉血压突然升高时,异长调节自身调节的生理学意义,心肌前负荷,心室舒张末期容积,心室充盈量,静脉回心血量,射血后心室内剩余血量,影响心肌前负荷的因素,影响心肌前负荷的因素,心室充盈时间,静脉回心血量,射血后心室内剩余血量,心室顺应性,心包腔内压,静脉回流速度,心率,外周V压与心房压之差,心室舒张功能,心缩期末Ca2+回降速率,影响心肌前负荷的因素,心室顺应性:心室壁受外
10、力作用时能 发生变形的难易程度,左心室压力-容积曲线,(二)心室收缩的后负荷,心室肌的后负荷:大动脉血压,搏出量余血量心室充盈量前 负荷心肌收缩力搏出量恢复正常,大动脉血压等容收缩期延长,射血 期缩短,射血速度搏出量,长期持续的大动脉血压心肌肥厚 心肌缺血高血压性心脏病,(三)心肌收缩能力(myocardial contractility),概念: 心肌不依赖于前、后负荷而能改变其力学活动的内在特性,称为心肌收缩能力,等长调节(homometric regulation),通过改变心肌收缩能力的心脏泵血功能调节,称等长调节,等长调节能对持续的、剧烈的循环 变化有强大的调节作用,(三)心肌收缩能
11、力(myocardial contractility),影响心肌收缩能力的因素,活化横桥的数目 兴奋后胞内Ca2+浓度: NE、E增加胞内Ca2+浓度 肌钙蛋白对Ca2+的亲和力: 茶碱,肌球蛋白ATP酶的活性,(四)心率(heart rate),40次/分 心动周期延长(尤其心舒期) 充盈量达极限而心率太慢心输出量,40180次/分:心率心输出量,180次/分心动周期缩短(尤其心舒期) 充盈量每搏出量心输出量,正常成人安静心率:60100次/分:,影响心率的因素,神经因素,交感神经(+),迷走神经(+),体液因素,去甲肾上腺素,肾上腺素,甲状腺素,体温,HR,HR,HR,体温升高1,HR每分
12、钟增加1218次,心输出量,心率,搏出量,前负荷,后负荷,心肌收缩力,余血量,静脉回心血量,心室充盈时间,静脉回流速度,心包腔内压力,心室顺应性,体 温,迷走神经,交感神经,儿茶酚胺、甲状腺激素,心室舒张功能,五、心功能评价,心功能评价可分为: 心脏射血功能评价和心脏舒张功能评价,(一)从心室压力变化评价心功能,(二)从心室容积变化评价心功能,(三)应用心室压力-容积环评价心功能,(一)从心室压力变化评价心功能,心导管检查是评价心室功能的金标准,(一)从心室压力变化评价心功能,小鼠左心室压(上)和 左心室压变化率(下)同步记录曲线,(二)从心室容积变化评价心功能,超声心动图是无创评价左心室舒张
13、功能 最常用和最重要的方法,1. 心室收缩功能评价:射血分数是评价绝 大多数患者心室收缩功能的首选指标,2. 心室舒张功能评价:,(二)从心室容积变化评价心功能,正常人(实线)和左心室舒张功能不全的患者(虚线)舒张功能的评价,A. 舒张期心室容积随时间变化曲线; B. 舒张期心室容积变化速率(dV/dt)D1:等容舒张期;D2:快速充盈期;D3:减慢充盈期;D4:心房收缩期,(三)应用心室压力- 容积环评价心功能,左心室压力-容积环,说明:ab和ab为快速充盈期bc和bc为减慢充盈期cd和cd为等容收缩期de和de为快速射血期ef和ef为减慢射血期fa和fa为等容舒张期(A收缩能力增加;B.前
14、负荷增加;C.后负荷增加D.顺应性减小)时的压力-容积环;ESPVR为收缩末期压力-容积关系曲线,第二节 心脏的电生理学和生理特性,Electrophysiology andPhysiological Property of Heart,心肌细胞的类型,工作细胞:,工作细胞 (+) (+) (+) (-)自律细胞 (-) (+) (+) (+),自律细胞:,心房肌、,心室肌,窦房结、浦肯野、房室结、房室束,收缩性 兴奋性 传导性 自律性,1.静息电位(RP):-80 -90mV 形成机制:同神经细胞 工作细胞静息电位主要由内向整流钾通道 开放引起Ik1 ,数值上接近K+平衡电位,(一)工作细胞
15、的跨膜电位及其形成机制,一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制,静息电位的产生机制,2. 心室肌细胞动作电位,(1) (0期)去极化(depolarization)过程,刺激阈电位(-70mV)激活快Na+通道Na+再生式内流Na+平衡电位,快Na+通道:-70mV激活,0mV开始失活,持续1ms,(1)(0期)去极化(depolarization)过程,Na+内流(INa),特点:,形成机制:,-90mV+30mV,历时12ms,电压门控Na+通道开放,(2)复极化过程(repolarization),特点: 30mV0mV, 历时10ms, 1期(快速复极初期):,1期(快速复极初期)形成机制
16、,0期去极化到-30mV 时 Ito通道激活 , 在Na+内流停止后,K+外流形成的瞬 时外向K+电流(Ito)使膜电位迅速复极 化到0电位附近,(2)复极化过程, 2期(平台期) 特点:停留在0电位附近,历时100150ms,平台期存在是快反应心肌细胞AP时程长主要原因,是区别于神经、骨骼肌细胞AP的主要特征, 2 期(平台期)产生机制,内向电流,L型钙电流(I Ca-L)为主,慢Ca2+通道激活Ca2+内流,外向电流,内向整流钾电流(I K1)K+外流减少 延迟整流钾电流(I K)K+外流,Ca2+内流(ICa-L)K+外流(IK),Ca2+内流(ICa-L)逐渐,K+外流(IK)逐渐,
17、2 期(平台期)产生机制,缓慢复极化,平衡,平台期早期,平台期晚期,(2)复极化过程, 3期(快速复极末期),0mV-90mV,历时100150ms,特点:,慢Ca2+通道失活,IK、IK1通道通透性,Ca2+内流逐渐消失, 3期(快速复极末期),形成机制:,K+外流,从0期到3期结束为动作电位的时程, 心肌细胞动作电位时程为200300ms,心室肌细胞膜上的钾通道,内向整流钾通道 IK1 通道 K+外流: 静息状态下膜主要开放的钾通道,膜去极 化将降低膜对K+ 的通透性 内向整流2. 瞬时外向K+电流 Ito 通道 K+外流: 1期复极化的主要外向电流,膜去极化到 -30mv激活,开放时间5
18、-10ms3. 延迟整流钾通道 IK通道 K+外流: 膜去极化到-40mv激活,激活缓慢,2、3期 复极化的主要外向电流,(3)静息期(4期),恢复膜两侧的离子分布: Na+-K+泵:分解1分子ATP,泵出3个 Na+,同时泵入2个K+膜超极化 Na+-Ca2+交换:每进入3个Na+,移出1个 Ca2+膜去极化,3. 心房肌动作电位,心房肌,心室肌,(二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制,静息电位不稳定,自律细胞特点:,4期自动去极化,自律细胞:,窦房结细胞,浦肯野细胞,1. 窦房结 P 细胞动作电位,窦房结P细胞跨膜电位,(1)去极化过程(0期),0期去极化,4期自动去极化达 阈电位(-40m
19、V),激活L-型钙通道,Ca2+内流,特点:0期去极化速度慢,幅度低,超射不明显,动作电位产生时由 慢Ca2+通道开放,引 起缓慢0期去极化的 细胞为慢反应细胞,由快Na+通道开放, 引起快速0期去极 化的心肌细胞为 快反应细胞,1. 窦房结 P 细胞动作电位,(二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制,快反应细胞: 心室(房)肌细胞 浦肯野细胞慢反应细胞: 窦房结 房室结细胞,快、慢反应细胞,快、慢反应心肌细胞AP的特征比较,快反应AP,慢反应AP,波形,0、1、2、3、4期,0、3、4期,电位幅度,高,低,0期去极速度,快,慢,0期机制,Na+内流,Ca2+内流,通道阻断剂,河豚毒,Mn2+、异
20、搏定,(2)复极化过程(3期),延迟整流钾通道(IK通道)激活,K+外流,复极化达到最大复极电位,窦房结缺乏Ito通道 ,无1、2期,(3)4期自动去极化机制:,外向电流Ik逐渐:,K+外流渐(主),超极化激活的内向电流If 渐:,Na+内流,内向电流ICa-T:,Ca2+经T-型Ca2+通道内流,机制:,ICa-T在4期后段起作用,Ik 在3期末开始起作用(主要),If 在4期初起作用,窦房结P细胞4期自动去极化和动作电位发生原理,2.浦肯野细胞,4期自动去极化(慢),特点:,4期自动除极形成机制:,快反应自律细胞,0、1、2、3期同心室肌细胞,外向电流Ik 逐渐:,K+外流渐(次),内向电
21、流If 逐渐:,Na+内流渐(主),If 电流,Ik电流 ,传导性(conductivity),兴奋性(excitability),自律性(autorhythmicity),收缩性(contractility),二、心肌的生理特性,心肌细胞四个基本生理特性,机械特性,电生理特性,(一)兴奋性(excitability),机体的组织或细胞在受到刺激后发生反 应能力或特性,其高低用刺激阈值表示,1.心肌细胞兴奋性的周期性变化,有效不应期,相对不应期,超常期,(1)有效不应期 (effective refractory period,ERP) 绝对不应期(ARP):对任何刺激不起反应 0 期开始3
22、期复极化到-55mv,Na+通 道完全失活,兴奋性为零 局部反应期(LRP):强刺激起局部反应 3期复极到-55mv-60mv,少量Na+通道复活,此期内受多强的刺激都不能产生动作电位,1. 兴奋性的周期性变化,电压门控钠通道功能状态示意图,1. 兴奋性的周期性变化,(2)相对不应期 (relative refractory period,RRP) 复极化-60mv-80mv,相当数量Na+通 道复活,给予阈上刺激,可产生新AP (3)超常期(supranormal period,SNP) 复极化-80mv-90mv, 大部分Na+通道 复活, 阈下刺激,即可产生新AP,心室肌细胞复极电位与不
23、应期、兴奋性的关系示意图,RRP、SNP内产生的AP:幅度低,时程短,传导速度慢,2.影响兴奋性的因素,(1)静息电位或最大复极电位的水平: 静息电位水平增大,与阈电位差距增大, 兴奋所需刺激强度增大,兴奋性降低,(2)阈电位水平:内在特性决定, 细胞外K+ 细胞膜对K+的通透性,心室肌细胞动作电位示意图,(3)引起0期去极化的离子通道性状,电压门控钠通道功能状态示意图,心室肌细胞兴奋性的周期性变化主要决定于Na+通道功能状态,复 活,3.兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系,心肌不会发生完 全强直收缩,总 是收缩与舒张交 替出现,以保证心 脏的泵血功能,心肌的有效不应期特别长:,收缩期舒张早期
24、,期前兴奋(premature excitation) 期前收缩(premature systole) 代偿性间歇(compensatory pause),(二)传导性(conductivity),1. 兴奋在心脏内的传导,浦氏纤维(4m/s) 束支(2m/s) 心室肌(1m/s) 心房肌(0.4m/s) 结区(0.02m/s),传导速度,(2)心脏内兴奋传播的特点和意义,局部电流可迅速通过闰盘同步收缩,房室交界区兴奋传导速度慢, 兴奋经过此处 出现一个时间延搁,称为房-室延搁 意义:保证心房收缩结束之后心室才收缩,心室内传导快,保证左、右心室同步收缩,优势传导通路快(1.01.2m/s),
25、保证兴奋 能较快的传到房室交界区,2. 影响传导性的因素,直径粗大胞内电阻小传导速度快直径细小胞内电阻大传导速度慢,(1)结构因素,数量多,传导速度快,细胞的直径,细胞缝隙连接的数量和功能状态,(2) 生理因素,0期去极化的速度和幅度,传导,传导,0期除极化速度,局部电流产生的速率,去极化达到阈电位的时间,0期除极化幅度,局部电流强度,传播距离,(2) 生理因素,膜电位水平,0期去极化速度和幅度与静息电位水平有关: RP在正常极化状态,Na+通道开放效率高 0期去极化速度快、幅度高传导快 RP处于去极化状态,Na+通道开放效率低 0期去极化速度慢、幅度低传导慢,邻近未兴奋区心肌膜的兴奋性,兴奋
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