生理學/心動周期的概念

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生理學

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心臟一次收縮和舒張，構成一個機械活動周期，稱為心動周期。心房與心室的心動周期均包括收縮期和舒張期。由於心室在心臟泵血活動中起主要作用。故通常心動周期是指心室的活動周期而言。正常心臟的活動由一連串的的心動周期組合而成，因此，心動周期可以作為分析心臟機械活動的基本單元。

心動周期持續的時間與心跳頻率有關。成年人心率平均每分鐘75次，每個心動周期持續0.8s。一個心動周期中，兩心房首先收縮，持續0.1s，繼而心房舒張，持續0.1s，繼而心房舒張，持續0.7s。當心房收縮時，心室處於舒張期，心房進入舒張期後不久，心室開始收縮，持續0.3s,隨後進入舒張期，占時0.5s。心室舒張的前0.4s期間，心房也處於舒張期，這一時期稱為全心舒張期（圖4～1）。可見，一次心動周期中，心房和心室各自按一定的時程進行舒張與收縮相交替的活動，而心房和心室兩者的活動又依一定的次序先後進行，左右兩側心房或兩側心室的活動則幾乎是同步的。另一方面，無論心房或心室，收縮期均短於舒張期。如果心率增快，心動周期持續時間縮短，收縮期和舒張期均相應縮短，但舒張期縮短的比例較大；因此，心率增快時，心肌工作的時間相對延長，休息時間相對縮短，這對心臟的持久活動是不利的。

心動周期中心房和心室活動的順序和時間關係

圖4～1 心動周期中心房和心室活動的順序和時間關係

了解心臟的泵血功能，需要弄清以下三個問題：①血液在心臟內的單方向流動是怎樣實現的？②動脈內壓力比較高，心臟怎樣將血液射入動脈的？③壓力很低的靜脈血液是怎樣返回心臟的？

現以左心室為例，說明心室射血和充盈的過程，以便了解心臟泵血的機制。

（一）左心室的射血和充盈過程

左心室的一個心動周期，包括收縮和舒張兩個時期，每個時期又可分為若干時相（圖4～2）。通常以心房開始收縮作為描述一個心動周期的起點。

1．心房收縮期心房開始收縮之前，心臟正處於全心舒張期，這時，心房和心室內壓力都比較低，接近於大氣壓，即約oPa（以大氣壓為零）；然而，由於靜脈血不斷流入心房，心房壓相對高於心室壓，房室瓣處於開啟狀態，心房腔與心室腔相通，血液由心房順房～室壓力梯度進入心室，使心室充盈。而此時，心室內壓遠比主動脈壓（約80mmHg即10.6kPa）為低，故半月瓣是關閉著的，心室腔與動脈腔不相連通。

心房開始收縮，心房容積縮小，內壓升高，心房內血液被擠入已經充盈了血液但仍然處於舒張期狀態的心室，使心室的血液充盈量進一步增加。心房收縮持續約0.1s,隨後進入舒張期。

2．心室收縮期包括等容收縮相以及快速和減慢射血相。

（1）等容收縮相：心房進入舒張期後不久，心室開始收縮，心室內壓力開始升高；當超過房內壓時，心室內血液出現由心室向心房返流的傾向，但這種返流正好推動房室瓣，使之關閉，血液因而不致於倒流。這時，室內壓尚低於主動脈壓，半月瓣仍然處於關閉狀態，心室成為一個封閉腔，因血液是不可壓縮的液體，這時心室肌的強烈收縮導致室內壓急劇升高，以致主動脈瓣開啟的這段時期，稱為等容收縮相。其特點是室內壓大幅度升高，且升高速率很快。這一時相持續0.05s左右。

（2）射血相：等容收縮相期間室內壓升高超過主動脈壓時，半月瓣被打開，等容收縮相結束，進入射血相。射血相的最初1/3左右時間內，心室肌仍在作強烈收縮，由心室射入主動脈的血液量很大（約佔總射血量的2/3左右），流速也很快，此時，心室容積明顯縮小，室內壓繼續上升達峰值，這段時期稱快速射血相（0.10s）;由於大量血液進入主動脈,主動脈壓相應增高.隨後,由於心室內血液減少以及心室肌收縮強度減弱,心室容積的縮小也相應變得緩慢,射血速度逐漸減弱,這段時期稱為減慢射血相(0.15s)，這一時期內，心室內壓和主動脈壓都相應由峰值逐步下降。

早期的實驗表明，整個射血相內，心室壓始終高於主動脈壓，這種心室～動脈壓力梯度是血液由心室進入動脈的推動力；然而，近代應用精確的壓力測量方法觀察到，在快速射血的中期或稍後，心室內壓已經低於主動脈壓（圖4～2），不過此時，心室內血液因為受以心室肌收縮的作用而具有較高的動能，依其慣性作用可以逆著壓力梯度繼續射入主動脈。

3．心室舒張期包括等容舒張相和心室充盈相，後者又再細分為快速充盈、減慢充盈和心房收縮充盈三個時相。

（1）等容舒張相：心室肌開始舒張後，室內壓下降，主動脈內血液向心室方向返流，推動半月瓣關閉；這時室內壓仍明顯高於心房壓，房室瓣仍然處於關閉狀態，心室又成為封閉腔。此時，心室肌舒張，心室壓以極快的速度大幅度下降，但容積並不改變，從半月瓣關閉直到室內壓下降到低於心房壓，房室瓣開啟時為止，稱為等容舒張相，持續約0.06～0.08s。

（2）心室充盈相：當室內壓下降到低於心房壓時，血液順著房～室壓力梯度由心房向心室方向流動，沖開房室瓣並快速進入心室，心室容積增大，稱快速充盈相，占時0.11s左右;其間進入心室的血液約為總充盈量的2/3。隨後，血液以較慢的速度繼續流入心室，心室容積進一步增大，稱減慢充盈相（0.22s）。此後，進入下一個心動周期，心房開始收縮並向心室射血，心室充盈又快速增加。亦有人將這一時期稱為心室的主動快速充盈相（占時0.1s）。

從以上對心室充盈和射血過程的描述中，不難理解左心室泵血的機制。室壁心肌收縮和舒張，是造成室內壓力變化，從而導致心房和心室之間以及心室和主動脈之間產生壓力梯度的根本原因；而壓力梯度是推動血液在相應腔室內之間流動的主要動力，血液的單方向流動則是在瓣膜活動的配合下實現的。還應注意瓣膜的作用對於室內壓力的變化起著重要作用，沒有瓣膜的配合，等容收縮相和等容舒張相的室內壓大幅度升降，是不能完滿實現的。

（二）心動周期中心房壓力的變化

每一心動周期中，左心房壓力曲線依次出現三個小的正向波：a波、c波和v波，以及兩個下降波：x降波和y降波。首先，心房收縮，房內壓升高，形成a波，隨後心房舒張，壓力又回降。以後心室開始收縮，室內壓升高，室內血液推頂並關閉了房室瓣，使瓣膜葉片向心房腔一側凸出，造成房內壓輕度上升，形成c波。隨著心室射血時體積的縮小，心底部向下移動，房室瓣從而也被向下牽，以致心房的容積趨於擴大，房內壓下降，形成x降波。以後，靜脈血不斷流入心房，而房室瓣尚關閉著，血液不能入心室，心房內血液量不斷增加，房內壓緩慢而持續升高，直到心室等容舒張相結束，心房血得以進入心室為止，由此形成的上升波稱v波。隨後房室瓣開放，血液由心房迅速進入心室，房內壓下降，形成y降波。

一個心動周期中，心房壓力波動的幅度較小。成年人於安靜臥位，左房壓變化幅度為0.3～1.6kPa(2～12mmHg);右房壓為0～0.7kPa(0～5mmHg)。

（三）心房和心室在心臟泵血活動中的作用

心室～動脈壓力梯度是引起半月瓣開放、推動血液由心室開始射入動脈的直接動力，這種壓力梯度是由心室的強烈收縮致室內壓由原來近於心房壓水平升高到超過動脈壓而形成的。同樣，房～室壓力梯度是血液由心房流入心室的動力，但它的形成主要並不是來自心房收縮，而是依靠心室的舒張；即在心室等容舒張相，室內壓大幅度下降，由開始時近於動脈壓一直下降到低於心房壓，房室瓣開放，血液由心房迅速進入心室。整個心室舒張充盈期內，房～室壓力梯度始終存在；然而，這一時期的前一段時間內（即充盈期的前4/5時間內），心房也處於舒張狀態，這時心房只不過是靜脈血液返回心室的一條通道，只有後1/5期間心房才收縮。由此可以看出，心房收縮對於心室充盈不起主要作用。故當發生心房纖維性顫動時，雖然心房已不能正常收縮，心室充盈量因此有所減少，但一般不致於嚴重影響心室的充盈和射血功能；如果發生心室纖維性顫動，心臟泵血活動立即停止，後果十分嚴重。

雖然心室的充盈絕大部分是在快速充公盈期內完成的，但心房收縮時又擠出部分血液以增加心室充盈（約佔總充盈量的30%左右），使心室舒張末期容積和壓力都有一定程度增加，這對於心室射血功能是有利的。另一方面，如果心房收縮缺失，將會導致房內壓增加，不利於靜脈血液迴流，從而間接影響心室射血。可以認為，心房收縮起著初級泵的作用，對於心臟射血和血液的迴流都是不利的。房泵作用的缺失，對靜息狀態下心臟泵血功能影響不大；但機體在運動和應急狀態下，就可能出現心輸出量不足等泵功能的嚴重損害。