3血压调节系统的仿真与建模

生理系统仿真建模血压调节系统的仿真与建模中山大学工学院心脏的泵血过程心室舒张期心室收缩期1、概念：心脏的一次收缩和舒张为一个心动周期。2、包括：心房收缩期、心房舒张期、心室收缩期、心室舒张期。3、心动周期时程的长短与心率有关。N：成年人心率：75次/分心动周期：0.8秒心动周期（cardiaccycle）•心房和心室的舒张期均长于收缩期•当心率增快时，心动周期缩短，舒张期缩短比收缩期缩短更明显。故此时心肌的工作时间相对延长，而休息时间相对缩短，对心脏的持久活动不利。0.1s0.7s0.5s0.3s代表收缩代表舒张心房心室全心舒张期全心舒张期全心舒张期时血液不断的由大静脉流入心房，再流入心室。（约占每个心动周期心室总回流血量75%。）心房收缩时，心房容积减小，房内压升高，进一步将心房内的血液挤入心室。（约占每个心动周期心室总回流血量25%。）心房收缩结束后开始舒张，房内压降低，而心室开始收缩。等容收缩期快速射血期减慢射血期2.心室舒张期包括等容舒张期心室充盈期快速充盈期减慢充盈期心房收缩充盈1.心室收缩期包括（二）心室的泵血包括心室收缩期和心室舒张期。心室的泵血心脏泵血过程心室的泵血1.等容收缩期此期房室瓣关闭，半月瓣尚未开启，心室虽然收缩，但并不射血，心室容积不变，故称等容收缩期。2.快速射血期室内压因心室收缩继续升高直至最高值。此期射出的血量约占整个收缩期射出血量的70％。3.减慢射血期此期射出的血量约占整个收缩期射出血量的30％。4.等容舒张期此期半月瓣关闭，房室瓣尚未开启，心室虽然舒张，但容积不变，故称等容舒张期。5.快速充盈期6.减慢充盈期7.心房收缩期⑦心房收缩期①等容收缩期②快速射血期③缓慢射血期④等容舒张期⑤快速充盈期⑥减慢充盈期心动周期中压力、容积等变化心动周期分期压力变化瓣膜开闭心室容积心内血流方向备注房内压室内压动脉压房室瓣半月瓣心室收缩期等容收缩期PaPvPA关关不变存于心室Pv上升速度最快，开始产生第一心音快速射血期PaPvPA关开快速减小由心室到动脉此期末Pv达峰值缓慢射血期PaPvPA关开继续减小此期末室内容积减至最小心室舒张期等容舒张期PaPvPA关关不变存于心房Pv下降速度最快，开始产生第二心音快速充盈期PaPvPA开关快速增加由心房到心室可出现第三心音减慢充盈期PaPvPA开关继续增加房缩期PaPvPA开关继续增加心室容积达峰值综上所述1.血液在心中单向流动的原因是：心室肌的收缩和舒张引起的室内压变化和瓣膜的开闭活动。2.左右心室的泵血过程相同，但左心室内压变化的幅度远大于右心室。3.心脏射血过程中，心室活动占主导。心房起初级泵的作用，有利于心脏射血和静脉血回流。心室的强烈收缩心室－动脉间的压力梯度半月瓣开启和心室射血的直接动力：血液由心房流入心室的动力：房－室压力梯度心室的舒张1.产生：由于心脏瓣膜关闭和血液撞击心室壁引起的心室壁振动而产生。2.一般情况下，在每一心动周期中可听到两个心音，分别称为第一心音和第二心音。•第一心音：由心室肌收缩和房室瓣关闭时振动产生。是心室收缩开始的标志。•第二心音：由主动脉和肺动脉的半月瓣关闭时振动产生。是心室舒张开始的标志。3.心音可反映心室收缩和瓣膜功能状态，判断心率和心律。4.在少年儿童，偶尔可听到第三、四心音。心音心音的产生第一心音第二心音第三心音第四心音特点音调低沉（勒）持续较长音调高清（哒）持续较短音调低浊持续短音调低沉持续较长成因心室肌收缩和房室瓣关闭的振动；射血大A扩张及产生旋涡。动脉瓣关闭；射血突停导致大A和心室壁振动。心室充盈减慢，流速突变导致室壁及瓣膜振动。心房强烈收缩，挤血击撞室壁。标志心室开始收缩（心尖区）心室开始舒张（动脉瓣区）快速充盈期末（心尖）房缩强烈意义心室收缩力与房室瓣功能状态动脉瓣功能状态部分健康青年部分老年和心舒末期压力高心泵功能的评定指标（一）每搏输出量和射血分数1.每搏输出量（strokevolume，SV）：一次心跳，一侧心室射出的血量（70ml）称为～，又称搏出量。SV=舒张末期容积－收缩末期容积2.射血分数（ejectionfraction，EF）75ml／145ml＝60％射血分数=心室舒张末期容积搏出量×100％（二）每分输出量和心指数1.每分输出量：每分钟由一侧心室射出的血量称为～，即心输出量（CO）。随机体活动和代谢情况而变化（运动、情绪、怀孕等）；女子心输出量较同体重男子约低10％。2.心指数（cardiacindex，CI）：•在空腹和安静状态下，每平方米体表面积的心输出量称为心指数，或静息心指数。•心指数在10岁左右最大（4L/min.m2以上）；以后随年龄增长而逐渐下降,到80岁时，接近2L/min.m2。CO＝SV×HR＝5～6L/minCI=CO/体表面积=3.0～3.5L/min.m2（三）心作功量：衡量心室功能的主要指标之一。（1）每搏功：心脏一次收缩所作的功。每搏功＝搏出量×（平均动脉压－平均心房压）×13.6/1000（2）每分功：心室每分钟所作的功。每分功=每搏功×心率/1000（3）心脏收缩不仅排出一定量的血液，而且使这部分血液具有较高的压强能和较快的流速。心脏作功量评价心泵功能比心输出量更全面。（一）SV的调节:大量实验证明，心脏的SV取决于：（1）前负荷：即心肌的初长度或心室舒张末期容积（2）心肌收缩能力（3）后负荷：即动脉血压（二）心率对心泵功能的影响心泵功能的调节心室肌的前负荷调节•是由心室舒张末期的血液充盈量（静脉回心血量和心室射血后剩余血量的总和）来决定的。•静脉回心血量受心室舒张充盈持续时间和静脉回流速度的影响。•心脏的这种异长自身调节的意义在于对搏出量进行精细的调节。心肌收缩能力调节•心肌收缩能力是指心肌不依赖于前、后负荷而能改变其力学活动的一种内在特性。当心肌收缩能力增强的时，其心室功能曲线向左上方移位；反之，则向右下方移位。•意义：能对持续的、剧烈的循环变化有强大的调节作用。•收缩能力↑：儿茶酚胺→β受体→(经G蛋白)cAMP↑→Ca2+通道开放几率↑+开放时间↑→[Ca2+]内流↑+横桥ATP酶活性↑→心缩力↑。后负荷调节搏出量恢复正常心肌初长度↑＋心肌收缩能力↑心室内剩余血量↑每搏出量↓射血期↓＋射血速↓等容收缩期室内压↑动脉血压↑（正常范围）心率对心泵功能的影响•每分输出量＝心率×每搏输出量•40～150次/分:心率↑→每分心输出量↑•＞150次/分:舒张期↓→充盈时间↓→心输出量↓。•＜40次/分:舒张期↑→心室充盈接近最大限度，不能增加充盈量和搏出量充盈量→每分心输出量↓。•心率受体温的影响，体温升高10C，每分钟心搏将增加12-18次。心泵功能的贮备•概念：心输出量随机体代谢需要增加的能力。•意义：反映心脏健康程度、心脏泵血功能。•组成：心力储备搏出量储备心率储备收缩期贮备舒张期贮备血压调节系统（nervoussystem）•血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。由于血管分动脉、毛细血管和静脉，所以，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压。通常所说的血压是指动脉血压。当血管扩张时，血压下降；血管收缩时，血压升高。•血压是一个调节系统，血压会随着人体的各部分在不同时候的不同需求发生变化，通常通过血压自动调节功能的调节，可以达到血液输出的稳定，这是一个高度自律的系统。血压常使用血压计测定，血压计以大气压为基数。血压通常以毫米汞柱(mmHg)表示。如果测得的血压读数为12.0kPa(90mmHg)即表示血液对血管壁的侧压比大气压高12.0kPa(90mmHg)。在每个心动周期中，动脉内的压力发生周期性波动，这种周期性的压力变化引起的动脉血管发生波动，称为动脉脉搏。各段血管的压力梯度：主A:100mmHg小A:85mmHgCap:30mmHgV始:10mmHg心房(大V):≈0动脉血压影响因素SpDP脉压Bp搏出量（明显）心率（明显）外周阻力（明显）有效血量（明显）（明显）大A弹性（明显）(1)每搏出量↑→心缩期射入A血量↑→管壁侧压力↑(2)心率↑→心舒期↓→心舒末期A血量↑→管壁侧压力↑影响动脉血压的因素：心舒末期A血量↑（不明显）→DP↑（不明显）SP↑(明显)↓↓血流速↑↓↓DP↑(明显)搏出量↓→SP↑（不明显）↓回心血量↓↓(3)外周阻力↑→心舒期血流速↓→心舒期A血量↑心缩期血流速↑SP↑（不明显）(4)大动脉弹性↓→缓冲SP↓维持DP↓(5)循环血量/血管系统容量的比例失调如：大失血→循环血量→Bp↓（显著）过敏休克→血管容积↑→回心血量↓→Bp↓DP↑（明显）↓管壁侧压力↑↓→SP↑（明显）DP↓→脉压↑体循环平均充盈压变→Bp变↓↓↓心血管活动的调节心血管活动的调节神经支配心血管中枢反射性调节神经调节全身性体液调节局部性体液调节体液调节调节心血管反射•颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射•心肺感受器引起的心血管反射•颈动脉体和主动脉体化学感受性反射•躯体感受器引起的心血管反射•其它内脏感受器引起的心血管反射•脑缺血反应血压影响因素•(1)压力感受器机制正常人心脏、肺、主动脉弓、颈动脉窦、右锁骨下动脉起始部均存在有压力受体(感受器)，位于延髓的血管运动中枢可以接受来自感受器的冲动，同时也可以接受来自视丘下部和大脑皮层高级神经中枢的冲动。汇集到血管运动中枢的冲动，经过调整处理，通过传出神经达到效应器，起着调节心率、心排出量及外周阻力的作用。•压力感受器的适宜剌激是对动脉管壁的机械牵张。其生理意义在于保持动脉血压稳定。•动脉和静脉管壁都有环形平滑肌，紧张性增高时，可使血管缩小，紧张性降低时，可使血管扩大。会改变血管容量及外周阻力，因而影响动脉血压。•个别器官血管舒缩会影响该器官的供血量。•血管的舒缩运动主要是通过神经系统调节。•当血压升高时，压力感受器兴奋性增强而发生冲动，经传入神经到达血管运动中枢，改变其活动，使降压反射的活动增强，心脏收缩减弱，血管扩张，外周阻力下降，血压下降并保持在一定水平；当血压降低时，压力感受器将冲动传入血管运动中枢，使降压反射活动减弱，心脏收缩加强，心输入量增加，血管收缩，外周阻力增高，血压升高。血压突然↑窦、弓感受器受到牵拉兴奋性↑窦、弓N孤束核缩血管中枢（-）心交感中枢（-）心迷走中枢（+）交感缩血管N（-）心交感N（-）心迷走N（+）阻力血管舒容量血管舒心脏活动↓外周阻力↓V回流量↓心输出量↓血压↓•(2)化学感受器颈动脉体和主动脉体化学感受性反射：化学感受器感受血液某些化学成分的变化,适宜剌激为缺氧,CO2分压过高及H+浓度过高等。•效应：主要是使呼吸加深加快，可间接加快心率，增加心输出量，外周阻力增大，血压升高。直接效应是心率减慢,心输出量减少,冠状动脉舒张,骨骼肌和内脏血管收缩。由于外周阻力增加的效应大于心输出量减少的作用,血压升高。•平时,化学感受性反射对心血管活动的调节并不明显。只有在低氧、窒息、动脉血压过低和酸中毒等情况下才有作用。PO2↓[H+]↑PCO2↑等↓颈动脉体和主动脉体外周化学感受器（+）↓窦、弓N孤束核心血管中枢兴奋性改变呼吸中枢（+）心率↓、冠脉舒心输出量↓皮肤、内脏骨骼肌血管缩心率、心输出量、外周阻力↑外周阻力↑＞心输出量↓血压↑↓↓↓↓↓↓↓呼吸加深加快↓↓间接•(3)心肺感受器•感受器：心房、心室和肺循环大血管壁–血管壁的机械牵张：如心房容量感受器–化学物资刺激：如前列腺素、缓激肽•传入神经:迷走神经•效应：–大多数使交感紧张降低，心迷走紧张加强，心率减慢，心输出量减少，外周阻力减低，血压下降–抑制血管升压素的释放•生理意义：血量及体液量调节机械牵张：血压↑、血容量↑化学物质：PG、缓激肽、药物（藜芦碱）↓心肺感受器兴奋↓迷走N交感紧张↓迷走紧张↑肾血流量↑垂体前叶释放ADH↓心率↓心输出量↓外周阻力↓肾重吸收水↓GFR↑R-A-A-S↓↓↓↓↓↓肾排钠和排水↑血压↓↓•(4)体液调节机制心血管活动的体液调节是指血液和组织液中的某些化学物质,可以调节心肌和血管平滑肌VSM的活动以及循环血量均有调节作用。这些