心脏力学

心脏是机体血液循环的动力器官。心脏力学是用力学的理论和方法，来研究心脏节律性收缩的规律，并定量地表达心脏舒缩的状况，以评定心脏工作的性能。若以心肌标本作为研究对象，着重探讨心肌舒缩的规律和机理，通常称为心肌力学。根据心肌的力学表现来分析，可以认为心肌由收缩成分和弹性成分组成，后者属于结缔组织，起弹性作用，收缩成分指心肌纤维本身。心脏力学与心肌力学两者是紧密联系的。心肌兴奋后，通过兴奋-收缩耦联，引起肌纤维收缩和舒张，产生张力和长度的改变，心肌的这一舒缩特性决定着心脏工作性能。
影响心肌做功的因素 心肌收缩时的力学表现和工作性能，包括收缩力量、速度与长度变化等，受前、后负荷与心肌收缩能力(又称变力状态，或称收缩性)的影响。
前负荷的影响 前负荷是指决定心肌收缩前初长的负荷。在一定范围内，心肌收缩的最大张力与初长成正变相关，但初长超过一定限度，即前负荷过重，其最大张力又减少。能产生最大张力的初长，称最适初长。心肌纤维长度一般与肌小节的长度相对应。心肌肌小节的最适初长与骨胳肌相同，约为2.2μm。心肌处于最适初长时，肌小节内收缩蛋白粗丝和细丝之间相对位置最为合适。按照肌肉收缩的滑行学说，认为收缩张力与粗、细丝之间横桥活动点连接的数量有关。最适初长时，可以发生横桥连接的数量最多，故张力也最大。初长短于或长于最适初长的长度，横桥连接数均减少，收缩时都出现张力的减低。
整体心脏的前负荷由心室舒张末期容积和压力所决定。正常情况下，心室舒张末期容积的增大是静脉回心血量增加的结果，容积增大，对心室壁作用力也增大，即心脏前负荷增大。心室舒张期末容积与收缩时产生压力的关系，亦即心肌长度一张力关系，已由Starling心脏定律所阐明： 当心肌内在特性（收缩能力或变力性）和主动脉压保持恒定的条件下，心舒末容积增大，则心室收缩期室内压最大值随之上升，导致射血能力提高，心输出量增加。心室肌的这一特性使心室在一定范围内可以随着回流量的增加而增加其输出量，因而有适应意义，又因为这一过程是通过改变心肌的初长而实现的，故称为异长性自身调节。但心舒末心室容积若超过某一界限，则收缩期室内压最大值下降。异长性自身调节在维持左右两心室输出量的平衡方面起重要作用。
后负荷的影响 后负荷是指心肌开始收缩后才遇到的负荷。心肌缩短速度与后负荷有关，后负荷愈大，缩短速度愈慢，两者呈反变相关； 负荷达某一数值时，肌肉收缩将不发生缩短，只出现张力的升高，此时负荷量为肌肉纤维的最大后负荷量； 如果逐渐减轻负荷，缩短速度将逐渐增快； 而在理论上当肌肉后负荷为零时，缩短的速度最快，此值即为该肌肉收缩成分的最大缩短速度 (Vmax)。正在收缩的肌肉其能量释放率与负荷呈反变。负荷大时肌小节中粗、细丝间横桥连接点的多数处在不释放化学能的状态，以维持张力和承受负荷，少数横桥连接点释放化学能，产生肌丝滑行，故肌纤维缩短慢。若在增加后负荷的同时增加前负荷，可增加心肌收缩产生的张力而不减慢收缩速度(图1)。

图1 心室射血时负荷-速度关系曲线
实线代表增加心室舒末容积或前负荷的几组负荷-速度关系曲线。随前负荷增加，负荷-速度关系曲线右移。当后负荷不变时，前负荷的增加，将使心室肌缩短速度加快。前负荷不变时，随后负荷的增加，心室肌缩短速度减慢。虚线代表增强心肌收缩能力时，负荷-速度关系曲线右移，意味着心室射血速度不变时，可承受更大的后负荷

在整体心脏，后负荷主要是指大动脉压力。在前负荷和收缩能力都恒定的条件下，逐步增加主动脉压，等容收缩期室内压峰值也逐渐增高，开始射血的时间逐渐后移，射血速度亦随之变慢，射血期缩短。当主动脉压增加到某一限度时，心脏不再射血，即缩短速度为零，此时室内压或主动脉压是反映心脏所能克服的最大负荷量。故高血压患者，心脏后负荷长期处于高水平，如不能代偿时，将产生心肌射血障碍，心输出量减少； 宜减轻后负荷，提高缩短速度，改善心输出量。
心肌收缩能力 这是指心肌收缩成分本身所处的功能状态，是与收缩蛋白的生化反应和能量释放速度密切相关的一种内在性质，与前、后负荷无关。它在体内受神经体液因素的影响：如血钙浓度升高、交感神经兴奋或儿茶酚胺增多等，能增强心肌收缩能力；缺氧和酸中毒等会减弱心肌收缩能力。
心泵功能与心肌收缩能力的测定 心脏是个泵血器官，其功能的优劣一般以心输出量和射血分数等作为衡量指标。但这些指标均受负荷状态的明显影响，不能反映心肌收缩能力的水平。从力学观点看，心肌收缩过程中力的发展强度和收缩成分的缩短速度是心肌收缩能力的二个主要表现。在完整心脏可用等容收缩压峰值、室内压最大变化率、等容收缩期中收缩成分最大缩短速度、心室射血期环周纤维缩短速度等来反映心肌收缩能力。其中等容收缩压峰值与室内压最大变化率可通过心导管记录室内压而取得。并可用室内压p与dp/dt值推算出等容收缩期收缩成分的缩短速度及最大缩短速度。至于心室射血期环周纤维缩短速度可通过X线造影或超声法测出心室半径变化率而求得； 将心室射血期环周纤维缩短速度作纵座标，心室射血期负荷（主动脉压）作横座标，可绘出速度-负荷曲线(见图1)。但实际上这些指标仍多少受负荷状态的影响，正常值变异范围也较大，因此仍不够满意。对于整个心泵功能的测定，目前认为应从心肌收缩的长度、力量与速度三方面来综合考虑。如将整个心动周期中力量发展的强度和速度的变化用一个平面图来表示，此图称为心力环(图2)，用来评定心泵工作性能。

图2 心动周期中室内压-压力变化率的演变过程（心力环）
狗麻醉状态下，单个心动周期中左室压与压力变化率瞬时变化轨迹，由起始点A→B→C→A终止
X轴代表左室腔内压力，单位为mmHg; Y轴代表左室腔内压力变化率，单位mmHg/s;A点心室舒末压为0，压力变化率为0; B点等容收缩期末室内压及其压力变化率值；C点射血期末室内压及其压力变化率值； A-B相当于等容收缩期； B-C相当于射血期；C-A相当于充盈期

心室舒张过程中，其容积变化 (△V) 与压力变化值(△P)之比，称心室顺应性，可表示为C=△V/△P; 此值的倒数，则反映心室壁硬度或弹性。有些心脏疾病，具有特征性的顺应性图形。

心脏力学cardiac mechanics

心脏是机体血液循环的动力器官。心脏力学是用力学的理论和方法，来研究心脏节律性收缩规律，并定量表达心脏舒张状况，以评定心脏的工作性能。