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心血管的生理

NO信号系统介导的自主神经调节通路在运动后低血压中的作用心血管的生理心血管系统由心脏、动脉、毛细血管和静脉组成。

心脏将血液泵出,并由血管将血液分配到各器官、组织;血液在心血管系统中按一定的方向流动,最后回入心脏。

这一个过程称为血液循环。

血液循环的主要功能是完成体内的物质运输,即运输营养物质、代谢产物、氧和二氧化碳等,并在机体各个部位通过毛细血管进行物质交换,从而保证机体新陈代谢的不断进行;内分泌细胞分泌的各种激素及生物活性物质通过血液运输,作用于相应的靶细胞,实现机体的体液调节。

此外,血液循环对维持机体内环境理化特性的相对稳定以及机体防卫功能等也起重要作用。

心血管系统不仅是体内的循环系统,而且具有重要的内分泌能,如心肌细胞课合成和分泌心房钠尿肽,血管内皮细胞能合成和分泌内皮素、内皮舒张因子等,肾脏入球和出球小动脉的近球细胞可合成和分泌肾素等,这些激素和生物活性物质参与体内心血管系统以及其他系统的功能调节。

在体内,心血管系统受神经和体液因素的调节;同时,心血管系统自身对内外环境的变化也有一定的适应性反应。

机体通过这些调节活动,使血液循环与机体的代谢需求相适应,保证机体的整体协调。

一、心脏的生理一、心脏的生物电活动心脏是推动血液流动的动力器官。

心房和心室不停地进行有顺序的、协调的收缩和舒张交替的活动,是心脏实现泵血功能,推动血液循环的必要条件,而心肌细胞的动作电位则是触发心肌收缩和泵血的动因。

1,.心肌细胞的分类心脏是一个中空的肌性器官,心壁由心内膜、心肌层和心外膜组成。

心肌层是构成心壁的主要部分。

根据组织学和生理学特点,可将心肌细胞分为两类:(1)工作细胞:心房肌和心室肌功能:含丰富的肌原纤维,具有兴奋性、传导性和收缩性,这类细胞主要执行收缩功能。

(2)自律细胞:主要包括窦房结细胞和浦肯野细胞。

功能:含肌原纤维很少或完全缺乏,基本丧失收缩功能。

它的主要功能是产生和传导兴奋,控制整个心脏的节律活动。

即具有兴奋性、传导性和自律性。

为心脏的特殊传导系统,包括窦房结、房室交界、房室束和浦肯野(Purkinje)纤维网。

2、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制(1)工作细胞的跨膜电位及其形成机制①静息电位:人和哺乳类动物心室肌细胞的静息电位约-90mv。

形成机制:静息电位的数值与静息细胞对不同离子的通透性和离子的跨膜浓度有关。

在静息状态下,心肌细胞膜对K+的通透性较高,而对其他离子的通透性很低,因此,K+顺其浓度梯度由膜内向膜外扩散所达到的平衡电位,构成静息电位的主要成分。

②动作电位:心室肌细胞的动作电位的主要特征在于复极化过程,复杂、持续时间长、动作电位降支和升支不对称。

通常将心室肌细胞动作电位分为0期、1期、2期、3期、4期五个成分。

I、去极化过程:又称动作电位的0期。

在适宜的外来刺激作用下,心室肌细胞发生兴奋,膜内电位有静息时的-90mv迅速上升到+30mv左右,形成动作电位的升支。

0期去极化特点:持续时间很短,仅1-2ms;幅度大,约120mv;速度快,最大速率Vmax可达200-400v/s。

机制:在外来刺激作用下,部分电压门控式Na+通道开放和少量Na+内流部分去极化阈电位水平(约-70mv)膜上Na+通道开放概率明显增加再生性Na+内流进一步去极直至接近Na+平衡电位II复极化过程:当心室肌细胞去极化达到顶峰后,由于Na+通道的失活关闭,立即开始复极。

该期特点:过程比较缓慢,历时200-300ms,包括动作电位的1期、2期、3期三个阶段。

1期(快速复极化初期),膜电位由+30mv下降至0mv左右,历时10ms。

此期和0期间膜电位的变化速度都很快,在记录的动作电位图形上表现为尖峰状,故常把这两部分称为峰电位。

其机制是Cl-内流。

该期过程中快Na+通道失活,且在去极化过程中又发生一次性外向电流的激活,主要成分为K+,由K+负载的Ito是心室肌细胞1期复极化的主要原因。

2期:又称平台期。

此期复极过程缓慢,膜电位停止于0mv水平,形成平台,历时100-150ms。

其机制是Ca2+内流和K+外流。

此期是心肌动作电位较长的主要原因。

也是区别于骨骼肌动作电位的主要特征。

3期(快速复极化末期):2期过后,复极化过程加速,膜电位由0mv较快下降到-90mv,完成复极化过程,历时约100-150ms。

其主要机制是K+外流。

III静息期:又称4期,也称电舒张期。

此期心肌细胞膜电位稳定于静息电位水平,离子泵要将内流的Na+、Ca2+排出,将外流的K+摄入,恢复膜内外静息时正常的离子浓度。

(3)自律细胞的跨膜电位及其形成机制自律心胞与工作细胞跨膜电位的最大区别是在4期。

在工作细胞,4期的膜电位是基本稳定的。

在自律细胞,动作电位3期复极化未达到最大复极电位之后,4期的膜电位不稳定,立即开始自动去极化;当去极化达到阈电位水平后,就爆发一次新的动作电位。

4期去极化特点:随时间的递增,去极化的速度远较0期缓慢,4期自动去极化是自律细胞产生自动/节律性兴奋的基础。

3、心肌的生理特性心肌细胞具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性四种基本的生理特性。

其中收缩性是心肌的一种机械特性。

兴奋性、自律性和传导性都是以细胞膜的生物电活动为基础的,属于生理特性。

(1)兴奋性:指细胞在受刺激时产生兴奋的能力。

①衡量心肌兴奋性高低的指标:阈刺激。

阈值高则表示兴奋性低,阈值低则表示兴奋性高。

②影响兴奋性的因素:I、细胞的膜电位达到阈电位水平包括静息电位或最大复极电位的水平和阈电位的水平。

II、引起0期去极化的离子通道的激活③兴奋性的周期性变化:心肌细胞每产生一次兴奋,其膜电位就发生一系列有规律的变化,膜上的离子通道由静息状态下、经历激活、失活和复活等过程。

在这一过程中,心肌细胞的兴奋性也随着发生相应的周期性变化。

I、有效不应期:心肌细胞受到刺激发生兴奋时,从动作电位的0期开始到3期复极化至-55mv这一段时期内,膜的兴奋性完全丧失,即对任何强度的刺激都不能产生任何程度的去极化反应。

这个时期称为绝对不应期。

3期复极化过程中,在膜电位由-55mv继续恢复到-60mv这一段时间内,如果给予一个足够强度的刺激,肌膜可以产生局部去极化反应,但仍不能产生动作电位。

这一时期成为局部反应期。

由于从0期开始到3期膜电位恢复到-60mv这一段时期内,心肌不能产生新的动作电位,因此,将这段时间称为有效不应期。

有效不应期产生的原因:这段时间内膜电位的绝对值太小,Na+通道完全失活(绝对不应期),但还没有恢复到可以被激活的静息状态。

II、相对不应期:3期膜电位复极化过程中,在膜电位为-60mv至-80mv的这段期间,若给予心肌细胞一个阈刺激,仍不能产生新的动作电位。

这一段时间称为相对不应期。

原因:此期膜电位的绝对值虽已大于有效不应期末时的膜电位,但仍小于静息电位时的水平。

故心肌细胞的兴奋性虽比有效不应期时有所恢复,但仍低于正常。

III、超常期:3期复极化过程中,膜电位从-80mv恢复到-90mv,膜电位基本恢复,Na+通道也已经复活至静息状态,而膜电位的绝对值小于静息电位,即与阈电位水平之间差距较小,所以若在此时给予心肌一个阈下刺激,就可能引起一个新的动作电位,表明心肌的兴奋性高于正常,故将这段时间称为超常期。

④兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系与骨骼肌和神经细胞相比,心肌细胞的有效不应期特别长,一直延续到心肌细胞的舒张期开始之后。

因此,心肌细胞不会像骨骼肌那样产生完全强直收缩,而始终作收缩和舒张相交替的活动,从而保证心脏的泵血功能。

1、期前兴奋和期前收缩:如果在心室肌的有效不应期之后,下一次窦房结兴奋到达之前,心室受到一次外来刺激,则可产生一次提前出现的兴奋和收缩,分别称为期前兴奋和期前收缩。

II、代偿间歇:在一次期前收缩之后往往会出现一段比较长时间的心室舒张期,,称为代偿间歇,然后再恢复窦性节律。

(期前兴奋后的一次窦房结兴奋传到心室时,落在期前兴奋的有效不应期内,形成一次兴奋和收缩的脱失)⑵自律性:心肌组织能够在没有外来刺激的情况下自动的发生节律性兴奋的特征。

①窦房结细胞的自动节律性最高,可达100次/min,purkinje纤维的自动节律性最低,约25次/min;房室交界和房室束介于两者之间。

②心脏的正常起搏点:窦房结-----是主导整个心脏兴奋和跳动的部位。

安静状态下,窦房结的兴奋性通常处于迷走神经适度抑制之下,使安静时的心率不至于太高,约为75次/min,⑶传导性:心肌细胞具有传导兴奋的能力,称为传导性,传导性的高低可用兴奋的传播速度来衡量。

①心脏内兴奋传播的途径和特点心脏内兴奋的传播是以心肌细胞的缝隙连接为基础的。

兴奋可以局部电流的形式通过这些低电阻通道直接扩布至相邻细胞,实现心肌细胞的同步性活动。

心肌细胞之间有低电阻的闰盘,可通过缝隙连接,将局部电流直接传给相邻细胞,导致整个心脏兴奋。

②房—室延搁:房室交界区细胞的传导性很低,其中又以结节区为最低(0.02m/s)。

房室交界区传导速度缓慢,因此兴奋由心房传至心室要经过一段延搁,这个现象称为房室延搁。

生理意义:能使心房兴奋结束后,心室再兴奋;保证了心房初级泵的功能,有利于心室充盈。

⑷收缩性:心肌细胞在刺激作用下能够产生收缩的特性。

心肌收缩的过程,机制与骨骼肌基本相似,但也有区别,主要表现为:①“全或无“式的收缩当刺激强度达到阈值时,心脏的所有肌细胞就会全部收缩一次,即使再大的刺激也不会使其收缩的幅度增加,如果刺激达不到阈值,心肌细胞就不收缩。

这就是心肌细胞收缩的“全或无“现象(”all or more“phenomenon)。

这主要是由于心肌细胞间闰盘的存在,实现了心肌细胞间直接的电传递。

当然,心肌的“全或无“收缩,并不意味着在任何情况下心肌的收缩幅度都不能增加。

如运动时,由于神经与体液因素的作用,虽然还是所有肌纤维参与收缩,但每一根肌纤维收缩的强度增加,于是整个心脏的功能也就大幅度提高了。

②不发生强直收缩由于心肌细胞的有效不应期很长,保证了心肌细胞的收缩只能使单收缩,而不会发生强直收缩。

这对心脏有规律的交替的收缩和舒张,实现其泵血功能具有重要意义。

③期前收缩和代偿间歇4、体表心电图在正常人体,由窦房结发生的兴奋按一定的途径和时程依次传向心房和心室,引起整个心脏的兴奋。

心脏各部分在兴奋过程中出现的生物电活动,可以通过心脏周围的导电组织和体液传导到身体表面。

(1)心电图:将测量电极放置在人体表面的一定部位,可以记录到心脏兴奋过程中发生的电变化,所以记录到的图形称为心电图(electrocardiogram)。

心电图可反映心脏兴奋的产生、传导、和兴奋恢复过程中的生物电变化,而与心脏的机械收缩活动无直接关系。

(2)正常心电图各波和间期意义心电图记录纸上有由横线和纵线画出的长和宽均为1mm的小方格。

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