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一、心血管机能

(一)血液的组成及功能

血液是由血浆和胞血细组成的流体组织，在心血管系统中循环流动着，以实现其运载功能。

1.血浆

血浆蛋白质是血浆中多种蛋白的总称，包括不同分子大小、结构和功能的蛋白质，其中以白蛋白最多，球蛋白次之，纤维蛋白最少。

血浆蛋白的主要功能是：(1)作为多种物质和激素的载体;(2)维持血浆正常的pH;(3)维持血浆胶体渗透压，保持血管内外水平衡，白蛋白是形成血浆胶体渗透压的主要因素;(4)参与机体免疫功能，血浆中的免疫球蛋白质和补体是参与机体免疫的主要蛋白质;(5)参与血液凝固与纤溶过程。

2.血细胞

(1)红细胞

红细胞的功能，主要是运载氧气和二氧化碳、缓冲酸碱和免疫的功能。红细胞中充满了血红蛋白，血红蛋白是含铁的蛋白质，是运载氧气和二氧化碳的重要载体。但Hb只有存在于完整红细胞中，才具有此功能，一旦红细胞破裂，Hb溢出，便丧失了此功能。

(2)白细胞

白细胞为无色、有核的细胞。不同类型的白细胞各自的功能不同，但从总的方面看，白细胞与机体保护、防御等功能有关。

(3)血小板

血小板的体积小，无细胞核，直径为2～3μm，它是从骨髓成熟的巨核细胞裂解下来的小块胞质。血小板的功能是促进止血、加速凝血和保护血管内皮细胞的完整性。

(二)血液的理化特性

1.血量

正常成人的血液总量约为体重的7%～8%，即70～80ml/Kg体重，即4000～5000ml，男性高于女性，幼儿体内水量较多，其血液总量约占体重9%，体格强壮、肌肉发达者血量高于瘦弱者。

出血量达总血量的20%(800～1000ml)时，会出现乏力头晕、口渴、面色苍白、心跳加快、血压下降等全身不适症状。若出血量达总血量的30%(1200～1500ml)，可出现休克，甚至危及生命。

2.pH值

正常人血浆的pH值相对恒定，约为7.35～7.45。这是由于血液中有强大的缓冲系统，还有肺、肾功能的协助。当血浆pH值<7.35时为酸中毒，>7.45时为碱中毒。血浆pH<6.9或>7.8时都将危及生命。

(三)心脏生理特性

1.心肌细胞的生理特性

心肌细胞分为普通心肌细胞和特殊心肌细胞。

普通心肌细胞(包括心房肌和心室肌)，具有兴奋性、传导性、收缩性，但不具有自律性。

特殊心肌细胞是指窦房结细胞和浦肯野细胞，这类细胞在结构和功能上都发生了特化，能自动有节律的产生兴奋并传向普通心肌。具有自动节律性、兴奋性、传导性，但不具备收缩功能。

归纳梳理

2.心脏的泵血功能

(1)心动周期与心率

心动周期：心房和心室收缩与舒张一次构成一个机械活动周期。一个心动周期中包含有心房收缩、心房舒张、心室收缩、心室舒张，但由于心室在心脏泵血活动中起主要作用，故通常心动周期是指心室的活动周期而言的。

心率：每分钟心脏搏动的次数称为心率。每个人的心率增加都有一定的限度，这个限度叫做最大心率。最大心率=220-年龄(个体最大强度运动)。心率是了解循环系统机能的简单易行指标。在运动实践中常用心率来反映运动强度和生理负荷量，并用于运动员的自我监督与医务监督。

①健康成人静息时每分钟的心率在60～100次之间，平均为75次/min。

②人处于静息状态时，心率之所以能维持在稳态水平，其生理机制是迷走神经紧张性持续不断的控制着心跳的起搏点窦房结，使窦房结起搏细胞处于一定的抑制状态。

③只有当心率在120～180次/min时，心输出量才能维持在较高水平。使心输出量处于较高水平的这一心率范围，称为最佳心率范围。

④心率是了解和评价体育课生理负荷的常用指标。当前，我国学校体育课生理负荷的平均心率标准是120～140次/min。

归纳梳理

(2)心脏的泵血过程

每一心动周期心脏射血一次，它开始于两侧心房收缩，称为心房收缩期。心房收缩时，心房内压升高，将其中血液挤入心室，而使心脏容积减小。

①每搏输出量：一侧心室每次收缩射出的动脉的血量。正常人安静时每搏输出量约60～80毫升。

②每搏输出量达到峰值时的心率水平称为心搏峰。搏出量达到峰值时的心率水平在110～130次/min。

(3)心力贮备

心脏每分钟能够射出的最大血量，称为最大心输出量。心输出量随机体代谢需要而增长的能力，称为心泵功能储备，或称为心力储备，可以用最大心输出量与安静心输出量之差来表示。

(四)血压

血压是指血管内血液对单位面积血管壁的侧压力。在书写上习惯用毫米汞柱(mmHg)表示血压的高低。血压形成的前提条件是心血管系统内有血液充盈。一般所谓的血压多指体循环中的动脉血压。

1.动脉血压的形成

动脉血压是在有足够量的血液充满血管的前提下，由心室收缩射血、外周阻力和大动脉弹性的协同作用产生的。

一般情况下，每次心脏收缩时，左心室向主动脉射出约60～80ml血量，此时由于血液质点的相互摩擦，以及血液与血管壁的摩擦而产生阻力(外周阻力)，组织血液顺利地从主动脉流向外周。心室收缩将血液射入主动脉后，如果没有外周阻力，左心室收缩释放的能量将全部表现为动能，推动射出的全部血液迅速流向外周，因而不能对动脉壁产生侧压力;反之，如果只有外周阻力而没有心室的收缩射血，缺乏能量的来源，也无法形成动脉血压。因此心室收缩射血(心输出量)和外周阻力是形成动脉血压的两个重要因素。

2.动脉血压的正常值

在一个心动周期中，动脉血压随着心室的收缩和舒张而发生规律性的波动，心室收缩时，动脉血压最高值称为收缩压，心室舒张时动脉血压的最低值称为舒张压(舒张压的高低反应外周阻力的大小)。一定高度的动脉血压是推动血压循环和保持各器官组织足够血量的必要条件之一。

我国健康青年人在安静状态下收缩压为100～120mmHg，舒张压为60～80mmHg，脉压为30～40mmHg。一般认为收缩压≥140mmHg和/或舒张压≥90mmHg为高血压;收缩压在120～139mmHg和/或舒张压在80～89mmHg之间，视为高血压前期。

3.静脉血压

当体循环血液经过动脉和毛细血管到达微静脉时，血压下降，右心房作为体循环的终点，血压最低，接近于零。通常将右心房和胸腔内大静脉的血压称为中心静脉压，而各器官静脉的血压称为外周静脉压。中心静脉压的高度取决于心脏射血能力和静脉回心血量之间的相互关系。

(五)运动训练对心血管功能的影晌

1.心血管系统对运动的反应

(1)心输出量的反应

运动时，交感—肾上腺系统活动显著增强，心率和搏出量增加，动员心率储备可使心输出量增加1.5～2倍，动员搏出量储备可使心输出量增加1倍左右，故一般人剧烈运动时的心输出量约为安静时的4倍。耐力运动员由于心率和搏出量储备均比一般人大，心输出量储备可达安静时的7～8倍。

(2)血液的重新分配

运动时，心输出量增加，但增加的心输出量将在各器官内重新分配，骨骼肌和心脏的血流量显著增加，内脏器官的血流量减少，运动初期皮肤血流减少，随着肌肉产热的增加，皮肤血流增多，这就是运动时血液的重新分配现象。

运动时血液重新分配具有重要的生理意义。一方面通过减少内脏器官的血流量，保证有较多的血液流向骨骼肌。另一方面，在骨骼肌血管舒张的同时，内脏器官的血管收缩，使总的外周阻力不至于下降太多，从而保证了平均动脉压不会明显降低，这又促进了肌肉血供的增加。

(3)血压的反应

动力性运动时，心输出量增加，血液重新分配，总的外周阻力变化不大，在全身性的剧烈运动中，由于大量的骨骼肌血管舒张，总的外周阻力甚至略有下降。因此，动脉血压升高，主要表现为收缩压升高，舒张压变化不大或略有下降。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，腹腔内脏血管收缩，总的外周阻力增大，故动脉血压升高，且以舒张压升高为主。

2.心血管系统对运动的适应

(1)运动性心脏肥大与微细结构重塑

运动心脏的主要形态特征是心脏肥大，表现为心室和心房均肥大，但以左心室肥大为主。运动心脏通常呈中等程度肥大，重量不超过500g。运动性心脏肥大具有明显的项目特点，耐力运动员表现出全心扩大，同时伴有左室壁厚度的轻度增加，又称离心性肥大。力量运动员左右心室腔的扩大不明显，主要以左室壁增厚为主，又称向心性肥大。

在运动心脏外部形态肥大的同时，其内部的线粒体、氧化酶、毛细血管、肌浆网、心肌细胞的特殊分泌颗粒及神经支配和神经递质水平等微细结构均发生了相适应的变化，即心脏微细结构发生了重塑。

(2)运动心脏的功能改善

①心动徐缓有力

在安静状态下，长期训练或锻炼的人，心肌收缩力量增强，搏出量增多。一般人搏出量约70ml，而运动员可达100ml以上。心脏搏出量的增加又会反射性引起心交感神经活动减弱，使心率减慢。一般人安静时平均心率为75次/min，有训练者只有50次/min，优秀的耐力运动员甚至不到40次/min。

②亚极量强度运动时心泵功能节省化

在亚极量强度运动时，有训练者心率的增幅小，而搏出量的增幅大，总的每分输出量的增幅亦较无训练者小。这是由于其肌肉工作的机械效率高，完成同样的运动轻松省力，能耗少，表现为心泵功能节省化现象。

③极量强度运动时心泵功能储备大

在极量强度运动时，有训练者所能达到的最大心率虽然与无训练者差别不大，但搏出量却明显大于无训练者。一般人搏出量最大可达120ml，而有训练者可达160ml左右，有些优秀运动员甚至可达180～190ml。有训练者在运动中所能达到的最大每分心输出量亦远比无训练者高。一般人约为15～25L/min，运动员可达20～35L/min，耐力运动员甚至可达40L/min，表现出较高的心泵功能储备量。