心输出监测的生理学基础
心输出监测的生理学基础
第一节心脏泵血功能及其评价指标
心脏是生命活动中的重要器官之一。心脏为了推动血液在体内作循环流动必然要消耗能量作功，将化学能转化为用于心肌收缩、血管运动和血液流动的机械能；心脏的收缩与舒张过程不但影响血管运动和血液流动，同时也受血管运动和血液流动的影响，因此心肌能量的产生、心肌的收缩与舒张、血管的运动及血液的流体等发生变化时均可引起心脏泵血功能的改变。其中心脏作为一个泵血的动力装置，泵的前后负荷、泵的工作效率以及外周循环动脉血压的变化均可直接影响心脏血液输出的效率；血液循环作为一个功能性封闭体，血液动力学的改变反过来也会对心肌细胞与血管细胞产生深刻的影响，导致心肌肥厚或心力衰竭、动脉粥样硬化等的发生。
一、心脏泵血功能
心脏是一个由心肌组织构成并具有瓣膜结构的空腔器官，它是血液循环的动力装置。在血液循环系统中，心脏肌肉组织不断地作收缩和舒张的交替活动，心脏舒张时容纳静脉血液返回心脏，心脏收缩时则为心脏内的血液提供机械能使血液能从心脏射入动脉中，并在外周血管内流动。在心肌节律性的收缩与舒张和心脏瓣膜规律性开启与关闭的配合下，心脏推动着血液沿单一方向在体内不停地作循环流动，心脏这种推动血液流动的作用方式与水泵工作的原理相近，因此可以把心脏看成是一个实现泵血功能的肌肉器官。
心脏泵血功能正常与否直接关系到心脏向外周血管输送血液量的多少，这是医疗实践和实验医学研究中经常遇到和关心的问题。临床上将心脏泵血功能障碍导致心输出量减少，以至于不能满足全身组织代谢需要的病理过程称为心力衰竭，同时将心力衰竭的早期过程称为心功不全，心力衰竭往往是多种心血管疾病发展变化的共同结果。心力衰竭的临床表现受心力衰竭发生部位的影响，按发生的部位分为左心衰竭，右心衰竭和全心衰竭。左心衰竭多见于冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压病、主动脉瓣狭窄或关闭不全、二尖瓣狭窄或关闭不全等，导致左心输出量减少、肺部淤血或水肿；右心衰竭见于肺心病、三尖瓣或肺动脉瓣疾病，并常继发于左心衰竭，结果表现有心输出量减少，体循环淤血，静脉压增加，常伴有下肢水肿，严重时可发生全身性水肿；全心衰竭是左右心室同时发生的一种心力衰竭，如心肌炎、心肌病等引起的全心衰竭，或继发于左心衰后并发的一种右心衰竭，结果表现既有左心衰又有右心衰的临床症状。显然心输出量的减少与组织代谢对血液量的增加都会导致心功不全或心力衰竭，有时心力衰竭发生在心输出量并不减少甚至是升高但机体对血液量的需要增加使心输出量相对减少，因此心力衰竭可分为高输出和低输出两类心力衰竭。总之心力衰竭是一种心脏功能的严重失代偿表现，它可导致心源性休克的发生。因此在临床上需要有一套客观的指标来评价心输出量及其变化的程度以帮助临床上对心血管病人的诊断、治疗及其预后。
二、心输出量的评价
心输出量是衡量心脏功能的基本指标，通常按心脏搏动一次或工作时间在一分钟内射
出的血液量分为包括每博输出量和每分输出量两个基本指标，由这两个指标还可派生出其他相关指标，如静息时心指数、射血分数、博功等。
心脏完成一次收缩和舒张的活动（即搏动一次）所持续的时间称为一个心动周期，成人平均每个心动周期大约需0.8秒钟，因此成人心脏每分钟搏动75次（简称心率）。每博输出量为一个心动周期内左右心室一侧所射出的血液量，每分输出量为每分钟心率与每博输出量的乘积。例如健康成年男性静息状态下，心率平均每分钟75次，每博输出量约为65ml (60—80 ml)，因此每分输出量为4升(约3.5-5.5升)。低输出型心力衰竭时心输出量往往低于2.5升/分，高输出型心力衰竭时可能会高于5.5升/分。
正常情况下，心输出量与机体新陈代谢水平相适应，随性别、年龄、身材大小、体形以及其他生理状况的不同心输出量可能不一样。女性比同体重男性心输出量略低，青年时期心输出量高于老年时期，心输出量在剧烈运动时可高达25-35升/分，静息情况下可降低到2.5升/分。在其他条件相同的情况下心输出量可受个体体表面积的影响，以单位体表面积计每分钟心输出量为心指数，一般中等身材成人体表面积大约为1.6平方米，静息时每分心输出量为5-6升/分，因此静息时心指数为3.0-3.5升/分/平方米。静息时心指数正常值为2.5-3.5升/分/平方米，多数心力衰竭时心指数低于2.5升/分/平方米，但高输出型心力衰竭时心指数会高于3.5升/分/平方米。
以左心室为例，舒张期间内左心室为来自左心房的血液所逐渐充盈，至舒张末期时血液充盈量最大，舒张末期心室内的容积称为舒张末期容积；左心室经历舒张充盈后随即发生心室收缩射血，至左心室射血末左心室容积收缩到最小，这时心室内剩余的血液量所占的容积称为收缩末期容积，因此心脏每搏动一次的血液博出量实际上等于心室舒张末期容积和收缩末期容积之差。正常心脏的博出量始终与心室舒张末期容积相适应，即当心室舒张末期容积增加时博出量也相应增加，但在心室功能减退、或心室异常扩大的情况下血液博出量可能与正常人没有明显的差异，但它并不与收缩末期心室容积的改变相适应，若这时单纯依椐博出量来评定心脏泵血功能则可能作出错误的判断，这时心室射出的血液量占心室舒张末期容积的百分比即射血分数明显减少，因此用射血分数评价心脏功能似乎更为合适。健康成年人射血分数为55-65%，心力衰竭时由于心肌收缩性减弱，每博输出量减少，而心室舒张末期容积不变，因此射血分数必然降低。
心脏输出血液的过程不仅仅是血液物质的空间位移，也是能量转移的过程，能量的转移必然涉及心输出过程中的耗能作功。实际上心肌收缩所作功的大小等于血液在血管内血液流动的动能和血液对动脉管侧壁的压强能。心室每博动一次所作的功(简称博功)计算公式如下：
博功=心室内充盈压+血液流动动能
=博出量×(射血期左室内压－左室充盈压)+血液流动动能
公式中，血液流动的动能在左心室该值所占比例很小，尤其是机体在各种不同生理条件下射出血液的流速变化并不大，根据血液流动的动能等于1/2 X 血液质量X 流速2 关系可将血液流动的动能忽略不计；另外测定射血期左室内压和左室充盈压的方法一般有积分法和简易法，积分法较为复杂，可参考有关书籍；简易法是以平均动脉压代替射血期时左室内压，以平均左房压代替左室充盈压进行计算的，因此计算博功的公式可简化为：
博功(g-m)=博出量(cm3) X 1/1000 X (平均动脉压-平均左房压) (mmHg) X 13.6g/cm3每分博功(Kg-m/min)=博功(g-m) X 心率X 1/1000
平均动脉压可由动脉收缩压、舒张压计算，平均左房压可用心导管加以测定。
心输出量的改变是心力衰竭的主要表现，以上评价指标揭示心脏功能的状况并不能充分反映心脏射血量（尤其是对高输出型心力衰竭）是否满足机体的需要，因而有必要对心脏射血过程及其影响因素作一简单的介绍。
第二节心脏泵血过程与影响心脏泵血功能的因素
如前所述，心脏的功能如同一个水泵，通过心脏肌肉节律性的舒缩活动，从静脉抽吸血液并把它射向肺动脉或主动脉内，维持一定的心输出量和动脉血管压力，从而保正全身各组织和器官代谢需要的血液供应。在一个心动周期中，心电图、心音图、心脏房室压力及容积等均发生了一系列的变化，按心房和心室容积的变化、心脏瓣膜的启闭以及房室内压力的不同，将一个心动周期依次分为心房收缩期、心室收缩期和心室舒张期三个过程。
一、心脏射血过程
以左心室单侧心脏房室收缩舒张过程为例心脏泵血过程如下。
1 心房收缩期心脏开始收缩之前心脏正处于全心舒张期，此时左心房内和左心室内的压力均较低，接近或低于大气压。由于静脉血不断流入心房致使心房内压力逐渐升高，当相对高于心室压力时房室瓣(二尖瓣)处于开启状态使房室相通，血液顺房室压力梯度从心房排入到心室内，心室血液的不断充盈使心室内压力开始逐步升高，但当心室内压力在不足以使半月瓣打开时，心室腔与主动脉并不相连通，继续接纳来自心房的血液。接着心房开始收缩，使心房容积缩小且房内压力升高，可进一步将心房内的血液挤入己经充盈了血液但仍然处于舒张状态的心室内，心房收缩持续约0.1秒，随后又进入心房舒张期。
2 心室收缩期心室收缩期包括等容收缩和收缩射血二个时相。在心房进入舒张期不久心室开始进入收缩期。心室开始收缩时心室内压力升高，返流的血液随即关闭房室瓣，不再接受心房的血液，而心室肌继续进行强烈的收缩。当心室内压力低于主动脉压时半月瓣仍然处于关闭状态，此时心室成一个独立的封闭腔体，血液容积不可压缩，因此这一时期称为等容收缩相，等容收缩相的特点是心室内压力继续升高且升高速度很快，大约持续0.05秒左右。当心室内压力继续升高超过主动脉压力时半月瓣打开，等容收缩相结束随即进入收缩射血相。收缩射血相可分为快速射血相和缓慢射血相。在射血前1/3左右的时间内，心室肌仍在作强列的收缩，由心室射入主动脉的血液量很大，约占总射量的2/3，而持续时间为0.1秒；随后大量血液进入主动脉内，使主动脉压力相应增高同时心室内血液量减少和心室肌收缩强度减弱，因而心室射血速度减慢，此期射血量占总射血量的1/3，持续时间约占0.19秒。心室收缩末期的容积和压力代表每次搏动射血后心室内剩余的血液量和残存压力，它的变动可直接影响心脏的博出量，因此具有重要的生理意义。
3 心室舒张期心室舒张期包括等容舒张和心室充盈两个时相，后者又可细分为快速充盈，减慢充盈和心室充盈三个阶段。心室肌收缩结束后进入舒张期，心室内压力的下降