学术专著腹部心肺复苏研究与转化十一

摘自：腹部心肺复苏学第2章腹部心肺复苏原理与机制作者：王立祥

第五节“血泵”解剖生理机制

“血泵”机制是指在心肺复苏时,通过动员腹部储存的约１/４的全身血液量,反搏腹主动脉内的血流等机制实现人工血液循环支持,达到恢复自主心律的目的,其具有广泛的血液循环学基础.故本节从血液循环入手,逐次递进地介绍“血泵”机制的基础与内容.

一、人体循环系统

循环系统是一个完整的封闭的循环管道,包括心脏、动脉、毛细血管和静脉.它以心脏为中心通过血管与全身各器官、组织相连,血液在其中循环流动.心脏是一个中空的肌性器官,有右心房、右心室、左心房、左心室４个腔.左、右半心有中隔分开而互不相通,同侧的房与室间均借房室口相通.心房接受静脉,心室发出动脉,它不停地有规律地收缩和舒张,不断地吸入和压出血液,在房室瓣和动脉瓣的帮助下,保证血液沿着血管朝一个方向不断地向前流动.血管是运输血液的管道,包括动脉、静脉和毛细血管.动脉自心脏发出,经反复分支,血管口径逐步变小,数目逐渐增多,最后分布到全身各部组织内,成为毛细血管.毛细血管呈网状,血液与组织间的物质交换就在此进行.毛细血管逐渐汇合成为静脉,小静脉汇合成大静脉,最后返回心脏,完成血液循环.血液循环根据其循环的部位和功能不同,分体循环和肺循环两部分(图２-４７).

１体循环的循环路径由左心室收缩,血液(动脉血)注入主动脉;然后沿着升主动脉、主动脉弓和降主动脉各级分支到达身体各部的毛细血管.因毛细血管壁非常薄,通透性强,血液流动速度缓慢,便可与周围的组织、细胞进行物质交换,血流中的营养物和氧气被组织和细胞吸收,而组织、细胞的代谢产物的二氧化碳则进入血液,这样,血液由鲜红色的动脉血变成暗红色的静脉血.毛细血管逐渐汇合成各级静脉,最后汇成上、下腔静脉流回右心房,再注入右心室.体循环静脉可分为三大系统,即上腔静脉系、下腔静脉系(包括门静脉系)和心静脉系.上腔静脉系是收集头颈、上肢和胸背部等处的静脉血回到心脏的管道;下腔静脉系是收集腹部、盆部、下肢静脉血回心的一系列管道;心静脉系是收集心脏的静脉血液管道.因为体循环在身体内路程长,流经的组织和细胞范围广,因此又称大循环.体循环的主要作用是将营养物质和氧气运送到身体各部位的组织和细胞,又将细胞、组织的代谢产物运送到排泄器官,保证组织和细胞的新陈代谢正常进行.

２肺循环的循环路径由体循环回到右心的静脉血(暗红色),当心室收缩时,血液除了从左心室射入主动脉外,同时也由右心室将血液引入肺动脉,肺动脉进入肺后反复分支,最后在肺泡之间移行为毛细血管,肺毛细血管内氧的浓度低而二氧化碳浓度高.通过气管、支气管从空气中吸入到肺泡内的氧气浓度高而二氧化碳浓度低,因此肺泡内的氧气压力高于肺泡周围毛细血管内的氧气压力.正常情况下,气体是从压力高的向压力低处弥散.因此,肺泡间毛细血管内的二氧化碳扩散到肺泡内,肺泡内的氧气弥散到毛细血管内.血液在肺部经过气体交换后,使静脉血变成含氧量高的动脉血(鲜红色).肺内小静脉汇成左、右各一对肺静脉,出肺后注入左心房,血液再从左心房流入右心室,血液沿上述途径循环称肺循环.肺循环在体内路程短,又称小循环,其主要功能是使人体内含氧量低的静脉血转变为含氧丰富的动脉血,使血液获得氧气.

人体的动脉是由左心室发出、运送血液到全身各部位的血管,动脉在到达身体各部位的路途中不断发出分支;愈分愈细,最后在组织间和细胞间移行为毛细血管.人体的静脉是引导血液流回心房的血管.小静脉起源于毛细血管,在回心过程中,管腔越变越粗,最后汇成大静脉注入右心房(图２-４８).

二、血管结构与功能

(一)大动脉的结构与功能

弹性储器动脉主要是指大动脉,如主动脉、肺动脉、无名动脉、颈总动脉、锁骨下动脉和髂总动脉等.大动脉与中动脉是渐变的,其间没有明显界限.大动脉内膜比中动脉内膜厚,内弹性膜与中膜的弹性膜相连续;中膜最厚,主要由４０~７０层有孔的弹性膜构成.在弹性膜之间还有平滑肌及少量胶原纤维和弹性纤维;外膜较薄,由结缔组织构成,其中有营养血管、淋巴管、神经等.外弹性膜与中弹性膜相连,故分界不清.这些血管的管壁坚厚,富含弹性纤维,有明显的可扩张性和弹性.左心室射血时,主动脉压升高,一方面推动动脉内的血液向前流动,另一方面使主动脉扩张,容积增大,以缓冲压力过度升高.因此,左心室射出的血液在射血期内只有一部分进入外周,另一部分则被储存在大动脉内.主动脉瓣关闭后,被扩张的大动脉管壁发生弹性回缩,将在射血期多容纳的那部分血液继续向外周方向推动.心室收缩时射出的血液首先进入弹性动脉,其中一部分能量以势能的形式储存在弹性动脉管壁中,这种动、势能转换沿动脉壁依次传递至肢体的动脉压力,就是临床上通常测得的收缩压;当心室舒张时,被动扩张的血管发生弹性回缩,将射血期多容纳的那部分血液继续向外周推进,此压力传至肢体的动脉,即是临床上测得的舒张压.弹性储器动脉产生的收缩压与舒张压是使心脏的间断射血变为连续性血流的重要基础(图２-４９).

(二)肌性动脉的结构与功能

肌性动脉为大动脉的续行段及其分支,管壁内弹性纤维有所减少而平滑肌增多.在神经的调节下,平滑肌收缩,可缩小管径.体内大多数动脉属于此型,如腋动脉、桡动脉等.动脉的分支愈细,管壁内的弹性纤维愈少,平滑肌相对愈多.这些动脉将血液输送至全身各处,其功能是将血液输送至各器官组织,故称为分配血管.它们的平滑肌可以收缩、扩张管径,保持血压稳定.

(三)毛细血管前动脉的结构和功能

毛细血管前动脉主要指小动脉和微动脉,直径＜０.１mm的动脉支,管壁的弹性纤维和胶原纤维成分减少,而环形平滑肌显著增多.平滑肌紧张性的大小受神经性和化学性两种调节机制的控制,当血管平滑肌收缩时,其管径缩小,外周血管阻力增加,故常称这段血管为毛细血管前阻力血管.血管平滑肌舒缩活动可使血管口径发生明显变化,从而改变对血流的阻力和所在器官、组织的血流量.对微循环部分来讲,这段阻力血管的口径变化起到控制进入微循环血流量的闸门样作用.

大、中、小动脉的解剖结构比较,见表２-５.

(四)交换血管的结构与功能

交换血管是真毛细血管,血液在流经真毛细血管时,可通过以下３条通路由微动脉流向微静脉.

１迂回通路血液由微动脉进入微循环后,经后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管流入微静脉.其管径很细,管壁薄,仅由单层内皮细胞构成,外面覆有一薄层基膜,故通透性很高.血压低,血流缓慢,彼此连接成网,成为血管内血液和血管外组织液进行物质交换的场所.毛细血管的基膜总厚度０.１５~０.５０μm,内皮细胞之间相互连接处存在有细微裂隙,间距１０~２０nm,为黏多糖类物质所填充,在其中有直径为４nm左右的小孔,这是物质转运的途径之一.该小孔除了蛋白质难以通过外,血浆中和组织液中的水、各种晶体物质、小分子有机物均可以以扩散形式或滤过-重吸收的形式自由通过.内皮细胞膜的脂质双分子层是O２、CO２及脂溶性物质扩散的直接径路.此外,大分子物质的转运还可通过毛细血管内皮细胞的吞饮作用实现(图２-５０).

有学者粗略估计,人体全身约有４００亿根毛细血管,长约１１万千米,足可绕地球２.７圈.不同器官组织中毛细血管的密度有很大差异,例如在心肌、脑、肝、肾,毛细血管的密度为每立方毫米组织２５００~３０００根;骨骼肌为每立方毫米组织１００~４００根;骨、脂肪、结缔组织中毛细血管密度较低.由此可见,心肌、脑、肝和肾是循环系统供血供氧的主要对象,心搏骤停对这些器官组织的危害更为严重.血液循环停止４~６min就可出现不可逆的神经细胞损伤.假设毛细血管的平均半径为３μm,平均长度为７５０μm,则每根毛细血管的表面积约为１４０００μm２.由于微静脉的起始段也有交换功能,故估计每根毛细血管的有效交换面积为２２０００μm２.由此可以估计全身毛细血管(包括有交换功能的微静脉)总的有效交换面积将近１０００m２.

在毛细血管内红细胞单个排列,随血流依次通过,在肺进行肺换气时需要血流推动红细胞依次经过富含氧气的肺泡以完成人体的气体交换,在组织换气中,亦需要血流的流动依次为组织带入含氧的红细胞进行气体交换,故血液的循环状态是毛细血管完成其物质交换的基本条件(图２-５１).人体组织细胞所需的全部营养物质和氧气均在这一通路进行血液与组织细胞之间的物质交换,所以这一通路又称“营养通路”.

２直捷通路是指血液经微动脉、后微动脉和通血毛细血管进入微静脉的通路.直捷通路经常处于开放状态,且血流速度较快.其主要功能不是进行物质交换,而是使一部分血液迅速通过微循环进入静脉,以满足体循环有足够的静脉回心血量.直捷通路在骨骼肌组织的微循环中较为多见.

３动-静脉短路血液从微动脉经过动-静脉吻合支直接流回微静脉.动-静脉吻合支管壁较厚,有完整的平滑肌,能够进行舒缩活动,但不能进行物质交换.在皮肤微循环中,吻合支较多,对体温调节有一定作用.如环境温度升高时,动-静脉吻合支开放增多,皮肤血流量增加,皮肤温度升高,有利于发散身体热量;环境温度降低时,则动-静脉吻合支关闭,皮肤血流量减少,有利于保存体热.但是,动Ｇ静脉吻合支的开放,会相对地减少组织对血液中氧的摄取.例如,感染性或中毒性休克时,动-静脉吻合支大量开放,反而会加重组织缺氧.

(五)毛细血管后阻力血管的结构与功能

毛细血管后阻力血管是指微静脉.微静脉因管径小,对血流也产生一定的阻力.它们的舒缩可影响毛细血管前阻力和毛细血管后阻力的比值,从而改变毛细血管压和体液在血管内和组织间隙内的分配情况.

(六)容量血管的结构与功能

静脉和相应的动脉比较,数量较多,口径较粗,管壁较薄,故其容量较大,而且可扩张性较大,即较小的压力变化就可使容积发生较大的变化.在安静状态下,循环血量的６０％~７０％容纳在静脉中.静脉的口径发生较小变化时,静脉内容纳的血量就可发生很大的变化,而压力的变化较小.因此,静脉在血管系统中起着血液储存库的作用,在生理学中将此类静脉称为容量血管.

三、动脉血压和动脉脉搏

血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,也即压强.循环系统中足够的血液充盈和心脏射血是形成血压的基本因素.除血压形成的基本因素,在动脉系统,影响动脉血压的另一个因素是外周阻力.外周阻力(peripheralresistance)主要是指小动脉和微动脉对血流的阻力.假如不存在外周阻力,心室射出的血液将全部流至外周,即心室收缩释放的能量可全部表现为血流的动能,因而对血管壁的侧压不会增加.

(一)动脉血压的形成

左心室的射血是间断性的.在每个心动周期中,左心室内压随着心室的收缩和舒张发生较大幅度的变化.一般情况下,左心室每次收缩时向主动脉内射出６０~８０ml血液.由于小动脉和微动脉对血流有较高的阻力,以及主动脉和大动脉管壁具有较大的可扩张性,因此左心室一次收缩所射出的血液,在心脏收缩期内大约只有１/３流至外周,其余约２/３被暂时储存在主动脉和大动脉内,使主动脉和大动脉进一步扩张.主动脉压也就随之升高.这样,心室收缩时释放的能量中有一部分以势能的形式储存在弹性储器血管的管壁中.心室舒张时,半月瓣关闭,射血停止,被扩张的弹性储器血管管壁发生弹性回缩,将在心缩期储存的那部分血液继续推向外周,并使主动脉压在心脏舒张期仍能维持在较高的水平,例如１０.６４kPa(８０mmHg)左右,而不像心脏舒张期的左心室内压接近０Pa可见,由于弹性储器血管的作用(图２-５２),使左心室的间断射血变为动脉内的连续血流;另一方面,还使每个心动周期中动脉血压的变动幅度远小于左心室内压的变动幅度,从而降低其周围组织器官的磨损,起到保护相应器官的作用.

(二)动脉血压的正常值

心室收缩时,主动脉压急剧升高,在收缩期的中期达到最高值.这时的动脉血压值称为收缩压.心室舒张时,主动脉压下降,在心舒张末期动脉血压的最低值称为舒张压.收缩压和舒张压的差值称为脉压.一个心动周期中每一个瞬间动脉血压的平均值,称为平均动脉压.简略计算,平均动脉压大约等于舒张压加１/３脉压.

一般所说的动脉血压是指主动脉压.因为在大动脉中血压降落很小,故通常将在上臂测得的肱动脉压代表主动脉压.我国健康青年人在安静状态时的收缩压为１３.３~１６.０kPa(１００~１２０mmHg),舒张压为８.０~１０.６kPa(６０~８０mmHg),脉压为４.０~５.３kPa(３０~４０mmHg),平均动脉压在１３.３kPa(１００mmHg)左右(图２-５３).

当血液从主动脉流向外周时,因不断克服血管对血流的阻力而消耗能量,血压也就逐渐降低.在各段血管中,血压降落的幅度与该段血管对血流的阻力的大小成正比.在主动脉和大动脉段,血压降落较小.如果主动脉的平均压为１３.３kPa(１００mmHg).则到直径为３mm的动脉处,平均压仍在１２.６kPa(９５mmHg)左右.到小动脉时,血流阻力大,血压降落的幅度也变大.在体循环中,微动脉段的血流阻力最大,血压降落也最为显著.如果微动脉起始端的血压为１１.３kPa(８５mmHg),则血液流经微动脉后压力降落７.３kPa(５５mmHg),故在毛细血管起始端,血压仅４.０kPa(３０mmHg).在不同的动脉段记录血压时,可以看到从主动脉到外周动脉,血压的波动幅度变大.和主动脉内的血压波动相比,外周动脉的收缩压较高,舒张压较低,故脉压较大,而平均压低于动脉压(图２-５４).产生这种现象的原因,主要是由于血压压力波的折返.当动脉的压力波动在传播至较小的动脉分支处,特别是到微动脉时,因受到阻碍而发生折返.折返的压力波逆流而上,如果遇到下行的波动,两者可发生叠加,形成一个较大的波.在股动脉记录血压时,常可看到在一个大的波后面有一个较小的返折波,故股动脉的血压波动幅度大于主动脉的血压波动幅度.

(三)影响动脉血压的因素

凡是能影响心排血量和外周阻力的各种因素,都能影响动脉血压.循环血量和血管系统容量之间的相互关系,即循环系统内血液充盈的程度,也能影响动脉血压.影响动脉血压的因素有以下几种.

１心脏每搏输出量如果每搏输出量增大,心脏收缩期射入主动脉的血量增多,心脏收缩期中主动脉和大动脉内增加的血量变多,管壁所受的张力也更大,故收缩期动脉血压的升高更加明显.由于动脉血压升高,血流速度、外周阻力和心率的变化不大,则大动脉内增多的血量仍可在心脏舒张期流至外周;到舒张期末,大动脉内存留的血量和每搏输出量增加之前相比,增加并不多.因此,当每搏输出量增加而外周阻力和心率变化不大时,动脉血压的升高主要表现为收缩压的升高,舒张压可能升高不多,故脉压增大.反之,当每搏输出量减少时,则主要使收缩压降低,脉压减小.可见,在一般情况下,收缩压的高低主要反映心脏每搏输出量的多少.

２心率如果心率加快,而每搏输出量和外周阻力都不变,由于心脏舒张期缩短,在心脏舒张期内流至外周的血液就减少,故心脏舒张期末主动脉内存留的血量增多,舒张期血压就升高.由于动脉血压升高可使血流速度加快,因此心脏收缩期内可有较多的血液流至外周,收缩压的升高不如舒张压的升高显著,脉压比心率增加前减小.相反,心率减慢时,舒张压降低的幅度比收缩压降低的幅度大,故脉压增大.

３外周阻力如果心排血量不变而外周阻力加大,则心脏舒张期中血液向外周流动的速度减慢,心脏舒张期末存留在主动脉中的血量增多,故舒张压升高.在心脏收缩期,由于动脉血压升高使血流速度加快,因此收缩压的升高不如舒张压的升高明显,故脉压加大.可见,在一般情况下,舒张压的高低主要反映外周阻力的大小.外周阻力的改变,主要是由于骨骼肌和腹腔器官阻力血管口径的改变.在心搏骤停时,人体血液快速再分布,保障心、脑等重要脏器的血流灌注.另外,血液黏滞度也影响外周阻力.如果血液黏滞度增高,外周阻力就增大,舒张压就升高.

如前所述,由于主动脉和大动脉的弹性储器作用,动脉血压的波动幅度明显小于心室内压的波动幅度.老年人的动脉管壁硬化,大动脉的弹性储器作用减弱,故脉压增大.

４循环血量和血管系统容量的比例循环血量和血管系统容量相适应,才能使血管系统足够地充盈,产生一定的体循环平均充盈压.在正常情况下,循环血量和血管容量是相适应的,血管系统充盈程度的变化不大.失血后,循环血量减少.此时如果血管系统的容量改变不大,则体循环平均充盈压必然降低,使动脉血压降低.在另一些情况下,如果循环血量不变而血管系统容量增大时,也会造成动脉血压下降.

(四)动脉脉搏的波形

用脉搏描记仪可以记录浅表动脉搏的波形.这种记录图形称为脉搏图.动脉脉搏的波形可因描记方法和部位的不同而有差别,但一般都包括以下几个组成部分.

１上升支在心室快速射血期,动脉血压迅速上升,管壁被扩张,形成脉搏波形中的上升支.上升支的斜率和幅度受射血速度、心排血量以及射血所遇的阻力的影响,射血遇到的阻力大,心排血量小,射血速度慢,则脉搏波形中上升支的斜率小,幅度也低;反之,射血所遇的阻力小,心排血量大,射血速度快,则上升支较陡,幅度也较大.大动脉的可扩张性减小时,弹性储器作用减弱,动脉血压的波动幅度增大,脉搏波上升支的斜率和幅度也加大.主动脉瓣狭窄时,射血阻力高,脉搏波上升支的斜率和幅度都较小.

２下降支心室射血的后期,射血速度减慢,进入主动脉的血量少于由主动脉流向外周的血量,故被扩张的大动脉开始回缩,动脉血压逐渐降低,形成脉搏波形中下降支的前段.随后,心室舒张,动脉血压继续下降,形成下降支的其余部分.在主动脉记录脉搏图时,其下降支上有一个切迹,称为降中峡.降中峡发生在主动脉瓣关闭的瞬间,因为心室舒张时室内压下降,主动脉内的血液向心室方向反流.这一反流使主动脉瓣很快关闭.反流的血液使主动脉根部的容积增大,并且受到闭合的主动脉瓣阻挡,发生一个返折波,因此在降中峡的后面形成一个短暂的向上的小波,称为降中波.动脉脉搏波形中下降支的形状可大致反映外周阻力的高低.外周阻力高时,脉搏波降支的下降速率较慢,切迹的位置较高.如果外周阻力较低,则下降支的下降速率较快,切迹位置较低,切迹以后下降支的坡度小,较为平坦.主动脉瓣关闭不全时,心脏舒张期有部分血液倒流入心室.故下降支很陡,降中波不明显或者消失.

上述影响动脉血压的各种因素,都是在假设其他因素不变的前提下,分析某一因素发生变化时对动脉血压可能发生的影响.在某种生理情况下动脉血压的变化,往往是各种因素相互作用的综合结果.

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