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1、血压调节系统的仿真与建模第1页，此课件共57页哦第2页，此课件共57页哦第3页，此课件共57页哦第4页，此课件共57页哦心脏的泵血过程心脏的泵血过程心室舒张期心室舒张期心室收缩期心室收缩期第5页，此课件共57页哦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（cardiac cycle）第6页，此课件共57页哦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
2、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第7页，此课件共57页哦l全心舒张期时血液不断的由大静脉流入心房，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再流入心室。（约占每个心动周期心室总回流血量血量75%。）。）l心房收缩时，心房容积减小，房内压升高，进心房收缩时，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动周期心室总回流血量25%。）。）l心房收缩结束后开始舒张，房内压降低，心房收缩结束后开始舒张，房内压降低，而心室开
3、始收缩。而心室开始收缩。第8页，此课件共57页哦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。心室的泵血第9页，此课件共57页哦心脏泵血过程心脏泵血过程第10页，此课件共57页哦心室的泵血心室的泵血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。第11页，此课件共57页哦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
4、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.心房收缩期第12页，此课件共57页哦心房收缩期 等容收缩期 快速射血期 缓慢射血期 等容舒张期 快速充盈期 减慢充盈期 心动周期中压力、容积等变化 第13页，此课件共57页哦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PaPA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PaPv
5、PvPvPvPA开 关继续增加心室容积达峰值第14页，此课件共57页哦综上所述综上所述1.1.血液在心中单向流动的原因是：心室肌的收缩和舒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。张引起的室内压变化和瓣膜的开闭活动。2.2.左右心室的泵血过程相同，但左心室内压变化的幅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。度远大于右心室。3.3.心脏射血过程中，心室活动占主导。心房起初级泵心脏射血过程中，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。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的强烈收缩心室动脉间的压力梯度心
6、室动脉间的压力梯度半月瓣开启和心室射血的直接动力：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：血液由心房流入心室的动力：房室压力梯度房室压力梯度心室的舒张心室的舒张第15页，此课件共57页哦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。心音第16页，此课件
7、共57页哦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第17页，此课件共57页哦心泵功能的评定指标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（stroke volume，SV）
8、：一次心跳，一侧心室射出的血量（7070mlml）称为，又称搏出量。lSV=舒张末期容积收缩末期容积舒张末期容积收缩末期容积2.射血分数（ejection fraction，EF）7575mlml145ml145ml6060射血分数射血分数=心室舒张末期容积心室舒张末期容积搏出量搏出量100第18页，此课件共57页哦（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）。随随机机体体活活动动和和代代谢谢情情况况而而变变化化（运运动动、情情绪绪、怀怀孕孕等）；女子心输出量较同体重男子约低等）；女子心输出量较同体重男子约低1010。2.心指数（cardiac i
9、ndex，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。心心指指数数在在1010岁岁左左右右最最大大（4 4L/min.mL/min.m2 2以以上上）；以以后后随随年年龄龄增长而逐渐下降增长而逐渐下降,到到8080岁时，接近岁时，接近2 2L/min.mL/min.m2 2。CO SVHR5 56 6L/minL/minCI=CO/体表面积=3.03.03.53.5L/min.mL/min.m2 2第19页，此课件共57页哦（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（
10、2）每分功：心室每分钟所作的功。每分功=每搏功心率/1000（3）心心脏脏收收缩缩不不仅仅排排出出一一定定量量的的血血液液，而而且且使使这这部部分分血血液液具具有有较较高高的的压压强强能能和和较较快快的的流流速速。心脏作功量评价心泵功能比心输出量更全面。第20页，此课件共57页哦（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第21页，此课件共57页哦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
11、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。第22页，此课件共57页哦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：儿茶酚胺受体(经G蛋白)cAMPCa2+通道开放几率+开放时间 Ca2+内流+横桥ATP酶活性心缩力。第23页，此课件共57页哦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）第24页，此
12、课件共57页哦心率对心泵功能的影响 每分输出量心率每搏输出量40150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。第25页，此课件共57页哦心泵功能的贮备 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第26页，此课件共57页哦血压调节系统（nervous system）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
13、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。第27页，此课件共57页哦 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
14、动脉脉搏。第28页，此课件共57页哦各段血管的压各段血管的压力梯度：力梯度：主主A:100mmHg A:100mmHg 小小A:85mmHg A:85mmHg Cap:30mmHg Cap:30mmHg V V始始:10:10mmHg mmHg 心房心房(大大V):V):0 0 第29页，此课件共57页哦动脉血脉血压影响因素影响因素SpSpDPDP脉压脉压BpBp搏出量搏出量（明显）（明显）心率心率（明显）（明显）外周阻力外周阻力（明显）（明显）有效血量有效血量（明显）（明显）（明显）（明显）大大A A弹性弹性（明显）（明显）第30页，此课件共57页哦(1)(1)每搏出量每搏出量心缩期射入心缩
15、期射入A A血量血量管壁侧压力管壁侧压力 (2)(2)心率心率心舒期心舒期心舒末期心舒末期A A血量血量管壁侧压力管壁侧压力 影响动脉血压的因素：影响动脉血压的因素：心舒末期心舒末期A A血量血量（不明显）（不明显）DPDP（不明显）不明显）SP(SP(明显明显)血流速血流速 DP(DP(明显明显)搏出量搏出量SPSP（不明显不明显）回心血量回心血量第31页，此课件共57页哦(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BpDP（明显）管壁侧压力
16、SP（明显）DP脉压体循环平均充盈压变Bp变第32页，此课件共57页哦心血管活动的调节心血管活动的调节第33页，此课件共57页哦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第34页，此课件共57页哦血压影响因素(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
17、，起着调节心率、心排出量及外周阻力的作用。第35页，此课件共57页哦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。第36页，此课件共57页哦第37页，此课件共57页哦当血压升高时，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
18、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。第38页，此课件共57页哦血压突然窦、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第39页，此课件共57页哦(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
19、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。第40页，此课件共57页哦第41页，此课件共57页哦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第42页，此课件共57页哦(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
20、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：血量及体液量调节第43页，此课件共57页哦机械牵张：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 压第44页，此课件共57页哦(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。这些体液因素,有些是通过血
21、液携带,广泛作用于心血管;有些是在组织中形成,主要作用局部的VSM,调节局部组织的血流量。儿茶酚胺类(肾上腺素、去甲肾上腺素等)，肾素、血管紧张素，抗利尿激素等具有收缩血管作用，可使血压升高。缓激肽、前列腺素E、心钠素等具有较强的扩血管作用，使血压下降。第45页，此课件共57页哦循环血容量 肾动脉压入球小动脉 牵张感受器致密斑感受器肾动脉压 肾血流量 肾 近 球 细 胞 肾交感N兴奋GFR远曲小管 Na+、Cl-负荷NE和E PGE2循环血容量心房容量感受器 动脉压力感受器肾 素反射性+NE受体刺激刺激肾素分泌的因素素分泌的因素:第46页，此课件共57页哦 (二)肾上腺素和去甲肾上腺素 肾上腺
22、素（E）去甲肾上腺素（NE）来源 肾上腺髓质 肾上腺髓质、交感N节后纤维 共性 兴奋、受体，强心、缩血管、Bp、平滑肌舒张、升血糖、升血脂、耗氧量、产热 个性 强心剂 升压剂 心脏 结合1受体 基本同E 正变时、正变力、正变传导作用 但在体心率 心率心缩力心输出量SP （窦弓反射效应所致）血管 结合2受体 除冠脉外 皮肤、内脏血管缩 全身各器官血管缩 骨骼肌、心、肝血管舒 外周阻力、DP平滑肌 胃肠道、支气管血管舒 较E弱 代谢 血糖、脂分解、较E弱 耗氧、产热 第47页，此课件共57页哦血管升压素（VP）=(抗利尿素 ADH)适宜刺激：下丘脑：视上核、室旁核血浆晶渗压血容量Bp渗透压感受器+
23、容量感受器-压力感受器-（+）血管升压素(VP)下丘脑-垂体束垂体后叶血管收缩、抗利尿效应（+）（+）来 源：第48页，此课件共57页哦血压系统的建模与仿真根据系统与电气元件在数学上的相似特性，建立类似微积分方程的抽象数学形式，来得到一种实际可用的方法，采用电网络模型来作为循环系统的数学模型。例如：郭仲伟和Mcimis的人工心脏电路模型；Takatani的搏动泵循环系统数学模型；Hyndman的循环系统电路模型；第49页，此课件共57页哦郭仲伟和Mcimis的人工心脏电路模型第50页，此课件共57页哦目前血压系统建模动脉系统的数学模型静脉系统的数学模型毛细血管的数学模型目的：血压系统对心脏血液
24、输出的响应。可以利用它们对不同的心输出量所引起的压力变化进行数值分析，达到分析心脏和各种辅助泵，如人工心脏之间的联系。其中，静脉系统的数学模型对于循环系统的病理探讨有很大的意义。第51页，此课件共57页哦动脉系统电网络模型不考虑神经控制的动脉系统模型有Gordin的电网络模型，利用它可以分析平均血压分布血压分布的基本关系。LH左心RH右心电流I平均电流电压P平均电压R阻力C动脉容量as动脉系统vs静脉系统ap肺动脉vp肺静脉LHRHPvpPasCasCvpRpRsPapPvsILIRCvsCap第52页，此课件共57页哦第53页，此课件共57页哦u表示血压控制信号模型A动脉顺应性模型B动脉血管体积随血压变化x表示血压正常值与实际值的偏差量血压控制器第54页，此课件共57页哦最初的弹性腔模型（Windkessel model），其动脉系统只包含一个电阻和一个并联的电容，是一高度集总参数模型，后改进为三元件或四元件的模型。其中三元件的Windkessel 模型如下图所示，R、L、C 分别代表动脉系统血流总阻抗、总惯性和总顺应性。第55页，此课件共57页哦第56页，此课件共57页哦第57页，此课件共57页哦