心脏的泵血的过程和机制——心动周期

生理学•血液循环

在整个生命活动过程中，肾脏不停地跳动，促进血液在心血管系统内循环流动。心血管系统（’）由肾脏和血管组成，血管又由动脉、静脉和毛细血管组成。血液循环的主要功能是完成体内的物质运输。细胞代谢所需的营养物质和O2，以及代谢形成的代谢产物和CO2都借助血液循环来运输。据悉，由内分泌细胞分泌的各类激素及生物活性物质也通过血液循环运送至相应的靶细胞，实现机体的汗液调节；机体内环境理化特点相对恒定的维持以及血液的防卫免疫功能的实现，都依赖于血液的循环流动。循环功能一旦发生障碍，机体的新陈代谢便不能正常进行，一些重要脏器将遭到严重损害，甚至殃及生命。

心血管系统的活动受神经和汗液诱因的调节，且与呼吸、泌尿、消化、神经和内分泌等多个系统互相协调，进而使机体能挺好地适应内、外环境的变化。

肾脏的泵血功能

肾脏是促进血液流动的动力脏器，其主要功能是泵血。肾脏的泵血借助肾脏收缩和舒张的交替活动而得以完成。肾脏收缩时将血液射入动脉，并通过动脉系统将血液分配到四肢各组织；肾脏舒张时则通过静脉系统使血液回流到肾脏，为下一次射血做打算。正常成年人安静时，肾脏每分钟可泵流血液5L左右。

一、心脏泵血的过程和机制

（一）心动周期

肾脏的一次收缩和舒张，构成一个机械活动周期，称为心动周期（cycle）。在一个心动周期中，心房和心室的机械活动都可分为收缩期（）和舒张期（）。因为心室在肾脏泵血活动中起主要作用，故心动周期一般是指心室的活动周期。

心动周期是心律的倒数。假如心律为每分钟75次，则每位心动周期持续0.8s。如图4-1所示，在心房的活动周期中，先是左、右心房收缩，持续约0.1s，以致心房舒张，持续约0.7s。在心室的活动周期中，也是左、右心室先收缩，持续约0.3s，此后心室舒张，持续约0.5s。小心房收缩时，心室仍处于舒张状态，心房收缩结束后不久，心室开始收缩。心室舒张期的前0.4s期间，心房也处于舒张状态，这一时期称为全心舒张期。在一个心动周期中，心房和心室的活动按一定的顺序和时程先后进行，左、右两个心房和左、右两个心室的活动都是同步进行的，心房和心室的收缩期都短于其舒张期。心律推进时，心动周期减短，收缩期和舒张期都相应减短，但舒张期减短的程度更大，这对肾脏的持久活动是不利的。

（二）肾脏的泵血过程

左、右心室的泵血过程相像，但是几乎同时进行。现以左心室为例，说明一个心动周期中心室射血和充盈的过程（图4-2），便于了解肾脏泵血的机制。

1．心室收缩期心室收缩期可分为等容收缩期和射血期，而射血期又可分为快榴弹血期和减低射血期。

（1）等容收缩期：心室开始收缩后，心室内压力立刻下降，当室外压下降到超过房内压时，即可促进房室瓣使之关掉，因此血液不会倒流入心房。但此时室外压尚高于主动醛固酮，因而半月瓣仍处于关掉状态，心室暂时成为一个封闭的心腔。从房室瓣关掉到主动脉瓣开启前的这段时期，心室的收缩不能改变心室的体积，故称为等容收缩期（of）。此期持续约0.05s。因为此时心室继续收缩，因此室外压急骤下降。当主动醛固酮下降或心肌收缩力减小时，等容收缩期将延长。

（2）射血期：小心室收缩使室外压下降至超过主动醛固酮时，半月瓣开放。这标志着等容收缩期结束而步入射血期（of）。在射血的初期，因为心室射入主动脉的血液量较多，血液流速也很快，故称为快榴弹血期（ofrapid）。此期持续约0.1s。在快榴弹血期，心室射出的血液量约占总射血量的2/3，因为心室内血液很快进入主动脉，故心室体积显著缩小，但因为心室强烈收缩，室外压继续上升并达到峰值，主动醛固酮也骤然下降。在射血的后期，因为心室收缩硬度减小，射血的速率渐渐减弱，故称为减低射血期（ofslowe）。此期持续约0.15s。在减缓射血期，室外压和主动醛固酮都由峰值日渐升高。须强调的是，在快榴弹血期的中期或稍后，乃至整个减低射血期，室外压已高于主动醛固酮，但此时心室内的血液因具有较高的动量（），故仍可逆压力梯度继续步入主动脉。

2．心室舒张期心室舒张期可分为等容舒张期和心室充盈期，心室充盈期又可分为快速充盈期、减慢充盈期，也包括心房收缩期在内。

（1）等容舒张期：射血后，心室开始舒张，室外压升高，主动脉内的血液向心室方向反流，促使半月瓣关掉；但此时室外压仍低于房内压，故房室瓣仍处于关掉状态，心室又暂时成为一个封闭的心腔。从半月瓣关掉至房室瓣开启前的这一段时间内，心室舒张而心室的体积并不改变，故称为等容舒张期（of）。此期持续0.06~0.08s。因为此时心室继续舒张，因此室外压随之升高。

（2）心室充盈期：当室外压升高到高于房内压时，血液冲开房室瓣步入心室，心室便开始充盈。因为室外压显著增加，甚至导致负压，这时心房和大静脉内的血液因心室的抽吸作用而快速流入心室，心室体积迅速减小，故称为快速充盈期（ofrapid）。此期持续约0.11s。在快速充盈期步入心室的血液量约为总充盈量的2/3。此后，血液步入心室的速率减缓，故称为减低充盈期（ofslow）。此期持续约0.22s。在心室舒张期的最后0.1s，心房开始收缩，即步入心房收缩期（of）。心房的收缩使心房压力下降，体积缩小，心室的充盈量可再降低10％~30％。

如上所述，心室肌的收缩和舒张是导致室外压变化，并引起心房和心室之间以及心室和主动脉之间形成压力梯度的根本缘由，而压力梯度则是促进血液在心房、心室以及主动脉之间流动的主要动力。因为肾脏瓣膜的结构特征和启闭活动，使血液只能沿一个方向流动。

右心室的泵血过程与左心室基本相同，但因为肺动脉压约为主动醛固酮的1/6，因而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。

（三）心房在心动周期中的作用

‍2．‍心动周期中房内压的变化‍‍在心动周期中，左心房内压力曲线依次出现a、c、v三个较小的正向波（图4-2）。心房收缩时房内压下降，产生a波的升支；随即心房舒张，房内压回降，产生a波的降支。a波是心房收缩的标志。小心室收缩时，心室内的血液向下推顶已关掉的房室瓣并使之凸入心房，导致房内压略有下降而产生c波的升支；小心室射血后心室体积减少时，房室瓣向上联通，使心房体积扩大，房内压增加，遂产生c波的降支。随后，因为血液不断从静脉回流入心房，而此时房室瓣仍处于关掉状态，故心房内血液量降低，房内压持续下降，产生v波的升支；小心室充盈时，房室瓣开放，血液迅速由心房步入心室，房内压很快增长而产生v波的降支。在心动周期中，右心房也有类似的房内压波动，并可逆向传播到腔静脉肺动脉瓣关闭不全心音，使腔静脉内压也发生同样的波动。

（四）心音

在心动周期中，心肌收缩、瓣膜启闭、血液流速改变产生的涡流和血液撞击心室壁及大动脉壁造成的震动，可通过周围组织传递到胸壁，用听诊器便可在腹部个别部位看见，这就是心音（heartsound）。若用传感将这种机械震动转换成联通号记录出来，便可得到心音图（）。心音发生在心动周期的一些特定时期，其音调和持续时间也有一定的特点。正常肾脏在一次搏动过程中，可形成4个心音，即第一、第二、第三和第四心音。一般用听诊的方式只能看到第一和第二心音；在个别青年人和健康儿童可看到第三心音；用心音图可记录到4个心音。

1．第一心音第一心音发生在心室收缩期，标志着心室收缩的开始。第一心音在心尖搏动处（左第五肋间脖颈中线上）听诊时最清楚，其特征是响度较低，持续时间较长。第一心音是因为房室瓣忽然关掉导致心室内血液和室壁的震动，以及心室射血造成的大血管壁和血液涡流所发生的震动而形成的。

2．第二心音第二心音发生在心室舒张期，标志着心室舒张期的开始。第二心音在脊椎旁第2肋间（即主动脉瓣和肺动脉瓣听诊区）听诊时最清楚，其特征是声调较高，持续时间较短。第二心音的形成主要与主动脉瓣和肺动脉瓣关掉，血流冲击大动脉内侧导致血液、管壁及心室壁的震动有关。

3．第三心音在部份健康儿童和青年人，时常可看到第三心音。第三心音出现在心室快速充盈期之末，是一种高音调、低振幅的震动。是因为快速充盈期之末室壁和乳房肌忽然伸展及充盈血流忽然减速造成的震动所致。

4．第四心音第四心音出现在心室舒张的晚期，是与心房收缩有关的一组发生在心室收缩期前的震动，也称心房音。正常心房收缩时通常不形成声音，但异常强烈的心房收缩和在左心室壁迎合性升高时，可形成第四心音。

肾脏的个别异常活动可以形成响声或其他异常的心音。为此，听取心音或记录心音图对于肾脏疾患的确诊具有重要意义。

二、心输出量与肾脏做功

肾脏的主要功能是泵血。在临床医学实践和科学研究工作中，往往须要对肾脏的泵血功能进行判定，或对肾脏的功能状态进行评价。对肾脏泵血功能的评定，一般用单位时间内肾脏的射血量和肾脏的做功量作为指标。

（一）肾脏的输出量

1．每搏输出量和射血分数两侧心室在一次心搏中射出的血液量，称为每搏输出量（），简称搏出量。正常成年人在安静状态下，左心室舒张末期体积（end-，EDV）约125ml，收缩末期体积（end-，ESV）约55ml，两者之差即为搏出量，约70ml（60~80ml）。可见，心室在每次射血时，并未将心室内充盈的血液全部射出。搏出量占心室舒张末期体积的比率，称为射血分数（）。

健康成年人的射血分数为55％~65％。正常情况下，搏出量与心室舒张末期体积是相适应的，即小心室舒张末期体积降低时，搏出量也相应降低，而射血分数基本保持不变。在心室功能亢进、心室异常扩大的患者，其搏出量可能与正常人无显著差别，但与早已减小的舒张末期体积不相适应，实际上射血分数已显著增长。因此，与搏出量相比，射血分数能更确切地反映肾脏泵血功能肺动脉瓣关闭不全心音，对初期发觉肾脏泵血功能异常具有重要意义。

2．每分输出量和心指数两侧心室每分钟射出的血液量，称为每分输出量（），简称心输出量（）。左、右两边心室的心输出量基本相等。心输出量等于心律与搏出量的乘积。心输出量与机体的新陈代谢水平相适应，可因性别、年龄及其他生理情况的不同而不同。假如心律为每分钟75次，搏出量为70ml，则心输出量约为5L/min。通常健康成年女性在安静状态下的心输出量为4.5~6.0L/min。女人的心输出量比同体重女性低10％左右。青年人的心输出量较老年人高。成年人在剧烈运动时，其心输出量可高达25~35L/min；而在麻醉情况下则可降到2.5L/min。

对不同体型的个体检测心功能时，若用心输出量作为指标进行比较是不全面的。由于体型瘦弱和身形高大的机体具有不同的耗氧量和能量代谢水平，心输出量也不同。调查资料表明，人在安静时的心输出量和基础代谢率（见第七章）一样，并不与体重成反比，而是与体表面积成反比。以单位体表面积（m2）估算的心输出量称为心指数（index）。中等体型的成年人体表面积为1.6~1.7m2，在安静和空腹的情况下心输出量为5~6L/min，故心指数为3.0~3.5I/（min•m2）。在安静和空腹情况下测定的心指数称为静息心指数，可作为比较不同个体心功能的评定指标。

在同一个体的不同年纪段或不同生理情况下，心指数也可发生变化。10岁左右的少年静息心指数最高，可达4L/（min•m2）以上。静息心指数随年纪下降而日渐下滑，到80岁时接近于2L/（min•m2）。运动时心指数随运动硬度的降低大致成比列地增高。在妊娠、情绪兴奋和进餐时，心指数均有不同程度的增高。

（二）肾脏做功量的测定

肾脏所做的功可分为两类：一是内功，主要是指由心室收缩而形成和维持一定压力（室外压）并促进血液流动（心输出量）所做的机械功，俗称压力-体积功；二是心法，指肾脏活动中用于完成离子跨膜主动转运、产生激动和收缩、产生和维持心壁张力、克服心肌组织内部的粘滞阻力等所消耗的能量。

1．每搏功每搏功（work）简称搏功，是指心室一次收缩射血所做的功，亦称心室完成一次心搏所做的机械内功。肾脏收缩射血所释放的机械能主要表现为压力-体积功，再者还包括使血液以较快的流速往前流动而降低的血流动能。

人体在安静状态下，血流动能在左心室每搏功的总数中所占比列甚小，约1％，故通常可忽视不计。可见，心肌收缩射血所释放的机械能主要用于维持血糖和射出一定体积的血量。式中射血糖为射血期左心室内压与心室舒张末压之差。因射血期左心室内压是不断变化的，精确估算每搏功需将整个心动周期中压力与体积的变化进行积分。在实际应用中常以平均动脉压取代射血期左心室内压，而以左心房平均压取代左心室舒张末期压，因而，每搏功可用下式估算

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