第十五章 循环系统概述
学习目标
完成本章学习后，学生应能回答以下问题：
- 心脏和血管的排列如何实现富氧血液向身体的单向流动？
- 血管不同组成成分（平滑肌、纤维和弹性组织）如何贡献于各自的功能？
- 血压在整个循环系统中如何变化？这些变化如何产生？它们在心血管功能中的总体重要性是什么？
- 体循环血管系统的总横截面积如何变化？这种变化的意义是什么？
循环系统负责运输和分配必需物质至组织，并清除代谢副产物。该系统还参与稳态调节机制，例如体温调节、体液平衡维持，以及在不同生理状态下对O2和营养供应的调整。完成这些功能的心血管系统由泵（心脏）、一系列分配和收集管道（血管）以及广泛的薄壁血管网络（毛细血管）组成，后者能实现组织与血管通道间的快速物质交换。全身血管内充满异质性液体（血液），这对心脏和血管执行的运输过程至关重要。本章对心脏和血管进行概括性功能概述，其功能细节将在后续章节深入分析。
心脏
心脏由两个串联的泵组成：一个泵推动血液通过肺部进行O2和CO2交换（肺循环），另一个泵将血液输送到身体其他所有组织（体循环）。血液通过心脏的流动呈单向性。通过瓣膜结构的合理排列实现心脏内的单向流动。尽管心输出量是间断性的，但通过心室收缩（收缩期）时主动脉及其分支的扩张，以及心室舒张（舒张期）时大动脉壁的弹性回缩推动血液前进，实现了对体组织（外周）的持续血流供应。
心血管回路
在正常完整的循环系统中，血液总量保持恒定，某一区域血量的增加必然伴随另一区域的减少。然而，循环血液在身体不同区域的分布取决于左心室输出量和这些区域阻力血管（小动脉，arterioles）的收缩状态。循环系统由串联和并联排列的导管组成（图15.1）。这种排列方式对血管阻力、血流和压力具有重要影响，相关内容将在后续章节讨论。
通过右心房进入右心室的血液被泵入肺动脉系统，其平均压力约为体动脉的七分之一。随后血液流经肺毛细血管，释放血液中的CO2并摄取O2。富含O2的血液通过肺静脉返回左心房，随后由强力的左心室泵入主动脉，继续流向全身血管，从而完成循环。
血管
血液快速流经主动脉及其动脉分支。当这些分支接近外周时，管腔逐渐变窄且管壁变薄。弹性组织、平滑肌和纤维组织（主要为胶原蛋白）的相对比例在不同类型血管中发生变化，赋予其显著不同的物理和生理特性。主动脉主要为弹性结构，但外周动脉的肌性成分逐渐增加，至小动脉（arterioles）时肌层占据主导地位（图15.2）。
在大型动脉中，摩擦阻力相对较小，压力仅略低于主动脉内的压力。另一方面，小动脉对血流产生中等阻力。这种阻力在微动脉（arterioles）达到最大水平，因此微动脉有时被称为脉管系统的"节流阀（stopcocks）"。因此，压力"下降"（即压力降低）在小动脉末段和微动脉处最为显著（图15.3）。通过调节这些小血管环行肌（circular muscle）的收缩程度，可以实现组织血流的调节并协助控制动脉血压。
除微动脉段的压力下降外，血流形式也由搏动性（pulsatile）转变为平稳流动（见Fig. 15.3）。由心脏间歇性射血引起的动脉搏动性血流，在毛细血管水平通过大动脉的可扩张性（distensibility）和弹性（elasticity），结合小动脉和微动脉中较高的摩擦阻力而被衰减。
血管系统中的血流动力学
人体内估计存在100亿根毛细血管（capillaries），每支小动脉（arteriole）可分支形成多根毛细血管。尽管单根毛细血管的横截面积小于小动脉，但毛细血管床的总横截面积非常大。因此，毛细血管内的血流速度显著减缓（见图15.3），这与河流宽阔区域流速下降的现象类似。低血流速度以及毛细血管作为单层细胞厚度的短管状结构，使其成为血液与组织间可扩散物质交换的理想场所。
血液从毛细血管返回心脏时，需流经小静脉（venules）和逐渐增粗的静脉。这些血管内的压力持续下降，直至血液进入右心房（见图15.3）。靠近心脏处，静脉数量减少，静脉壁厚度和组成发生变化（见图15.2），静脉通道总横截面积缩小，血流速度加快（见图15.3）。血管系统各层次的血流速度与横截面积呈现镜像对称关系（见图15.3）。
人体数据显示（表15.1），从主动脉到毛细血管的总横截面积增加约500倍。体循环血管系统中，静脉和小静脉的血液容积占比最大（64%）。毛细血管仅含总血量的6%，而主动脉、动脉和小动脉占14%。相比之下，肺循环血管床的血容量在动脉、毛细血管和静脉间基本均分。腔静脉（venae cavae）的横截面积大于主动脉，因此腔静脉的血流速度较主动脉更慢（见图15.3）。
| 部位 | 绝对容量（mL） | 相对容量（%） |
|---|---|---|
| 体循环 | ||
| 主动脉和大动脉 | 300 | 6.0 |
| 小动脉 | 400 | 8.0 |
| 毛细血管 | 300 | 6.0 |
| 小静脉 | 2300 | 46.0 |
| 大静脉 | 900 | 18.0 |
| 总计 | 4200 | 84.0 |
| 肺循环 | ||
| 动脉 | 130 | 2.6 |
| 毛细血管 | 110 | 2.2 |
| 静脉 | 200 | 4.0 |
| 总计 | 440 | 8.8 |
| 心脏（心室舒张末期） | 360 | 7.2 |
| 全身总计 | 5000 | 100 |
| *数据基于70kg女性。数据来源：Boron WF, Boulpaep EL. Medical Physiology. 2nd ed. Philadelphia: Elsevier Saunders; 2009. | ||
临床视角
甲状腺功能亢进症（Graves病）患者基础代谢率升高，常伴有小动脉血管扩张。这种小动脉阻力降低会减弱对动脉搏动压力的缓冲作用，表现为毛细血管出现搏动性血流，可在患者甲床处观察到这种现象。
核心要点
- 循环系统由泵（心脏）、一系列分配与收集管道（血管），以及可快速实现组织与血液间物质交换的广泛薄壁血管网络（毛细血管）组成。
- 左心室收缩提升动脉血压后，大动脉系统中的平均压仅有微小下降。这种机制确保各组织始终能获得足够的驱动压维持血流。小动脉和微动脉水平的血流阻力最大，因此动脉系统的压力降也主要发生在该区域。
- 动脉壁的弹性与小动脉及微动脉的摩擦阻力共同作用，使脉动压逐渐衰减，最终实现毛细血管血流的非搏动性流动。
- 特定组织毛细血管床的血流量（决定氧气输送的主要因素）由循环系统的"活栓"调控，包括毛细血管前括约肌（precapillary sphincters）、终末微动脉（terminal arterioles）和小动脉终末区。