心室舒张末期压力与前负荷关系

§5．2　肌肉力学与心脏功能

在机器发明之前，人类是靠肌肉和大脑与自然抗争而顽强地生存下来的．人体宛如一部机器，是肌肉将机器的这些零件组装在一起，并驱动这些零件有条不紊地工作．没有肌肉的运动就没有呼吸，没有心跳，因而也就没有人的生命．

解剖学告诉我们，肌肉是一种特化了的组织，它是由肌纤维组成的，具有高度的自主收缩性．当附着在肌纤维上的神经细胞发生兴奋电脉冲时，肌纤维产生收缩，在宏观上运动作功．关于肌肉力学行为的奠基性研究是由英国科学家希尔（A．V．Hill）开辟的，他因此获得了1922年诺贝尔医学/生理学奖．

在他之前的力学是研究物质受力以后的运动与变形，主要是研究物体被动受力或者说是研究“死”的东西．而希尔面临着的是一个“活”的研究对象，在一定的条件下，它可自己产生力而运动或变形．为了便于研究，希尔将实验分成两类，分别考虑变形与运动．在第一类实验中，他先把肌肉两端固定，然后用电刺激它们，使之产生收缩力，而肌肉的长度却不改变，这种情况称之为等长收缩，如图5－5（a）所示；在第二类实验中，他在肌肉的一端悬挂一恒定的负载，肌肉收缩时其长度会发生改变，而在收缩过程中作用在肌肉上的张力却是恒定的，这种情况称之为等张（力）收缩，如图5－5（b）所示．

图5－5　肌肉的收缩

希尔通过对大量的不同部位及不同物种动物肌肉的实验研究发现，在等张力收缩情况下，肌肉收缩张力的大小P与肌肉收缩速度的大小V，满足下列简单的关系式：

（P＋a）（V＋b）＝P0b，

其中a，b为常数，P0为最大收缩力，而P0/a的数值对高等动物的所有肌肉而言大体上是恒定的．这就是著名的肌肉运动希尔方程．

在人体中，最重要的肌肉运动莫过于心脏的收缩．心脏主要是由心肌组成的腔室体，心肌有力规律地收缩，驱动着血液周身循环．心脏活动可简单地概括为两步过程：

（1）心房收缩推动静脉中的血液流入心室，此时心室处于扩张过程，从心房中抽血，这个时期称为心室舒张期；

（2）当心室舒张充满血液后，心室开始收缩，这时位于心房与心室间的单向阀门——房室瓣膜关闭，心室内压力升高，进而推动血液进入主动脉（左心）和肺动脉（右心），如图5－6所示．

在20世纪50年代以前，关于心脏力学的研究主要是对动物或离体心脏进行的．之后，W·A·福斯曼（W．A．Forssmann），A·F·库南德（A．F．Cournand）和D·W·里查兹（D．W．Richards）等发明和改进了心脏导管技术，人们可以用一根很细的导管从肢体的动脉或静脉中插入，沿血管一直插到心脏里，可精确地测量出心室内的压力、流量及容积的变化规律，为掌握在体原位心脏的运动规律提供了直接的方法．他们因此而获得了1956年的诺贝尔奖．目前，心脏导管检查与治疗已是临床上治疗心脏疾病的非常有用的手段，在此基础上发展的漂浮导管技术、心脏瓣膜导管扩张技术、心导管消融技术等，已成功地为许多心脏病患者带来福音．

图5－6　心肌收缩运动过程与血液循环

应用心导管，人们可实时同步检测出心室压力（P）与心室容积（V）的变化规律，将它们合成在一张图中，就可得到一张反映心室动力学特征的压力－容积环，如图5－7所示．

图5－7　应用导管测量心室的压力－容积环

心室压力－容积环是在一个心动周期内，心室在压力－容积平面内的运动轨迹．它清晰地反映了心室动作的整个过程和心室的做功状况．它由4个不同时期组成：

（1）心室充盈期，此时血液从心房流入心室中；

（2）等容收缩期，这段时期，因为心室的所有瓣膜均关闭，而心室内的血液又是不可压缩的，所以这段时期内心脏收缩是等长收缩，表现在P－V图上是容积不变而压力升高；

（3）心室射血期，当心室内压力升高到大于动脉中血压时，心脏主动脉瓣膜打开，血液从心室中射入主动脉；

（4）等容舒张期，心室射血结束后，主动脉瓣膜关闭，心室开始扩张，此时由于心室瓣膜全处于关闭状态，因此心室容积不变，而压力降低，此时心肌处于等长舒张状态．

心室压力－容积环为我们了解心脏动力学状态提供了一个非常有用的参数指标，从中可分析出心脏做功的情况（环的面积）和心脏功能的生理和病理性改变情况以及引起这些改变的原因等．