第1章心脏生理
了解心脏的生理对于理解本书中提及的各种情况和药物机制至关重要。本章将对心脏生理进行简述并重点讲述新生儿和儿童心脏的独*之处，重点是让读者熟悉一些基本概念，详细内容将在后续章节讨论。为便于进一步了解相关知识，本章总结中也列出了一些详细资料。
第一节心脏的基本结构和电生理功能
人的心脏主要由2个相连的泵组成，将血液输送至肺循环和体循环中。心脏由2个心房（主要接收静脉血）、2个心室（泵出血液）、瓣膜（防止血液回流）和传导系统（传导驱动心脏活动的电脉冲）组成。电信号通过一系列生化过程被传导并被转换成机械活动，其中无一例外都有离子（主要是Na+，Ca2+，K+）通过电压门控离子流动和下游蛋白进行相互作用。这些组分的不完整会导致心脏疾病，同样这也是药物治疗的机制所在。
心脏的节律和相应的收缩准确地对应着电脉冲（动作电位）的传播（图1-1）。正常情况下，每个动作电位起始自窦房（smo-atnal，SA）结，这是一组存在于右心房上方特殊的心肌细胞。这些细胞具有自主性，意味着它们会自发地发出电冲动（除极）。之后电脉冲通过细胞与细的连接（称为间隙连接）传导至附近的心房细胞。*终，除极波到达第二组位于心房底部、靠近心脏中心、被称为房室（atno-ventncular，AV）结的特殊细胞群。由于心房和心室被二、三尖瓣水平的环状纤维组织隔绝，电脉冲只能通过AV结进行传导。动作电位经过AV结处时会有短暂的（约0.1s）内源性延迟，之后很快延希氏束和浦肯野纤维在心室肌内传播。这一迅速传导的网络像导线一样将电冲动传导至心尖部，使得心室协调、有效地收缩。
图1-1参与正常心脏传导的结构
一、动作和静息电位
静息状态下，心肌细胞膜内外的电位差为负值（静息电位）。电位差来自于细胞膜上离子通道和跨膜转运活动，是心肌（和心脏）传导电冲动的必要条件。如果有足够的刺激，心肌细胞对Na+通透性发生改变，导致膜内外的电位差变为正值（除极）。之后，心肌细胞对K+、C1和Ca2+的通透性发生变化导致细胞内电位*终恢复为负值。以时间作图，动作电位的变化通常分为5期（图1-2），对应心肌细胞膜通透性的改变。抗心律失常药物就是针对细胞膜通透性进行作用，影响动作电位的变化。例如，Ia类药物（普鲁卡因、丙吡胺和奎尼丁）影响Na+内流，导致0期除极速度减慢和复极轻度延长。
二、自律性
自律性是指一个或者一簇心肌细胞自发除极、并触发动作电位进行传导的内在能力。这些细胞被称为“起搏细胞”，包括SA结和AV结细胞。
在心脏节律特别缓慢时（例如窦房结停搏、完全心脏阻滞），希氏束-浦肯野细胞及心室心肌细胞也可以自动除极。由于起搏细胞除极更快，在心脏节律正常时这些细胞的自律性并不显现!而损伤后，不具有自律性的细胞可能会因电流外漏获得膜传导性和自动除极，从而出现自主性心动过速。图1-3显示SA结和AV结细胞动作电位。4期除极时斜率为正，逐渐朝向阈值电位，即0期动作电位的起始处。4期除极的斜率是决定动作电位起始速度即心率的关键。自主神经系统对心脏自律性进行调节，因此作用于中枢（右美托咪定、可乐定）或者在心肌细胞水平影响动作电位和传导的药物（地高辛、β受体阻滞药）均会影响自律性。临床实践中，许多药物兼有直接作用于心肌和影响自主神经的作用。
图1-2浦肯野纤维的动作电位
图1-3前负荷、收缩力和后负荷的改变都会对每搏输出量产生影响
三、电机械偶联
在宏观水平，动作电位从右心房顶沿AV结、希氏束-浦肯野系统*终传导至心室肌，才能使得心肌有序、协调地收缩和舒张。在细胞水平，心肌的收缩舒张则需要电-机械偶联，这需要胞质内Ca2+浓度发生改变。除极开始后，由于钙内流和肌质网内储备钙的释放，胞质内钙浓度显著上升。Ca2+直接作用于收缩组分肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用，导致肌纤维缩短。正如心肌细胞收缩要依赖Ca2+，心肌细胞舒张也是主动过程，需要以三磷腺苷（adenosine triphosphate， ATP）作为能量将Ca2+从胞质中迅速释放出来从而抑制收缩。新生儿心脏的钙转运过程尚未成熟，导致过度依赖细胞外钙浓度来维持心脏的收缩力。要进一步了解收缩组分之间下游的相互作用和电机械偶联过程，读者可以阅读本章节*后提及的参考文献。
四、心律失常
这里仅对几类心律失常的机制进行简单介绍。心脏的节律异常可分为心动过缓和心动过速。心动过缓主要是由于冲动自右心房顶传导至AV结和希氏-浦肯野过程中发生延迟或者阻滞，多数因AV结组织受累[一度和二度I型（即文氏现象）传导阻滞]或者希氏-浦肯野系统受累所致[二度n型（莫氏现象）和三度（完全）传导阻滞]。心动过缓也可见于窦房结疾病（自律性不足），由于起搏不足不tg提供生理需要的心率。引起心动过速的原因较多，可以来自心房、心室或者AV结。但是根本机制可以分为自律性增强和折返两种。自律性增强的心动过速是由存在异常自律性的细胞或者细胞群所致，它们自动除极速度比窦房结快，因此会发出高于生理节律的心率。自律性增强的心动过速*常见于异位房性心动过速、多源房性心动过速和交界区心动过速。自律性增强的心动过速多在发生时存在“温醒阶段”和（或）停止前出现“冷却阶段”， 虽然总体节律较快，心率还是有微小的变化。相反，折返型心动过速则 是由于存在额外、非生理性的电通路，允许电冲动返回至早前传导经过并已开始复极的心脏区域。这种“短路”导致同一冲动循环往复并引发持续除极。折返型心动过速具有特征性的突发突止，而且心动过速时心率无变化。折返通路可以只存在于心房（心房扑动）、心室（室性心动过速）或者AV结内（AV结折返型心动过速），也可以由连接心房、AV结和（或）心室的组织组成（旁路型心动过速）。
第二节心脏生理学
诊治血流动力学紊乱的关键依然是对基础生理概念的理解，即前负荷、收缩力和后负荷，这些概念*早在19世纪晚期被提出，会直接影响每搏输出量，并与心率共同影响心排血量（图1-4）。
一、前负荷
前负荷是指在生理范围内，心室根据收缩前充盈程度（舒张末容量/纤维长度）来改变收缩力的内在能力。舒张末容积越大，心室纤维牵拉越长，收缩力就越大。这种收缩力随着前负荷增长而增加的关系一直持续至心肌收缩力真正开始下降时。前负荷与收缩力之间的关系被称为 Frank-Starling机制。从概念上讲，前负荷多被认为等同于患者的血管 内容量。在低容量的状态下（如脱水），心肌收缩力及心排血量均减低。 临床通常采用中心静脉压力（central venou） pressure， CVP）来反映容量 状态，因为CVP近似等于心室舒张末压力。假设心室顺应性（压力-容量曲线）正常，并且不存在严重的三尖瓣（或者二尖瓣）狭窄，临床就可以用CVP来替代前负荷。在临床中解读CVP时必须谨慎（例如有舒张功能异常或者缩窄性心包炎时，心室顺应性较差，此时较低的前负荷显示为“正常”CVP）。
图1-4窦房结或者房室结细胞动作电位
二、收缩力
前面已经提及，在生理范围内，心肌纤维（前负荷）越伸长、收缩力越大。然而，收缩力（或者正性肌力）特别是指在给定前负荷的前提下心肌的反应程度，可以被认为是任何前负荷的“倍增因子”图1-1）。收缩力是肌肉纤维的内在能力，相对独立于前负荷或者后负荷。换句话说，无论前负荷如何，正性肌力（例如输人多巴胺）时收缩力增加，负性肌力时 （如收缩功能异常）则收缩力减低。低心排血量时（例如扩张型心肌 病），可以使用药物（如多巴胺、低剂量肾上腺素、米力农、地高辛）增加收
图1-5 Frank-Starling曲线显示不同前负荷、心排血量和收缩力之间的关系
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