危重病医学基础知识讲座1

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血流动力学（hemodynamics）是指血液在心血管系统中流动的力学.主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间的相互关系.血液是一种流体,因此血流动力学基本原理与一般流体力学的原理相同.但由于血管系统是比较复杂的弹性管道系统,血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体而不是理想液体,因此血流动力学既具有一般流体力学的共性,又有其自身的特点.本次将从一些与心脏、血管、血液相关的概念来入手,了解血流动力学的基本知识.

一、心输出量：心脏每分钟泵血量,等于每搏输出量×心率.

心脏的舒缩力是血液流动的原动力.由于循环系统是一个密闭的压力环,根据流体连续性原理,左心每分钟泵血量应当等于右心的回心血量[1].左心室的泵血是血液循环中最重要的决定因素.而决定左心室泵血能力的因素有以下几个方面：1.前负荷,2.后负荷,3.心肌收缩力.下面我们分别来分析上述三者对心脏泵血能力的影响.

1.前负荷

定义：肌肉收缩前遇到的负荷.对心脏而言,心室舒张末期容积就是它的前负荷.在心脏生理中有一条十分重要的规律,称为Frank-Starling定律（见图1）.许多因素可以引起心室顺应性变差,临床上最常见的原因包括心室肥厚、心肌缺血.心室顺应性变差也可引起心力衰竭,这与后负荷过大引起的收缩性心力衰竭不同,我们称之为舒张性心力衰竭.主要机理是由于心室顺应性变差,导致心室舒张期充盈不够,引起心输出量下降.

说明：图中纵坐标为心脏每搏输出量,横坐标为心室舒张末期容量,最高的那条曲线为正常人交感兴奋状态下的Starling曲线,中间那条曲线为正常人安静状态下Starling曲线,最下面那条曲线为心力衰竭患者的Starling曲线.

2.后负荷

后负荷是一个十分复杂的参数,生理学告诉我们,心室在收缩期所做的功分为两部分：1.大动脉的弹性势能,2.血液的动能[2].弹性势能使动脉扩张而容纳更多血液,血液动能使血流克服血管阻力而向前流动.其中弹性势能是主要部分,约占心室做功的2/3,血液的动能约占心室做功的1/3.以上是从能量守恒的角度分析问题.

下面我们来看看胸内压对心脏功能的影响.在正常人,胸内压均为负值,根据Laplace公式可知,负的胸内压将增加△P,导致心室后负荷增加,从而不利于心功能；正的胸腔内压将减少△P,导致心室后负荷减少,从而改善心功能.目前临床上使用的机械通气均为正压通气,因此机械通气可以起到心脏辅助支持作用,心源性休克的患者应当使用正压通气.请注意,这里说的是机械通气对心室后负荷的影响,机械通气对心室前负荷的影响又是另外一个问题.一般来说,正压通气对胸腔静脉的回流会有阻碍作用,但是这种阻碍在血容量充足的患者基本可以忽略不计.

3.心肌收缩力

在剔除前负荷及后负荷对心肌收缩力的影响之后,决定心肌收缩力的因素就是心肌细胞本身的结构和功能状态了.一般来说,素有锻炼者心肌细胞比较发达,收缩力较强.当心肌细胞发生炎症、缺血缺氧、中毒等病变时会影响其收缩能力.另外,心肌收缩力受神经和体液调节,心交感神经,去甲肾上腺素,肾上腺素使之增强；迷走神经,乙酰胆碱使之减弱.在临床上,超声心动图是一个比较好的检测心肌收缩力的手段.

二、血管阻力

血管阻力即血液在血管系统中流动时所受到的总的阻力,大部分发生在小动脉.在物理学上有一个Hagen-Poisseuille方程可以描述管道的阻力：R等于8μL/πr4

公式中R代表血管阻力,μ代表血液的粘滞度,L代表血管的长度,r代表血管的半径.由上式可以看出,阻力的大小主要决定于血管的半径.

三、血压

血压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[3].通常所说的血压是指动脉血压.在人体,动脉血压是一个不断变化的变量,最大值出现在心动周期的收缩期,称为收缩压,最小值出现在心动周期的舒张期,称为舒张压[4].通常以平均动脉压作为心动周期中的平均血压,平均动脉压等于舒张压+1/3脉压差.

影响血压的因素有两个：心输出量和血管阻力.在电学中有一个著名的欧姆定律,描叙的是电压、电阻和电流的关系,即电压等于电流×电阻.其实这条定律在流体力学中一样成立,即：管道两端压力差等于管道内流量×管道阻力.

我们将人体全身的血管网络看成一个管道,主动脉为流入端,右心房为流出端,以一分钟为单位时间,那么根据欧姆定律,（流入端压力-流出端压力）等于分钟血流量×全身血管阻力.

流入端压力即动脉压,流出端压力等于右心房压（一般情况下接近于0）,1分钟内的血流量就是心输出量.

替换后可得出：血压（Bp）等于心输出量（CO）×全身血管阻力（SVR）.

根据上式可知,一个正常的血压值可以存在三种情况：1.正常心输出量和正常血管阻力；2.高心输出量和低外周阻力；3.低心输出量和高外周阻力.因此,当我们看到一个正常的血压值时并不意味着病人处于循环稳定的状态.

公式中的全身血管阻力（SVR）是一个ICU常用的血流动力学参数,可以用来反映心脏后负荷的情况.但实际上这是有一定偏差的.原因如下：

1.小动脉的阻力是心室后负荷的一小部分,主要部分在大动脉的顺应性（弹性）上；

2.SVR反映的是全身动脉和静脉的平均阻力.由于血管阻力主要部分都集中在小动脉,静脉系统的阻力明显小于动脉系统阻力,因此SVR会低于小动脉系统的阻力.

研究血流动力学对于正确指导临床治疗有积极的意义.