运动生理学教案 第七章 循环与运动 4学时

第七章

循环与运动

目的与要求：1、心肌细胞动作电位的特点和产生机制。2、掌握动脉血压的概念、形成过程及影响因素。3、掌握心血管功能的调节机制。4、掌握运动训练对心血管功能的影响。重点与难点：1、动脉血压成因及影响因素。2、心血管活动的神经与体液调节。3、肌肉运动时的血液循环功能变化。第七章循环与运动

血液在心脏和血管系统中按一定方向周而复始的流动，称为血液循环，血液循环的主要功能是根据身体代谢水平的需要，完成体内氧、二氧化碳和其它物质的运输，体内各内分泌腺分泌的激素或其它体液因素，通过血液循环到达并作用于靶细胞，以实现其体液调节的功能；体内内环境诸理化因素相对恒定的维持，以及血液防卫功能的实现，也有赖于血液的不断循环流动。心脏是一个主要由心肌细胞构成并具有瓣膜结构的中空器官，是血液循环的动力装置，在个体的整个生命过程中，心房和心室不间断地作收缩与舒张相交替的活动。当心脏舒张时容纳静脉血返回心脏；当心脏(指心室)收缩时，则将血液射入主动脉和肺动脉，并在外周血管中流动。心脏的这种活动型式与水泵相似，因此可以把心脏看作为一个泵器官，简称心泵。第一节心脏生理

一、心肌的生理特性心肌细胞分为两大类：一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，这类细胞执行收缩与舒张功能，故又称为工作细胞。工作细胞不能自动地产生节律性兴奋，即不具备自律性，故属于非自律细胞；但它具有兴奋性、传导性和收缩性等生理特性。另一类心肌细胞是一些特殊分化了的心肌细胞，由这类心肌细胞组成心脏的特殊传导系统，这类细胞除了具有兴奋性和传导性之外，还具有自律性，故称为自律细胞。自律细胞中肌原纤维甚少或缺少，故不具备收缩性。（一）兴奋性1、心肌工作细胞的生物电（1）去极化过程（0期）；（2）复极化过程（1期、2期、3期、4期）图7-1心肌工作细胞动作电位和离子活动示意图2、兴奋性的周期性变化

（1）有效不应期0期去极化到3期复极至-60mV（2）相对不应期复极化-60mV至-80mV的时间（3）超常期膜内电位由-80mV恢复到-90mV（二）自动节律性

概念：心肌细胞在没有外来刺激的作用下，能够自动地产生节律性兴奋的特性，称为自动节律性，简称自律性。

窦性心率：正常心脏活动的起搏点，以窦房结为起搏点的心脏活动。异位节律：以窦房结以外部位为起搏点引起的心脏活动。（三）传导性传导性：心肌细胞具有传导兴奋的能力，称为传导性。

传导性的高低可用兴奋的传播速度来衡量。

心脏的特殊传导系统包括窦房结、结间束、房室结、房室束(房结区、结区、结束区)和浦肯野氏纤维。

在整个特殊传导系统中，以房室交界处兴奋传导速度最慢，传导延搁的时间也最长，这种特性是有重要生理意义的。是保证心房收缩开始后，要经过一段时间才引起心室收缩。这样，心房收缩可进一步将血液挤人心室，使心室收缩前有充分的血液充盈，从而有利于心室的泵血功能，但房室交界处也易发生房室传导阻滞。心房内和心室内兴奋传导的速度较快，使兴奋几乎同时传到所有的心房肌或所有的心室肌，从而保证心房肌和心室肌产生同步性收缩。（四）收缩性

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1、“全或无”方式的收缩2、不发生强直收缩3、期前收缩和代偿性间歇二、心动周期与心电图

（一）心动周期和心率

1、定义：心房和心室每收缩与舒张一次构成一个机械活动周期，称为心动周期。

每一个心动周期历时的长短取决于心率，如以成年健康人的每分心率75次计算，则每个心动周期历时0.8s，其中心房收缩期为0.1s、心室收缩期为0.3s、心房舒张期为0.7s、心室舒张期为0.5s。心室舒张期的前0.4s，心房也处于舒张期，故这一个时期称为全心舒张期。当心率加快时，每一个心动周期的历时缩短，尤以舒张期的缩短更为显著。可见，当心率过分增加时，由于舒张期的显著缩短而使心室充盈不足，从而使心室的泵血量减少。

健康成人安静时每分心率在60—100次之间，平均为75次。成年人安静时每分心率在60次以下者为心动过缓，每分在l00次以上者称为心动过速。安静时心率还随年龄、性别、体能水平和训练水平等情况而有所不同。新生儿安静时每分心率可达130次以上，以后随着年龄的增加而趋减缓，到15—16岁时，心率已接近成年人水平；安静时，成年女子的心率较男子每分快3—5次。即使是同年龄、同性别的个体，其安静时心率的差别也很大，个体间心率差异除可能与遗传因素有关外，还与个体的体能水平和训练水平有关。例如，有良好训练的耐力运动员，安静时心率可低于每分50次。此外，体位、体温、进食、情绪等都对安静时心率有影响。一般说来，卧位比直立位时的心率较慢；进食后，体温升高时，情绪激动时都可使安静心率增加，睡眠时则心率减慢。人在运动时，心率增加是一种运动适应，但在亚极量运动时，心率增加的幅度则不仅与运动强度和运动持续时间有关，而且与运动者的体能水平和训练水平有关。故心率是运动生理学中最常用的生理指标。（二）心脏的泵血过程（以左心室为例）左心室分期压力房室瓣主A瓣特点收缩(泵血)等容收缩期P房P室PA关关心室密闭P射血期P室PA关开心室泵血舒张(充盈)等容舒张期P房P室PA关关心室密闭P充盈期P房P室开关心室充盈心房收缩期（0.1）同心室充盈期心室充盈（20-30%）（三）心音心音（heartsound）指由心肌收缩、心脏瓣膜关闭和血液撞击心室壁、大动脉壁等引起的振动所产生的声音。

（四）心电图

心电图（electrocardiogram）是指将测量电极置于人体表面一定部位记录到的心脏电变化曲线。

图7-4正常人心电图

（1）P波（Pwave）：反映左右两心房的去极化过程。P波波形小而圆钝，历时0.08—0.11s，波幅不超过0.25mV。

（2）QRS波群（QRScomplex）：QRS波群是由Q、R、S三个波组成的复合波，它代表左右两心室去极化过程的电位变化。在不同的导联中，这三个波不一定都出现。正常ORS波群历时约0.06—0.10s，这个时间代表心室肌兴奋扩布所需的时间。

（3）T波（Twave）：T波反映心室复极化过程的电位变化，波幅一般为0.1—0.8mV。在R波较高的导联中，T波的高度不应低于R波的l／10。T波历时0.05—0.25s，T波的方向与QRS波群的主波方向相同。

P－R间期（PRinterval）：P—Q间期是指从P波起点到QRS波群的起点之间的时程，历时0.12—0.20s，P—R间期代表由窦房结产生的兴奋经由心房、房室交界和房室束到达心室肌，并引起心室产生兴奋所需的时间，故又称房室传导时间。房室传导阻滞时，P—R间期延长，运动员心电图中多见。Q－T间期（QTinterval）：从QRS波群起点到T波终点时程，它代表心室开始兴奋去极化到完全复极至静息状态的时间,这一间期的长短与心率密切相关,成人通常为0.32—0.44s。S－T段（STSegment）：指从QRS波群终点到T波起点之间的线段。ST段代表心室各部分心肌均已处于动作电位的平台期，各部分之间没有电位差存在。三、心泵功能的评价

（一）每搏搏出量和射血分数每搏搏出量=心室舒张末期V心室收缩末期V(70ml)；射血分数：搏出量/心室舒张末期容积

(55-65%)。（二）每分心输出量和心指数每分心输出量：搏出量心率（Hr）；心指数：心输出量/体表S

进行个体比较（三）心力贮备

心力贮备是指心输出量随机体代谢需要而增加的能力。心力贮备取决于心率和搏出量可能发生的最大的变化程度。(四）心脏做功血液在心血管内流动过程中所消耗的能量，是由心脏作功所提供的。换句话说，心脏作功所释放的能量转化为压强能和血流的动能，血液才能循环流动。

心脏做功（与耗氧量成正比）动能（射血）+势能（维持A血压）四、心泵功能的调节

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（一）每搏输出量的调节1．心泵功能的异长自身调节－Starling机制（前负荷）2．心肌收缩能力对搏出量的调节：等长自身调节3．动脉血压（后负荷）对搏出量的调节（二）心率对心泵血功能的影响

第二节血管生理

一、动脉血压和动脉脉搏

血压是指血管内流动的血液对血管壁的侧压力。

（一）动脉血压形成的条件

前提:血液充盈两个基本条件:1.心脏射血2.外周阻力（血液在血管中流动时所遭遇的外周阻力）

协同条件：大动脉弹性动静脉血管断面结构模式图（二）动脉血压的正常值我国正常青年人在安静时收缩压力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）。

高血压：平均动脉压>13.3kPa（>160/95mmHg）

临界高血压：18.6/12.0<血压<21.3/12.6kPa(140/90~160/95mmHg）

低血压：血压<12.0/6.6kPa（<90/50mmHg）各段血管的压力梯度：主A:100mmHg

小A:85mmHgCap:30mmHgV始:10mmHg

心房(大V):≈0（三）影响动脉血压的因素

1、每搏输出量；如果每搏输出量增多，动脉血压的升高主要表现为收缩压升高，舒张压升高不多，故脉搏压增大。在一般情况下，收缩压的高低主要反映心脏每博输出量的多少。

2、心率；如果心率加快，收缩压的升高不如舒张压的升高明显，脉搏压比心率增加前减小。心率主要是影响舒张压。

3、外周阻力；如果外周阻力加大，收缩压的升高不如舒张压的升高明显，脉压也相应减少。舒张压的高低主要反映外周阻力的大小。

4、主动脉和大动脉的弹性作用；5、循环血量与血管容积的比例。

（四）动脉脉搏

在每个心动周期中，动脉内的压力发生周期性的波动，在浅表的动脉管壁上可以扪到搏动，称动脉脉搏，简称脉搏。二、微循环

微循环是指微动脉与微静脉之间的血液循环。其功能主要是进行血液与组织液之间的物质交换与气体交换，维持内环境的相对稳定。微循环由微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管、通血毛细血管、动静脉吻合支和微静脉7部分组成。

1．迂回通路：物质交换2．直捷通路：血液快速回流3．A-V短路：体温调节三、静脉回心血量（一）静脉血压①微静脉内的血压（15—20mmHg）②中心静脉压：通常将右心房和胸腔内大静脉的血压称为中心静脉压。中心静脉压取决于心室射血能力和静脉回心血量的多少。

③外周静脉压：各器官静脉的血压称为外周静脉压。（二）静脉回流及其影响因素

1、心收缩力

2、体位改变

3、骨骼肌的挤压作用

4、呼吸运动

第三节心血管活动的调节第三节心血管活动的调节

一、神经调节（一）自主神经系统概述1、自主神经纤维主要来自脊髓灰质的侧角及脑神经中第Ⅲ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ中的有关核团。2、自主神经纤维由中枢发出后，不直接到达所支配的器官，而要在外周的神经节中交换神经元。3、自主神经纤维的节前纤维末梢释放的神经递质是乙酰胆碱，而节后纤维末俏释放的神经递质是乙酰胆碱或去甲肾上腺素。由于交感神经系统活动加强时，常伴有肾上腺分泌增多。因此，常把交感神经和肾上腺联系在一起，并称为交感—肾上腺系统。由于迷走神经活动加强时，常伴有胰岛素分泌增加，因此也把迷走神经和胰岛素联系在一起，并称为迷走—胰岛素系统。

（二）心血管活动的神经调节

1、心脏的神经支配心脏接受心交感神经和心迷走神经的双重支配。（1）心交感神经心交感神经节前纤维起自脊髓胸段的第1-5节灰质侧角，在星状神经节或颈交感神经更换神经元，节后纤维进入心脏支配窦房结、房室交界、房室束、心房肌和心室肌。其节后纤维末梢释放的神经递质为去甲肾上腺素，它与心肌细胞膜上的β肾上腺素受体结合，引起心率加快，心肌收缩力加强。一旦切断心交感神经，心率减低、心肌收缩力量减弱，尤以心率减慢为显著。

（2）心迷走神经支心迷走神经节前纤维起自延髓，到达心脏后在心内神经节换神经元，节后纤维支配窦房结、心房肌和房室交界等，少数纤维支配心室肌。其节后纤维末梢释放的神经递质为乙酰胆碱，它与心肌细胞膜上的M型胆碱能受体结合，引起心率减慢，心肌收缩力减弱，而以心率减慢为显著。当切断迷走神经后，心率加快、心肌收缩力增强。

2、血管的神经支配

支配血管的传出神经纤维可分为两类：一类是引起血管平滑肌收缩的，称为缩血管神经；另一类是引起血管平滑肌舒张的，称为舒血管神经。

（1）缩血管神经纤维缩血管神经纤维属交感神经，故又称为交感缩血管神经纤维。节后纤维末梢释放去甲肾上腺素，与血管平滑肌膜上的α受体结合，使血管平滑肌收缩，血管口径缩小，外周阻力增加，动脉血压升高。

（2）舒血管神经纤维体内仅有少数器官的血管是舒血管神经纤维支配的。这类神经纤维即有交感性，又有副交感性，它们的节后纤维末梢释放的神经递质为乙酰胆碱，与血管平滑肌膜上的M型胆碱能受体结合，使血管平滑肌舒张。交感舒血管神经纤维主要分布于骨骼肌血管，平时没有紧张性活动，只有在情绪激动或剧烈运动时发挥作用，使骨骼肌内血管平滑肌舒张，导致血流量增加，适应肌肉运动的需要。副交感舒血管神经纤维主要分布在如脑膜、唾液腺、胃肠外分泌腺和外生殖器的血管。这类纤维的活动，只对器官组织局部血流起调节作用，对循环系统总的外周阻力影响很小。（三）心血管中枢

在中枢神经系统中，参与心血管活动的神经元集中的部位称为心血管中枢。

1、延髓心血管中枢。

延髓是心血管的基本中枢，它们可以分为心血管交感中枢和心迷走中枢两部分。心血管理交感中枢兴奋，可引起心率加快，血管收缩，动脉血压升高；心迷走中枢兴奋，可引起心率减慢，动脉血压下降。心血管交感中枢和心迷走中枢经常处于一定程度的兴奋状态，称为心血管交感紧张和心迷走紧张。心血管交感紧张和心迷走紧张作用相反，共同调节心脏活动。

2、延髓以上的心血管中枢。

在延髓以上的脑干部分以及小脑和大脑中，都存在与心血管活动有关的神经元，它们的调节功能更高级，表现在对心血管活动与机体其他功能之间的复杂整合作用。

（四）心血管反射

1、颈动脉窦和主动脉弓压力感受器反射。当血压突然升高时，压力感受器所受的牵张刺激增强，使心迷走中枢紧张加强，心血管交感中枢紧张减弱，于是心率减慢，心缩力量减弱，外周血管舒张，动脉血压下降，故此反射又称减压反射。

2、劲动脉体和主动脉体化学感受性反射。血浆中PC02升高或血浆[H+]浓度升高或P02降低，都可刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器。但这类感受器的传入冲动，首先引起呼吸中枢兴奋使呼吸加深加快，通过呼吸的改变而继发的引起心血管功能的改变，使心率加快、心输出量增加，脑和心脏的血流量增加，内脏器官血流量减少，从而使动脉血压升高。3．本体感受性反射分布在骨骼肌、肌腱和关节囊中的本体感受器，当肌肉收缩时，这些感受器受到刺激，发射性地引起心率加快，血压升高。肌肉运动时心率加快，本体感受性发射在其中发挥了一定的作用。

4．其他心血管发射（1）眼心反射用手按压眼球时，刺激三叉神经中感受成分的末梢，其传入冲动使心抑制中枢的活动加强，反射性的引起心率减慢、血管舒张、血压降低。（2）高尔茨反射强烈撞击腹壁可反射性的引起心抑制活动加强，缩血管中枢和心加速中枢的活动减弱，使心率和血压都降低。二、体液调节

（一）肾上腺素和去甲肾上腺素肾上腺髓质所释放的激素中，肾上腺素占80%，去甲肾上腺素占20%。肾上腺素和去甲肾上腺素都加强心血管活动，使血压升高，但两者的作用并不完全相同。肾上腺素可使心率加快，心肌收缩力量加强，心输出量增加；皮肤、肾、胃肠血管收缩，而在心、骨骼肌和肝中的血管舒张，因而收缩压升高，舒张压轻度下降，平均动脉压不变或稍有上升。去甲肾上腺素对心脏的作用较弱，但对血管作用强，除冠状血管外，可普遍引起血管收缩，导致外周阻力增加，从而使收缩压、舒张压和平均动脉压均升高。（二）肾素-血管紧张素当肾小球的入球小动脉的血压降低或血钠浓度降低时，入球小动脉壁中的近球细胞释放肾素，使血浆中的血管紧张素原水解成血管紧张素。血管紧张素对心血管的作用，主要是血管紧张素Ⅱ的效应，具有强烈的缩血管作用，尤其是内脏和皮肤，使外周血管阻力增大，故使血压升高。另外，它尚能直接加强心肌收缩力，并增加交感神经对心血管的作用。长期训练可以改善肾素-血管紧张素-醛固酮系统的机能，提高机体的运动性应激能力。

(三)其他体液因素1、血管内皮生成的血管活性物质血管内皮细胞能生成和释放内皮舒张因子和内皮缩血管因子。具有舒张血管或收缩血管的功能。

2、组织胺是组织损伤或炎症时释放入血的一种活性物质，对微动脉和微静脉都有舒张作用，并增加毛细血管的通透性，可形成水肿。

3、前列腺素全身几乎所有组织均可生成前列腺素，具有舒血管作用，对局部血流进行调节。在进行剧烈运动时，肌肉等组织释放的前列腺素增加，对改善局部肌肉血流有一定作用。

4、激肽具有强大的舒血管作用，在唾液腺、胰腺和汗腺处于分泌活动期间，均伴有激肽的生成，从而使这些器官的血管舒张，血流量增加，有利于分泌活动的进行。（四）心脏的自分泌功能心钠素是由心房肌细胞合成和释放，当回心血量增多，心房肌受到牵拉，可促进心钠素的释放，心钠素有舒张血管、降低血压、改善心律失常和调节心功能的作用。此外，还引起肾排水和排钠增多，故又称其为心房利尿钠因子。在进行剧烈运动时，心钠素明显提高，对缓冲运动中的血压变化，调节水平衡，维持内环境稳态有重要作用。三、局部血流的自身调节

（一）代谢性自身调节机制许多组织代谢产物，如腺苷、C02、H+、乳酸和K+等在组织中的浓度升高时，都能使局部血管舒张，PO2降低也能使局部血管舒张。相反，局部代谢产物浓度过低时，位局部血管收缩。因此，在肌肉活动时，有活动的肌肉代谢加强，血流量增多，为骨骼肌组织提供更多的氧，并带走代谢产物。（二）肌源性自身调节机制血管平滑肌本身能经常保持一定的紧张性收缩，称为肌源性活动。当器官血管的充盈压突然升高，动脉管壁的平滑肌因受到牵拉刺激而收缩，使该段血管的血流阻力增大，器官血流量不致因充盈压升高而增多，从而保持血流量的相对恒定；反之，当充盈压突然减低时，则发生相反的效果。第四节运动时心血管功能的变化

一、心血管系统对运动的反应（一）心输出量的反应

由于心交感神经兴奋加强，心迷走神经冲动发放减少，同时肾上腺髓质分泌肾上腺素和去甲肾上腺素增多使心率加快，心肌收缩力加强，心输出量增加。静脉回心血量的增多也有利于搏出量增加。从事耐力性训练的运动员，心率和搏出量的潜力很大，心输出量可比安静时增加7-8倍。（二）血液重新分配

运动时骨骼肌的血管舒张，血流量增加；而腹腔内脏器官和皮肤的血管收缩，血流量减少，使血流量发生重新分配。这一调节机制具有重要的生理意义：一方面通过减少不参与活动的器官的血流量，保证有较多的血流量供给运动肌肉，大约有2.5-3.0L/Min血液可以从骨骼肌肉以外的组织器官暂时流入肌肉。这样，即使心输出量不增加，仅通过血流量的重新分配，也可以给骨骼肌多提供500-600ml/Min的氧。另一方面，由于骨骼肌以外器官的血管收缩，使总外周阻力不致因运动肌肉血管舒张而明显下降，从而使动脉压不致下降，这也促进了肌肉血流量的增加。

（三）血压的改变运动时动脉血压的变化取决于心输出量和外周阻力两者之间的关系，并与运动方式、强度、持续时间有关。从事动力性运动时，由于心输出量增加，运动肌肉的血管舒张，而腹腔内脏血管收缩，故外周阻力不变或轻度下降，因此，血压升高，这种升高主要表现收缩压升高，而舒张压变化不大或略有下降。血压增高的幅度与运动强度有关。从事静力性运动时，由于心输出量增加幅度较小，肌肉持续收缩压迫血管和腹腔内脏血管收缩，使外周阻力增大，故血压升高，以舒张压升高显著。二、心血管系统对运动的适应（一）运动性心脏肥大；（二）运动心脏功能改善

1、安静时心跳徐缓；2、亚极量强度运动时心泵功能的节省化；3、极量运动时心泵功能储备大。小结：

1、心血管系统周而复始地运输血液，终生不停。2、长期系统的运动训练，心脏的形态、微细结构及功能会发生一系列的适应性变化，能够增强心脏泵血功能。思考题：一、名词解释：

射血分数；心输出量；心指数；

心力储备；血压二、选择题1．左心房接受来自（

）的血液，再由左心室泵入主动脉输

送到机体各器官和组织。

A.肺静脉中含氧较少B.肺静脉中含氧饱和

C.肺动脉中含氧较少D.肺动脉中含氧饱和2．心肌与骨骼肌在兴奋性变化方面的区别是心肌的（

）。

A.兴奋性低B.有效不应期短C.有效不应期长D.兴奋性高3．心肌不产生强直收缩的原因是（

）。

A.兴奋低B.兴奋传导速度快C.有效不应期长D.兴奋性高4．衡量循环系统效率的重要指标是（

）。

A.心率B.心输出量C.血压D.心电图

5．进行动力性运动时，收缩压明显升高，其机理主要是由于

（

）造成的。

A.外周阻力增加B.循环血量增加

C.心输出量增加D.血管舒张

6．衡量血管机能的指标常用（

）。

A.心率B.血压C.心输出量D.心电图

7．以静力性及力量性运动为主的投掷、摔跤、举重等项目的运动

员，心脏的主要变化为（

）。

A.心肌增厚B.心室容积增大

C.心肌、心容积都增大D.无明显变化

8．以游泳，长跑等耐力性项目为主的运动员，心脏的主要变化为

（

）。

A.心肌增厚B.心室容积增大

C.心肌、心容积都增大D.无明显变化

9．在每一个心动周期中，心室的充盈主要是由于（

）。

A.血液依赖地心引力而回流B.骨骼肌的挤压作用加速静脉血的回流

C.心房的收缩D.心室舒张的抽吸作用10．有训练的人，在进行定量工作时，心率和血压变化（

）。

A.大B.小C.无明显变化D.开始较大，后来无明显变化11．心率的加快主要会引起（

）的升高。

A.舒张压B.收缩压C.中心静脉压D.外周静脉压12．调节心血管活动的最基本中枢是在（

）。

A.主动脉弓压力感受器B.延髓C.下丘脑D.小脑13．左心室壁比右心室壁厚是因为左心室（

）。

A.射血速度较快B.每搏输出量较大

C.心指数大于右心室D.比右心室做更多的功14．在心动周期中，左心室压力最