生理学课件循环.ppt
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1、1,第四章 血液循环,PHYSIOLOGY,2,第一节 心脏的生物电活动,心肌细胞Cardiac myocyte,普通心肌细胞,特殊传导系统的心肌细胞,心房肌细胞,心室肌细胞,窦房结P细胞,房室交界区细胞,浦肯野细胞,4期能否自动去极化,非自律,非自律,自律,自律,0期去极化的速度,快反应,快反应,快反应,慢反应,慢反应,Cardiac working cellSpecialized conduction systemRhythmic cell,3,心电周期心动周期心音,第一节 心脏的生物电活动,Sinoatrial node,SAN,4,心肌细胞的跨膜电位及形成机制心肌的电生理特性体表心电图
2、,第一节 心脏的生物电活动,5,第一节 心脏的生物电活动,一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制,6,(一).工作心肌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resting potential(静息电位)约为-90 mV,形成静息电位的主要离子流:Ik1电流(内向整流电流)。,形成静息电位的其它离子流:,Na+;生电性Na+-K+泵,一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制,7,2.动作电位:心室肌细胞的动作电位(action potential)与骨骼肌和神经细胞的明显不同,主要特征为复极过程复杂,持续时间很长,动作电位降支与升支不对称。,(一).工作心肌细胞的跨膜电位及其形成
3、机制,一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制,8,2.动作电位,(1)depolorization(去极化)过程:去极化过程又称0期。在适宜的外来刺激作用下,心室肌细胞发生兴奋,膜内电位由静息时的-90 mV迅速上升到+30 mV左右,形成动作电位的升支。,时间短(12 ms)幅度大(120 mV)速度快(Vmax可达200300 V/s),9,决定心室肌细胞0期去极化的Na+通道特点:,快:激活开放的速度和失活关闭的速度快,开放时间短,约1 ms;阈电位水平:70mV;河豚毒(tetrodotoxin,TTX)可阻断。,10,2.动作电位,(2)复极化过程:1期:快速复极初期,占时约10 ms,常
4、把这部分称为锋电位。,主要原因:一过性外向电流(transient outward current,Ito)引起。,Ito通道在去极化到-40 mV时被激活开放510 msK+是Ito的主要离子成分。,11,2.动作电位,(2)复极化过程:2期:平台期,持续约100150 ms,是心室肌细胞动作电位区别于骨骼肌和神经细胞动作电位的主要特征。,初期:相对平衡状态,随后:内向逐弱,外向渐强结果:出现随时间推移而逐渐增强的、微弱的外向电流,12,2.动作电位,(2)复极化过程 2期(平台期),内向离子流主要由Ca2+(少量Na+)负载:I Ca2+L,慢;阈电位:40mV;阻断剂:Mn2+、多种钙通
5、道阻断剂(如维拉帕米),外向离子流主要是由K+负载:I K 和 I K1,13,I K1(内向整流电流):决定复极化时K外流的主要通道 Ik(延迟整流电流):,慢;20mV 最大激活 60mV失活;,(2)复极化过程 3期,14,0,记录兔心室肌细胞的K电流,反映I K1的内向整流特性,K平衡电位,15,2.动作电位,(2)复极化过程 4期(恢复期),Na+-K+泵:1分子ATP,转运3个Na+,2个K+;Na+-Ca2+交换体:是存在于心肌细胞膜上的一种双向转运蛋白,其Na+:Ca2+转运比为3:1。Ca2+泵(calcium pump),16,3.心房肌细胞跨膜电位:,心房肌细胞是工作细胞
6、,其动作电位的形状与心室肌细胞的相似;但心房肌细胞膜对K+的通透性较大,,?,2期缩短,动作电位时程较短,17,第一节 心脏的生物电活动,(一).工作心肌细胞的跨膜电位及其离子基础,一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制,18,第一节 心脏的生物电活动,(二).自律细胞的跨膜电位及其形成机制,一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制,(一).工作心肌细胞的跨膜电位及其离子基础,自律细胞与非自律细胞跨膜电位的最大区别在4期不同类型的自律细胞4期自动去极化的速度和机制不完全相同;都是由进行性净内向电流所引起,但构成净内向电流的离子流的方向和离子本质并不完全相同。,19,1浦肯野细胞,快反应自律细胞 Maxima
7、l repolarization potention(最大复极电位):-90mV阈电位:-70mV0期幅度大(120mV)、速度快(200 1000V/s)、时程短(12ms)动作电位分期:0期、1期、2期、3期和4期4期自动去极化速度:0.02V/s,20,1浦肯野细胞,21,浦肯野细胞起搏机制 A:跨膜电位;B:由x阀门控制的IK衰减以及由y阀门控制的If,22,2窦房结细胞,慢反应自律细胞 最大复极电位:-70mV阈电位:-40mV0期幅度小(70mV)、速度慢(10V/s)、时程长(7ms)动作电位分期:0期、3期和4期4期自动去极化速度:0.1V/s,23,心室肌细胞(A)与窦房结细
8、胞(B)跨膜电位的比较,24,0期:L型钙通道开放,钙离子内流;,窦房结细胞跨膜电位形成机制:,外向电流:IK进行性衰减,为主要原因;,3期:钙通道失活,K外流,IK;,4期:自动去极化,T型钙通道特点:快,Ca2负载阈电位50mV 60mV阻断剂:Ni2+因其电导小,对0期作用小,25,窦房结细胞的动作电位及其离子机制,26,心肌细胞的跨膜电位及形成机制心肌的电生理特性体表心电图,第一节 心脏的生物电活动,27,二.心肌的电生理特性,1.影响兴奋性的因素:(1)静息电位/最大复极电位水平:,(一)兴奋性(excitability):概念:心肌细胞在受到刺激时产生兴奋的能力 衡量指标:刺激阈值
9、,绝对值,兴奋性,引起兴奋所需的刺激阈值,距阈电位的差距,绝对值,兴奋性,引起兴奋所需的刺激阈值,距阈电位的差距,绝对值,兴奋性,引起兴奋所需的刺激阈值,距阈电位的差距,部分钠通道失活,阈电位上移,细胞外轻度高钾对兴奋性的影响?细胞外重度高钾对兴奋性的影响?迷走神经兴奋对兴奋性的影响?,28,(2)阈电位水平:奎尼丁可抑制钠通道的激活,使阈电位上移,兴奋性下降,1.影响兴奋性的因素:(1)静息电位/最大复极电位水平:,(3)引起0期去极化的离子通道性状,m,h,激活,m,h,备用,m,h,失活,通道的三种功能状态:备用、激活、失活;通道处在正常备用状态是细胞具有兴奋性的前提;通道处于何种状态是
10、电压依从性和时间依从性的。,29,二.心肌的电生理特性,(一)兴奋性:,2.兴奋性的周期性变化(以心室肌细胞为例),(1)有效不应期(effective refractory period):,(2)相对不应期(relative refractory period):3期-60mV-80mV,绝对(absolute)不应期:0期3期-55mV局部(local response)反应期:3期-55-60mV,(3)超常期(supranormal period):3期-80mV-90mV,1.影响心肌兴奋性的因素:,30,local response period,31,relative refr
11、actory period,32,supranormal period,33,34,心室肌动作电位期间兴奋性的变化及其与机械收缩的关系 ERP:有效不应期 RRP:相对不应期 SNP:超常期,35,3兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系,二.心肌的电生理特性,(一)兴奋性:,1.影响兴奋性的因素,2.兴奋性的周期性变化,是否所有的期前收缩后都有代偿间隙?,36,二.心肌的电生理特性,(一)兴奋性:,(二)自动节律性(autorhythmicity),概念:心肌组织能够在没有外来刺激的条件下,自动地发生节律性兴奋的特性衡量指标:频率和规整性,1心脏的起搏点,1)心脏各自律细胞的自律性,窦房结细胞:
12、100次/分房室交界区:50次/分房室束:40次/分浦肯野细胞:25次/分,37,1心脏的起搏点,1)心脏各自律细胞的自律性,2)心脏的起搏点,normal pacemaker:窦房结是主导整个心脏兴奋和跳动的正常部位,故称之为正常起搏点;latent pacemaker:窦房结以外的自律组织正常不表现其自律性,为潜在起搏点;ectopic pacemaker:某些情况下,潜在起搏点自律性表现出来,控制部分心肌的兴奋跳动,称为异位起搏点,38,1心脏的起搏点,1)心脏各自律细胞的自律性,2)心脏的起搏点,3)Sinoatrial node对于潜在起搏点的控制方式:,atrioventricul
13、ar,AV,39,抢先占领,40,41,(二)自动节律性,1心脏的起搏点,2影响自律性的因素(1)最大复极电位与阈电位之间的差距(2)4期自动去极化速度,42,2影响自律性的因素(1)最大复极电位与阈电位之间的差距(2)4期自动去极化速度,A:起搏电位斜率由a减小到b时,自律性降低 B:最大复极电位水平由a达到d,或阈电位由TP-1升到TP-2时,自律性均降低TP:阈电位,43,二.心肌的电生理特性,(一)兴奋性:,(二)自动节律性,(三)传导性,概念:心肌细胞具有传导兴奋的能力(conductivity)衡量指标:传播速度,1)传导原理:局部电流,1心脏内兴奋传播的途径和特点,44,窦 房
14、结 结间束 房间束(优势传导通路)房室交界 心房肌 房室束 左、右束支 浦肯野纤维 心室肌,45,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),传导时间 心房内-房室交界-心室内(0.06s)(0.1s)(0.06s),46,3)心脏内兴奋传播的特点,(三)传导性,1心脏内兴奋传播的途径和特点,1)传导原理:局部电流,2)心脏内兴奋传播的途径,兴奋传播的时空有序性;不同部位兴奋传导速度的差异;房-室延搁,47,(三)传导性,1心脏内兴奋传播的途径和特点,2影响传导性的因素,影响传导性的因素,结构因素,生理因素,细胞的直径,细胞间缝隙连接的数
15、量,0期去极化的速度和幅度,邻近未兴奋部位膜的兴奋性,小直径细胞,窦房结细胞,大直径细胞,房室交界区细胞,心房肌细胞心室肌细胞浦肯野细胞,48,(0期慢、小)减慢,处相对不应期 部分失活状态,处绝对不应期 失活状态 阻滞,邻近部位膜兴奋性Na+通道状态 传导性,49,苯妥英钠,奎尼丁,快反应细胞:Na通道Na被激活后开放的速度和数量称为Na通道的效率或可利用率;Na通道的效率是电压依从性的,取决于临受刺激前的静息电位值;以膜电位值作为横坐标、以0期去极化最大速度(反应Na通道的开放速度)为纵坐标,分析不同膜电位水平时Na通道激活开放的速度,可得到膜反应曲线。,50,心肌细胞的跨膜电位及形成机制
16、心肌的电生理特性体表心电图,第一节 心脏的生物电活动,51,概念:将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的心脏电变化曲线,称为体表心电图(electro-cardiogram,ECG)。意义:这些心电变化曲线反映心脏兴奋的产生、传导和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。,(一)体表心电图,52,三.体表心电图,(二)正常心电图各波和间期的意义,P,Q,R,S,T,U,PR间期,PR段,QT间期,ST段,53,54,55,第一节 心脏的生物电活动第二节 心脏的泵血功能第三节 血管生理 第四节 心血管活动的调节第五节 器官循环,56,第二节 心脏的泵血功能,一、心肌收缩的
17、特点,1对细胞外Ca 2+的依赖性,2“全”或“无”式收缩,3不发生完全强直收缩,57,Contraction Mechanisms in Myocardium,58,心率由75次/分增至150次/分,收缩期0.3s0.25s,舒张期0.5s0.15s;舒张期缩短,影响心室休息、获得血供营养、心室充盈,59,(二)心脏的泵血过程,60,(二)心脏的泵血过程,1.心室收缩期,等容收缩期(0.05秒):心肌进行等长(等容)收缩,心室内压急剧升高。,射血期,快速射血期:,减慢射血期:,室内压升高达峰值(010秒,泵出血量2/3);,射血速度减慢(0.15秒),此期室内压已开始低于主动脉压。,61,(
18、二)心脏的泵血过程,2.心室舒张期,等容舒张期:(0.06-0.08s),心室肌在等容下舒张、室内压急剧下降,心室充盈期,快速充盈期:,房缩期:,(0.11S,占2/3),(0.10秒),占充盈量10-30%左右,减慢充盈期:,(0.22S);,62,(三)心房在心脏泵血活动中的作用,二、心脏泵血的过程和机制,(一)心动周期的概念,(二)心脏的泵血过程,安静时心房收缩只增加很少的充盈量运动时,心房收缩引起的心室充盈量增加比例显著提高,63,心脏各部分在泵血中功能,室内压-主动脉压的压力差心房压-室内压的压力差心室的活动对于心脏泵血功能起关键作用心房在大部分时间起初级泵作用,但对运动时泵血有影响
19、瓣膜保证血液的单向流动右心泵血机制与左心相同,只是肺循环压力低,室内压变化幅度小,64,(三)心房在心脏泵血活动中的作用,二、心脏泵血的过程和机制,(一)心动周期的概念,(二)心脏的泵血过程,(四)心音的产生,第一心音,产生原因:房室瓣关闭,心脏射血;特 点:音调低,响度大,持续时间长;意 义:可作为心脏收缩开始的标志;听诊部位:心尖部,第二心音,产生原因:动脉瓣关闭,血流冲击动脉根部;特 点:音调高,响度弱,持续时间短;意 义:可作为心脏舒张开始的标志;听诊部位:胸骨旁第二肋间,第三心音:快速充盈期进入减慢充盈期,儿童可见。第四心音:心房收缩音,可见于40岁以上中年人。,65,心动周期中压力
20、、容积等变化,66,67,一、心肌收缩的特点,第二节 心脏的泵血功能,二、心脏泵血的过程和机制,三、心脏泵血功能的评定,(一)心脏的输出量,1每搏输出量和射血分数,每搏输出量(stroke volume):一侧心室一次收缩射出的血液量,简称搏出量。,68,1每搏输出量和射血分数,射血分数(ejection fraction):搏出量占心室舒张末期容积的百分比。正常55-65%,69,(一)心脏的输出量,1每搏输出量和射血分数,2每分输出量和心指数,一侧心室每分钟射出的血液量,称每分输出量(minute volume),简称心输出量(cardiac output),等于心率与搏出量的乘积。,70
21、,(一)心脏的输出量,1每搏输出量和射血分数,2每分输出量和心指数,以单位体表面积(m2)计算的心输出量,称为心指数(cardiac index)。中等身材的成年人体表面积约为1.61.7 m2,安静和空腹情况下心输出量约56 L/min,故心指数约为3.03.5 L/(minm2)。安静和空腹情况下的心指数称为静息心指数,71,(二)心脏做功量,(二)心脏做功量,与心肌耗氧量相关;心脏做功:势能(血液压力)、动能(血液速度);每搏功(J)搏出量(L)(1/1000)(平均动脉压平均心房压mmHg)13.69.807(1/1000);每分功每搏功心率;左室功是右室功的6倍。,72,(二)心脏做
22、功量,心脏消耗的能量,外功,内功,每搏功,完成离子跨膜主动转运室壁张力的产生克服心肌组织内部的粘滞阻力,73,(二)心脏做功量,正常心脏的最大效率为20%25%;动脉血压的升高将导致心脏效率的降低。,内功所消耗的能量远大于外功;心脏所做外功占心脏总能量消耗的百分比称为心脏的效率(cardiac efficiency)。,74,四、心脏泵功能的贮备,心输出量随机体代谢的需要而增长的能力,称为泵功能贮备或心力贮备(cardiac reserve)。,可由安静时的4.5-6L/min增加到30L/min左右;通过三个途径实现:心率储备:适当增加心率,22.5倍;舒张期储备:增加心舒末期容积(增加前负
23、荷),约 15 ml收缩期储备:减小心缩末期容积(增加收缩),约 35 40ml。,75,五、影响心输出量的因素,四、心脏泵功能的贮备,三、心脏泵血功能的评定,一、心肌收缩的特点,第二节 心脏的泵血功能,二、心脏泵血的过程和机制,前负荷后负荷心肌收缩能力,心输出量,心率,搏出量,76,(一)前负荷(preload),五、影响心输出量的因素,心室肌的前负荷是由心室舒张末期的血液充盈量决定;常用心室舒张末期压力(end-diastolic pressure)来反映前负荷也常用心房内压力反映心室的preload,概念:是指肌肉收缩前所负载的负荷;测量指标:,77,通常左室舒张末压为56 mmHg;最
24、适前负荷 1215 mmHg;充盈压在1520 mmHg、甚至大于20mmHg时,搏出量不变或略微下降。,(一)前负荷,五、影响心输出量的因素,将一系列搏出量或搏功数据对应心室舒张末期压力或容积(或心房内压力),绘制成坐标图,即为心室功能曲线(ventricular function curve),78,从心室功能曲线可知,前负荷增加时,心肌收缩力量加强,搏功增大通过心肌细胞初长度的改变而引起心肌收缩强度变化的调节称为异长调节(heterometric regulation),(一)前负荷,五、影响心输出量的因素,79,(二)后负荷(afterload),概念:后负荷是指肌肉开始收缩时才遇到的
25、负荷;对心室而言,大动脉压起着后负荷的作用;,动脉血压升高,射血期缩短,搏出量减少。搏出量减少,余血量增加,启动异长调节,使搏出量回升;随后启动等长调节,增加心肌收缩能力,在高后负荷水平维持搏出量正常。但动脉血压160mmHg,搏出量减少。,80,(三)心肌收缩能力(myocardial contractility),概念:心肌不依赖于负荷而改变其力学活动的内在特性,称为myocardial contractility,又称为心肌的变力状态(inotropic state)。与初长度无关,又称为等长调节(homometric regulation)。意义:前负荷和后负荷是影响心脏泵血的外在因素
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