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心脏和血管

  血液循环的动力器官。心脏的自动节律性收缩,推动血液在循环系统的各种血管中环流,使机体各组织、器官能不断地吐故纳新、新陈代谢。

目录

结构特征

  心脏是一厚壁的肌性器官,由左右2心房和左右2心室4个心腔组成。上腔和下腔静脉与右心房相连,将静脉血回流于右心房而入右心室,然后再经右心室输出通过肺动脉到肺脏进行气体交换,使静脉血转变为动脉血。动脉血又经肺静脉输入左心房进左心室,然后再经主动脉及其分枝输送于全身的各组织和器官。心房和心室的肌壁是由内层的心内膜、中层的心肌、外层的心外膜所组成,其中以心肌层最厚。心内膜的表面是内皮细胞,与血管的内皮相连。内皮下层将心内膜与心肌层连接起来。其中含有丰富的血管、神经和心脏传导系统的分枝。心肌层在心房较薄而心室较厚,尤以左心室最厚。其中的心肌纤维呈螺旋状排列,大致可区分为内纵、中环、外斜3种层次和形式。 心外膜是心包膜的脏层、是浆膜结构,其外表面被覆间皮。心包膜的壁层也是浆膜,与心外膜相连续;两者形成心包腔,其中有少量浆液,起润滑作用,使心脏在收缩和舒张时此2层浆膜(壁层和脏层)可以自由滑动,避免心外膜受到磨损。心脏在解剖结构上具有瓣膜装置,其作用在于使血液在循环系统中能够定向流动而不致逆流。左心房与左心室之间有二尖瓣,右心房与右心室之间有三尖瓣,肺动脉与右心室之间有肺动脉半月瓣,主动脉与左心室之间有主动脉半月瓣。心瓣膜实际上是心内膜突入心脏内的薄片结构,表面为一层内皮,中心为致密组织,基部与纤维环相连,内有平滑肌和弹性纤维。心瓣膜一旦发生病理变化,可造成瓣膜狭窄或关闭不全,将直接影响心脏的泵血功能。

  心脏的结构按其功能特征可区分为心脏起搏传导系统和心肌。前者是心脏所特有的功能结构系统,具有起搏和传导心脏兴奋的功能。后者是心房和心室的工作细胞,具有收缩和传导的功能,是实现心脏泵血功能的结构。(见彩图)

  心脏起搏传导系统是由一些特殊分化了的心肌细胞所组成的特殊功能结构的总称。它所含有的肌原纤维极少、或根本没有,因此无收缩功能;但是,它们具有一般心肌细胞所没有的自动节律性(简称自律性)和传导性,因而成为心脏特有的节律起搏和传导兴奋的特殊传导系统。心脏的起搏传导系统是由窦房结、房内束(结间束和房间束)、房室交界部、希斯束、房室束和浦肯野纤维等部分所组成。这些组织细胞的自律性和传导性是心脏自律性舒缩活动的功能基础。

心脏起搏传导系统的演化与发生

  心脏起搏传导系统的出现是与循环系统,特别是心脏的演化和发生分不开的。真正的心脏的出现,起始于低等的脊椎动物,即圆口纲(如七鳃鳗)。心脏已与血管有明显区别,有静脉窦、心房、心室之分。心脏为静脉心或鳃心,驱动静脉血入鳃,以及全身血管进行单循环。从软骨鱼开始(如鲨鱼),其心脏具有四个原始结构:静脉窦、心房、心室及动脉圆锥,都能独立搏动。硬骨鱼,如鲫鱼、鲤鱼,其心室与动脉球之间动脉圆锥已退化,仅残留为1~2列瓣膜。

  两栖动物的心脏结构已较为复杂,可区分为左右2个心房和1个心室,与有关的血管相连接形成体循环和肺循环。左心房接受经肺脏气体交换后的多氧血,右心房则接受来自全身各组织器官的少氧血,两者共同流入1个心室。在心室收缩时,大部分的少氧血被偏转流向右侧,经肺动脉进入肺脏以交换气体。与此同时,在心室收缩时,由于动脉圆锥中的螺旋瓣的配合相助,使回流心室的多氧血顺利地射入颈总动脉,供给头部和脑组织以含氧较多的血液;而射入动脉弓供给全身其他各部组织器官的血液则为混合血。两栖类中的蛙心就是这样地进行血液循环活动的。蛙类的皮肤微血管具有气体交换功能,因而得到了补偿。两栖类动物的循环系统已较鱼类完善,其起搏传导系统虽未高度分化,但是心脏的起搏点已相对集中由静脉突起主导作用,其心房和心室的节律收缩活动完全受静脉窦的自律性所控制。

  爬行动物,如蜥蜴、蛇和龟,其心脏已接近完全分隔成为两半,2心房和2心室,有完善的房中膈将左右心房隔开,但是室中膈并不完善而残留室间孔,因此左右心室的血液可相互交通而成混合血。但是鳄鱼的室中膈却较为完善,左右心室已不相通。一般认为爬行动物的静脉窦已大部分并入右心房,因而静脉窦的起搏功能也就随之转入右心房,对整个心脏的自律性搏动起主导作用。

  鸟的心脏已具有完善的2心房和2心室,能进行更为完善的体循环和肺循环;但是若与哺乳类动物的心脏相比,则尚有欠缺。

  哺乳动物的心脏结构和功能已达到高度发展的水平。有相当完善的瓣膜装置,使左心和右心成为一对高效能的血泵,足以高度完善地实现体循环及肺循环的功能。同时,鸟类和哺乳动物的心脏起搏、传导功能和结构也随着心脏和血管的演化,而逐渐形成了特殊分化的心肌细胞:即窦房结、房内束、房室交界部、希斯束及其左右束支和浦肯野纤维等部分。这些组织结构总称之为心脏起搏传导系统。对人类来说,这一功能结构已高度分化,窦房结的起搏细胞已相对集中于一固有部位,行使其起搏点功能;然而,部分哺乳动物则还有少量起搏细胞分布在窦房结区之外,并不完全集中。

  心脏起搏传导系统的发生,显然也是与心脏和血管的胚胎发生有密不可分的关系。组织胚胎学实验研究的结果表明,在胚胎发生的早期这些特化了的心肌细胞随着心脏和血管的发生已开始分化,而在胚胎发育的第六周已能识别出来。心脏起搏传导系统各部分发生的时间和来源尚有一些争议。曾有人认为,最先出现的是房室结,而后延伸成为房室束(即希斯束)及其束支。另有人认为,最先出现的是房室束干,而后上下延伸成为房室结和左、右束支。两者均有片面性。浦肯野纤维在胚胎第六周之末,就已可辨认,而后逐渐与房室束相连接。窦房结的发生较晚。有人认为胚胎第6~8周时,才出现并可辨认,其窦房结内的细胞来自静脉窦。也有人认为窦房结出现于胚胎第三个月,最初位于上腔静脉壁中,而后转移到心房壁内。

心脏起搏传导系统的结构和功能

窦房结

  位于静脉窦与右心房之间,也叫窦耳结。窦房结在胚胎发生过程中起源于静脉窦而非心房或心耳;在成年人,它是从耳腔连接处向右下伸延至房腔连接处。人的窦房结难以肉眼观察来确定其位置和形态。因其表面有心外膜下脂肪组织和厚薄不等的心房肌覆盖。与其周围的心房肌不易分辨。不过应用染料注射于窦房结动脉内,可以通过肉眼看到窦房结动脉所包绕的颜色较淡的窦房结。在不染色的情况下,窦房结动脉周围的纤维组织较多呈淡灰色,是一参考标志。马和牛的窦房结一般较为容易辨认。人的窦房结位于上腔静脉与右心房连接处,其与右心耳嵴相连处突出隆起,可作标志。其外形呈半月状、梭形或马蹄形,中间粗而两头尖。其大小约为15×5×2毫米,窦房结动脉穿行其中,可作为识别标志。

  应用光学显微镜观察人的窦房结标本,可看到以下主要特点:①窦房结是由直径约为3~4.5毫米的细小肌纤维交织围绕在动脉周围,其中结缔组织较多所构成的结状结构肌纤维,在镀银时可清晰呈现横纹特征。细胞核多呈椭圆形,核周有清亮区并膨大,很像浦肯野纤维。肌原纤维较少,未见闰盘,数个细胞可连结而呈假合胞体状。②肌纤维交织排列,集结成束,近结中央为环状,外周则散向心房和腔静脉。人、猴、马、狗、猪、猫的窦房结肌纤维均交织环绕窦房结动脉周围。因而易于辨认;而牛、兔、豚鼠等则不如此交织环绕。因为,窦房结的动脉分支及毛细血管较多,供血比其周围心肌组织更为丰富。③窦房结内结缔组织较多,依附于动脉周围,将窦房结细胞分膈成许多团块。儿童窦房结的结缔组织相对较少,随年龄的增长而增多。

  应用电子显微镜观察窦房结的超微结构,可区分出4种细胞:一为窦房结周的一般工作细胞(具有收缩功能的心肌细胞);二为窦房结所固有的起搏细胞,又称P细胞,其色苍白,很像原始心肌细胞,成群排列于窦房结的中央,应用细胞内微电极技术已证实P细胞具有自动节律性和发放兴奋波的生理功能;三为过渡型细胞,介于前两者之间;四为浦肯野纤维,通过过渡型细胞与窦房结起搏细胞发生联系,并延伸进入心房肌和房内束,以传导兴奋。P细胞是窦房结的主要组成部分,其特点为细胞小而圆,细胞核大,细胞器和肌原纤维少而散在细胞间只有少数桥粒和间隙连接,富有神经支配。

房内束

  心房内的传导束,总称为房内束,可区分为结间束和房间束,前者又可分为前、 中、后 3支结间束,具有联系窦房结和房室结区的功能。后者也可分为上、下房间束,以联系左右2心房。①前结间束,从窦房结的前端(头部)走向左前,绕过上腔静脉和右房前壁,分为2支,一支转向后下,进入房间隔前部于主动脉根部后侧斜行下降,达房室结上缘。前结间束的另一分支延伸入左心房,形成上房间束。前结间束的传导速度较快,在房室间的传导起重要作用。②中结间束,从窦房结后上缘发出,绕经上腔静脉后方进入房间隔,下行经卵圆窝前方与前结间束的纤维相混合,终止于房室结上缘。③后结间束,从窦房结后缘(尾部)发出,行于界脊之内,下降经下腔静脉瓣,越过冠状窦,而终止于房室结的后上缘。此束的行程最长,其分支可沿右房梳状肌分布至右心房背部各处。

  上房间束和下房间束主要是将起搏点兴奋及时传布到左、右2心房,以实现心房收缩活动的同步性。

房室交界部

  又称房室结区,是心传导系统在心房与心室之间的交界联接部分,可按其功能与结构而区分为:房-结区,结区和结-希区3部分。

  结区中的房室结是房室交界部的主要成分。它上与房内束中的结间束发生联系,形成房-结区,下与希斯束相连形成结-希区。房室结呈上椭圆形,贴于中心纤维体右侧,大小约为7×4×1立方毫米。在光学显微镜下可观察到,结内有直径为5~8微米的细小肌纤维致密交织排列围绕于动脉周围。细胞的形态与窦房结相似,肌原纤维少,可见横纹。结周有许多移行细胞与邻近心肌细胞及浦肯野纤维发生功能性联系。电子显微镜下可看到与窦房结相类似的四种细胞:P细胞、过渡型细胞、浦肯野细胞,以及一般的心肌工作细胞。过渡型细胞为数最多,其结构特征介于P细胞与一般心肌工作细胞之间。 房室结区大部分是由这些过渡细胞交织成网。以及散在其中的P细胞所组成。细胞间连结方式有4种:紧密连接,桥粒,间隙连接,未分化型。紧密连接处有肌原纤维附着对心脏机械强度的增强有意义;桥粒和未分化型的细胞间连接有减慢房室结区传导速度的功能意义;间隙连接则可增加细胞间的传导速度是一低电阻区。

心室内传导系统

  是指由希斯束及其左右束支和浦肯野纤维所组成的、在心室内分布穿行的心传导系统,因此,又称希浦二氏系统(HPS)。

  ① 希斯束及其束支,穿过中心纤维体后进入心室,行于肌性室间隔顶部,膜性室间隔的后下缘,很快就向左侧呈扁带状分出左束支。先分出的形成左后半分支,后分出的形成左前半分支。右束支在隔膜下方从希斯束分出后沿室间隔右侧面弓向前下方,在间隔前上部的锥状乳头肌的后下方,转向外下而入节制带,到达前乳头肌的基底部前上方时。开始分支,主干继续绕前乳头肌基底部的前外侧发出分支。总的看来,左束支呈扁带状,长度较短。分支较早,右束支则呈长圆柱状,分支较晚,经节制带到达前乳头肌基底部才发出分支。这些结构上的特征有利于弥补兴奋在左心室传导时间比右心室相对较长的不足。

  ② 浦肯野纤维网,左右束支的分支在心内膜下交织分布,形成内膜下网,并深入心室肌内形成心肌内网。浦肯野纤维的细胞宽10~30微米,长20~50微米,肌原纤维少。浦肯野纤维与心肌工作细胞的连线可以是直接相连,也可以是借助中间过渡细胞与心肌细胞相连接。心室内传导系的主要功能,将房室交界部下传的兴奋波(冲动)经希斯束及其分支 (左右束支)和浦肯野纤维网以较快的传导速度(1.5~5.0米/秒)传向左右心室肌。 一般冲动从进入希斯束至浦肯野纤维末端所需的传导时间只有0.03秒,远比冲动在心室肌内传导的速度快。心室肌的传导速度较慢,约为0.3~0.4米/秒,因此,从心内膜面传向心外膜所需的传导时间也要0.03秒。浦肯野纤维的远侧部及与心肌工作细胞连接外,在生理上有不应期较长和传导速度较慢的特点,具有闸关作用,一些传导阻滞及兴奋折返现象可在此部位发生。

心脏的自律性活动

  动物和人的心脏在适宜的实验条件下,尽管失去神经系统的支配,甚至于从机体内摘取分离出来(即离体心脏),它仍然能够保持其固有的自律性舒缩活动。这一点表明心脏本身具有自律性。在整体内,心脏的自律性活动是受自主性神经系统和体液因素所调节的。在正常生理情况下,哺乳动物包括人类在内的心肌起搏传导系统中自律性最高的是窦房结,它是心脏本身所固有的起搏点,是一个天然的起搏器。目前临床上广泛应用的心脏起搏器,实际上就是窦房结的仿生工程产物。窦房结的自律性起搏频率应为每分钟100次以上。但是,在整体内受到神经的作用,而保持于每分钟70次左右的窦性心律水平,一般称为窦性心律。在病理情况下,由于窦房结的自律性降低或窦性兴奋传出受阻(窦房阻滞),或因其它部位的自律性升高时,窦房心律将为异位节律所取代。出现心律失常。在这些病理情况下,将影响心脏的泵血功能。

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