心脏病专栏 | 正常的心血管系统（2)

左心室压力和容量随着心动周期变化而变化的过程，以压力-容量圈（Pressure-volume loop）的形式表现（见图15）。不同的疾病及疾病进程会导致压力-容量圈形态的变化，理解疾病的病生理过程能够更好地理解压力和容量的关系。

图15 正常左心室-压力容量关系以橙色线显示。

a到b是心室充盈期，可见容量增加；b点代表的是二尖瓣关闭及舒张末容量和压力。b到c代表的是等容收缩期，可见压力急速增加。而c到d代表的是射血期，因此容量下降。c到d之间的容量差表示的是每搏输出量。d到a代表的是等容舒张期，压力急速下降。a点时二尖瓣打开。

HCM（蓝色线）与心室僵硬性增加相关，因此舒张末压力升高而容量减少。

严重的慢性的二尖瓣反流（MR，绿色线），舒张末期容量大增，每搏输出量也显著增加。而由于二尖瓣无法闭合，因此不存在等容舒张和收缩期。

DCM（粉色线）由于收缩力极差因此每搏输出量很低，并且继发容量潴留，因此收缩末和舒张末容量都非常大。心室扩张且僵硬度增加会导致充盈压显著升高。

尽管对于心肌细胞来说不需要神经控制就可以产生动作电位和进行电活动的传导，但是交感神经和副交感神经对于控制心脏活动来说依然非常重要，两组神经的作用相反。心脏上的交感神经受体是β1受体，神经递质是肾上腺素能（NE），可以刺激肌浆网（SR）释放更多Ca2+，并且促进Ca2+进入到心肌细胞内从而促进心肌收缩（具体过程可以回看上一篇笔记：心脏病专栏 | 正常的心血管系统（1)）；同时又能减少心肌钙蛋白（Tn）对于Ca2+的亲和力并且加快SR对于Ca2+的重新收，因此也加快心肌舒张。交感神经还会加速心脏的内在节律及传导速度，从而加快心率。

副交感神经的受体是毒蕈碱（M2）受体，主要分布在窦房结和房室结，心室分布较少，神经递质是乙酰胆碱能（Ach）。作用几乎与β1受体的作用完全相反，会导致心率减慢，收缩力减弱。正常情况下，心脏主要受副交感神经影响，从而避免心脏工作过荷，耗氧过多。

心脏需要高水平能量来支持其收缩和细胞功能，脂肪酸是心脏的主要能量来源，心肌细胞内含有大量的线粒体以产生ATP，当细胞内Ca2+过量时会导致线粒体Ca2+过量而引发ATP产生受损。当交感神经兴奋，心率、收缩力和壁压力升高时，心肌的氧需求量大增。冠状动脉通过心肌细胞间密集的毛细血管网从心外膜往心内膜渗入，将氧气运输到心肌细胞内，因此当壁压力显著升高时，冠状动脉血流就会受阻。冠状动脉的舒缩性与心肌细胞的能量水平和代谢速度紧密相关。

冠状动脉开口于主动脉瓣与主动脉管壁之间的冠状窦/主动脉窦内，其灌注受主动脉和冠状动脉窦、右心房的压力差以及冠状血管阻力影响，压力差越大灌注量越大，相反冠状血管阻力越大灌注量越少。由于收缩期间心室内压力显著升高，冠状血流阻力显著增加，心内膜下的冠状血流被阻断甚至逆流，因此大部分的冠状动脉的灌流发生在舒张期。因此如果心率过快，舒张期过短，冠脉的灌流就会受损；或者如果心室肌僵硬，舒张延迟或者功能受损，同样也会导致冠脉灌流受损，从而导致心肌缺血缺氧。由于心内膜受到的机械性压力更多、耗氧量更大，与冠状动脉距离更远，因此更容易受累。

瓣膜口的血流量或者器官的灌注量取决于腔室间的压力差（ΔP）以及血管的阻力（R）。在循环中，ΔP意味着平均主动脉压和平均右心房（RA）压的差值（解释：因为循环血最后是回流到右心房）；R则代表外周总血管阻力。因为正常情况下右心房的平均压很低，有时会直接忽略，这样的话左心室的心输出血量就等于ΔP/R。而肺循环也就是右心室的心输出量则等于肺动脉和左心房的平均压的压力差/肺血管阻力。由于左右心首尾相接，因此两者的输出量相等。又因为正常情况下肺循环阻力只有体循环阻力的1/7，因此肺循环可以在低压条件下也得以发生足够的灌流。

血管的阻力对于血流量和血流速度都有非常大影响，根据泊肃叶定律，血管阻力（R）与血管直径（r）呈负相关，与血液粘稠度呈正相关 。毛细血管床由于总直径巨大，因此毛细血管阻力非常小。流速也一样，直径越大流速越慢，因此毛细血管内血流速度最慢。

血管路径笔直，流速低，则血流呈层流样；而层流被扰乱后就会变成湍流。导致湍流出现的原因包括高流速（例如流出道梗阻）、血液粘稠度下降（例如贫血）、血管直径或方向突然改变（例如中隔缺损等）。湍流是导致心杂音出现的原因。

大动脉的特征是管壁具有比较厚的平滑肌，上面有丰富的交感神经受体（α、β2受体），因此可以根据局部组织的代谢需求量来舒张或者收缩血管以改变局部血供。大动脉壁富有弹性，舒张期时主要通过壁回弹以辅助推动血液向前流动。因此每一次心跳都会伴有一次动脉的搏动，即脉搏。而脉搏的强弱并不代表收缩压（收缩期时对动脉管壁造成的最大压力）的高低，而是由脉压差（收缩压与舒张压的差值）来决定。影响脉压差的因素包括每搏输出量（SV）、动脉系统的顺应性、舒张期血流进入外周小血管的速度以及心室的射血特征。每搏输出量越大，动脉顺应性越差，脉搏越强。

系统静脉的管壁较动脉薄，顺应性是动脉的24倍之多，是全身最大的血液储存池，因此在血量减少20%仍可通过收缩静脉来保持血压。大静脉内存在静脉瓣，这些静脉瓣可以保证静脉血呈单向流动。所有的静脉血最终回流到右心房（RA），因此右心房压力升高会影响静脉回流，从而导致前负荷下降，影响心输出量。静脉管壁没有弹性，心跳搏动也不会从动脉端穿过毛细血管床传达到静脉端，但是如果右心房压力过高，则搏动可能通过右心房向后传导到前后腔静脉，因此右心衰的动物可能会观察到颈静脉怒张和搏动。

正常的组织灌注需要相对稳定的血压，神经和体液调控可以在短时间内快速调整血压，其中动脉压力感受器的反射是最重要的。至于长期的动脉血压调控则仰仗于肾脏关于水-钠平衡的调控以及血容量。此外，局部组织器官的代谢状态也对局部循环血管的收缩和舒张起到非常重要的作用。

总的来说，外周循环中血流的调控依赖于：自主神经的调控、体液因素，还有局部控制系统。

自主神经调控和体液因素都是针对全身性的调控，与局部调控（内在调控）并不总是一致。局部组织由于各部位的代谢产物类型及含量不同，会导致局部血管的收缩或者舒张。局部舒血管物质包括乳酸、CO2等，还有炎性介质如组胺、环前列腺素等等；而缩血管物质则包括O2、前列腺素血栓素A2等。因此血流速度慢，代谢产物如乳酸，CO2等蓄积，则会引发血管舒张，加快血流。同样，炎症反应时炎性物质会导致局部血管舒张，引起红、肿、热，又因为血流增加而加速了炎性物质的清除。而当舒血管物质由于血流量增大而被大量带走后，微血管的舒张程度则会降低，直径回缩，血流量重新回落，这种内在调控可以保证微循环中的血流量保持恒定。

神经激素调控（外在调控）通过自主神经系统将全身动脉压力稳定在一个比较小的安全范围内。交感神经系统（肾上腺素能，NE）对于小动脉和静脉的作用大于大动脉，毛细血管不受交感神经干预。NE激活α1和α2受体，引起血管收缩、血管阻力增加，顺应性下降，促进血液回心，最终使动脉压升高。副交感神经（胆碱能，Ach）对外周血管的影响不大，因为其主要干预的是头部和某些内脏血管。

体内存在多种感受器，包括压力感受器、化学感受器、皮肤感受器等等（见图1.29），当这些感受器收到刺激时，就会影响神经递质的输出，从而调控血管张力和血压。这套反馈调节机制对于短期系统性动脉调控尤其重要。压力感受器会在一定范围内产生作用，当平均血压达到180-220mmHg时，感受器发放信号最为活跃，从而抑制交感神经对于心血管系统的影响。而当平均动脉压只有50-60mmHg时，压力感受器则停止传出信号，从而允许更大程度的血管收缩，让血压升高。

在动脉、静脉以及肺血管中都存在心肺压力感受器，他们都具有上述调节作用，影响着外周血管阻力。除了通过改变神经释放信号的强弱以外，压力感受器被激活以后还会抑制肾素、醛固酮和抗利尿激素的释放，从而改变尿量，调节血容量最终降低血压。

化学感受器位于主动脉弓和颈动脉窦，对血液中的PO2，PCO2和pH做出反应，主要是通过调节呼吸来调整血液中的这些物质含量，但在某种程度上也会影响大脑的髓质血管舒缩区域。

图1.29 动脉压力感受器反射示意图。在颈动脉窦处和主动脉弓的压力感受器对于动脉压力改变的反应。动脉压力升高时（受到牵拉）会增加大脑的传入神经信号，信号发送到大脑髓质的孤束核，孤束核扮演一个抑制性调控的角色，从而抑制传出的交感神经信号，并增强CVS的迷走神经通路，最后降低心率、CO和血管收缩程度，而降低动脉血压。ABP：动脉血压；Ach：乙酰胆碱；AV：房室；CN：前腔静脉；CNS：中枢神经系统；CVS：心血管系统；Epi：肾上腺素；NE：去甲肾上腺素；CO：心输出量；SNS：交感神经系统；SV：每搏输出量；Vagal：迷走神经；VR：静脉阻力。

肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）通过复杂的相互作用来影响血管平滑肌张力和血容量。RAAS的级联作用主要依赖于血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）的产生。具体步骤包括没有活性的前体蛋白血管紧张素被肾素割裂为血管紧张素Ⅰ（AngⅠ）；肾素是由肾脏因为交感神经活性增加、肾脏灌注下降、血容量不足以及远端肾小管钠含量下降而刺激释放的。血管紧张素转化酶（ACE）将AngⅠ转化为有活性的AngⅡ。AngⅡ的作用非常多，包括强力的缩血管作用以及通过刺激肾上腺皮质释放醛固酮以减少水钠排出（详见图1.30）。血管加压素（也称作抗利尿激素，ADH）在血压以及渗透压偏低的刺激下由垂体释放，它有直接收缩血管的作用，并通过刺激肾脏对水的重新收以及刺激渴感中枢以增加血容量，从而间接调控血压。

图1.30 肾素-血管紧张素-醛固酮系统的构成以及作用示意图。ACE：血管紧张素转换酶；ADH：抗利尿激素