静脉系统及功能——学好血流动力学，生理学知识再回顾

静脉系统及功能 —— 生理学知识再回顾

如今这基因和分子医学火热的时代，人们似乎已很少谈起系统生理学，尤其是静脉系统。那么，希望本文可以带领读者重温经典的心血管生理，了解作为心血管重要组成部分的静脉系统及其功能。这将有助于更好地学习血流动力学知识，明白临床血流动力学治疗中一些理念的生理学依据。

静脉系统功能

静脉系统的主要功能是让血液从外周回流到心脏，并作为容量血管来维持心脏充盈。一般情况下，体循环中的血量约为总血量的84%, 其中约64%位于静脉系统内，约13%位于大、中动脉内，约7%位于小动脉和毛细血管内；心腔的血量仅占7%左右，肺循环中的血量约占9%。静脉通过平滑肌收缩、舒张来调节静脉内径，以此调控静脉容量。静脉的顺应性是动脉的30倍。由于顺应性高，所以静脉容量的变化不会引起跨壁压的明显改变，可以耐受血容量的变化。静脉也就被称为容量血管，是血液的储存库，可以轻易、迅速地调整其容量，以维持右心充盈。而其中内脏和皮肤静脉的顺应性尤其好，是人体最大的血液储存库。四肢静脉的顺应性相比内脏静脉差，作为血容量储存库的作用相对较小。内脏和皮肤静脉有大量的α受体，对肾上腺素高度敏感，而皮肤循环主要受温度影响，因此，血容量的调控主要靠内脏静脉。

一些生理学概念

张力容量和非张力容量：张力容量（Vs）约占总容量的30%，特指对血管壁产生牵张的容量，因为并不是所有的血容量都能扩张弹性血管壁从而产生张力。非张力容量（Vu）约占70%，指的是不产生血管壁牵张力的容量。二者共同构成静脉系统总容量，如下图所示

张力容量决定平均循环充盈压（MCFP），并直接影响静脉回流（VR）和心输出量（CO）；非张力容量是血液储备，需要时可被转移到循环中。

静脉顺应性：单位静脉压力的改变所引起的容量改变。静脉顺应性=ΔV/ΔP。顺应性是容量变化的斜率。

点A₁表示压力P₁时，静脉容量为Vt。点A₂和A₃表示顺应性不变时不同静脉压力对应的容量。A₀点是粗黑线与y轴的交点，表示压力为0时的静脉容量，即非张力容量Vu1。Vt与Vu1间的差值为张力容量。当减少一定容量的静脉血液时，A₁点移动到B点，此时压力仍然为P₁。细黑线斜率也没有变化，意味着静脉顺应性没有改变，但与y轴的交点下降至B₀，表明非张力容量从Vu1减少到Vu2。静脉压力-容量关系也可以是灰线，血容量从A₁点减少到B点，灰线与y轴还是相交于A₀点;非张力容量没有降低，降低的是静脉顺应性。

平均循环充盈压

假设心脏停止跳动，但时间极短，此时没有血液从心脏泵出，也没有血液回流到心脏，循环系统每个部分的压力都是相同的，即为平均循环充盈压（MCFP）。

心脏泵血时，动脉系统压力增加，推动血液由动脉经毛细血管进入静脉系统。小静脉的压力高于大静脉和右心房的压力—中心静脉压（CVP）。Guyton最早阐明，静脉回流(VR)的主要驱动力是MCFP，且有

VR=CO=ΔP/Rvr＝（MCFP－CVP）/Rvr

心脏泵出的血量（CO）不会多于回心血量。因此，在生理条件下，CO完全由VR决定。而回流阻力（Rvr）通常变化不大且相对较小，所以增加VR一般只能通过增加MCFP和/或降低CVP来实现。

决定MCFP的主要因素是张力容量，以及静脉张力、心脏收缩及舒张、静脉瓣膜功能及骨骼肌等。狗的MCFP大约在7到12 mmHg之间，而CVP大约在2-3 mmHg。因此，VR的压力梯度在5到10 mmHg之间。由此可见，几毫米汞柱CVP的变化就可以对VR产生相当大的影响。

此时有人会问，为什么在功能正常的心脏中，CVP的增高(例如补液)会增加CO。这不只是因为增强了心肌收缩力（Frank-Starling机制），还有通过增加张力容量进而提高了MCFP。由于MCFP的增加通常大于CVP的增加，因此压力梯度增加，随之VR和CO也增加。

静脉阻力

静脉收缩会使静脉系统总容量减少，将更多的血液动员到循环中去。然而，静脉收缩也可能会增加回流阻力，从而降低VR和CO。机体如何在不增加回流阻力的情况下增加循环血量？其实内脏静脉的收缩不会增加回流阻力，因为内脏静脉系统为高顺应性静脉。

我们可通过输液、静脉收缩药物来增加张力容量从而增加MCFP，进而增加VR。后者在不改变静脉顺应性的情况下降低非张力容量，增加张力容量占比。在前文的柱状水池模型图中，静脉收缩好比使出口孔下移，从而增大出口孔上方容量，减少下方容量。

理解了这种生理调节机制，我们就会明白为什么机体在出血早期（出血量10-12%）可以保持全身血流动力学稳定而不引起心率、血压、CVP改变，之后血流动力学才迅速恶化。出血早期，非张力容量转变为张力容量，起到代偿作用。随后，当全部非张力容量都被转为张力容量后，机体迅速进入失代偿状态。同样的，当非张力容量的转变是继发于交感神经张力增加时，那么能降低交感张力进而引起静脉舒张的干预措施，如全身或局部麻醉、阿片类药物、镇静剂，也可能会导致机体迅速进入失代偿状态——尽管没有额外失血，因为静脉舒张会导致张力容量转变回非张力容量，导致MCFP下降。

另一个有趣的机制：对交感刺激，静脉比动脉敏感得多。仅需1Hz的交感刺激，就能引起20Hz刺激时所能观察到的最大容量反应的50%。而对动脉来说，1Hz刺激的阻力反应仅为最大值的10%。这个机制的临床意义是，交感神经张力适度增加(或小剂量的血管收缩剂)引起的反应是内脏（容量）血管收缩，将血液从内脏血管“挤出”，转移到体循环中，从而将这部分血液由储备状态动员为循环状态，这也不会明显增加全身动脉阻力。而大剂量血管收缩剂，则导致静脉容量和内脏血管动员的容量均减少，动脉张力和血压增加。

内脏系统静脉阻力主要存在于肝静脉或肝脏本身。远端阻力的增加会阻碍血液回流，使血液滞留于肝脏和内脏静脉近端。动物实验发现，脓毒症休克时，猪的严重动脉低血压与MCFP降低无关，而与内脏血管远端静脉阻力的急剧增加有关。

降低肝脏、肝静脉阻力，有利于静脉回流。肝脏和肝静脉阻力主要由肾上腺素受体调节：激活α受体会增加阻力，激活β₂受体会降低阻力。因此，使用α激动剂一方面可以引起张力容量和MCFP增加，从而增加回心血量，但另一方面也会增加肝脏和肝静脉阻力，阻碍静脉回流。在正常血容量和α受体激活程度相对较小的情况下，α激动剂主要是增加MCFP。然而，在低血容量和/或α受体高度激活的情况下，回流阻力增加可能更明显，导致VR和CO减少。

静脉系统的两室模型

大约一个世纪前，静脉系统的两室模型被提出：顺应性高、流速慢的内脏静脉，顺应性低、流速快的非内脏静脉。两室模型虽然有时会受到质疑，但能有逻辑、有说服力地解释在心血管功能受损时静脉系统的许多观察结果。

当内脏动脉和小动脉阻力增加时，内脏静脉流量、压力和容量减少，血液从内脏静脉转移到体循环，反之亦然，动脉扩张会导致内脏静脉血液聚集。

顺应性低的非内脏静脉则不是这样。非内脏血管系统的动脉和小动脉扩张，动脉阻力降低，如果动脉压下降不明显，则MCFP和VR增加。如果动脉压下降明显，则MCFP和VR减少。

运动引起的血流动力学反应很好地说明了不同的血管床如何朝相反的方向进行调控，以满足机体不断变化的血容量和氧输送再分配需求。运动时，内脏血流量可从1500毫升/分钟降至350毫升/分钟。内脏氧耗是通过将该区域的动静脉氧差从4毫升/100毫升血液增加到17毫升/100毫升来维持。另一方面，肌肉总血流量可以从静息时的大约1000毫升/分钟增加到近22000毫升/分钟，CO增加到25升/分钟，摄氧量几乎增加到4升/分钟。肌肉中的动静脉氧差增加到18ml/100ml血液，相当于约90%的氧摄取。负责这种血流动力学调节的机制涉及肌肉动脉、小动脉跟内脏系统反应的不同。运动时交感神经兴奋导致内脏动脉收缩，内脏静脉流量、压力和容量减少，VR和CO增加。肌肉血管扩张，主要是因为代谢物(乳酸、腺苷和其他化合物)的局部积聚，以及β₂受体激活引起，导致肌肉中动静脉压梯度降低，MCFP、VR和CO显著增加。交感神经兴奋的同时也会引起非运动性肌肉和其他组织的血管收缩，有助于提高动脉压和MCFP，也引起VR和CO增加。其他机制包括“肌肉泵”(运动时肌肉收缩将血液从肌肉挤压回心脏)、心率增快和心肌收缩力增加等。

不同的血管扩张剂对VR和CO的影响取决于内脏和非内脏血管间的血流分布。

硝普钠和硝酸甘油均可降低动脉阻力、增加静脉容量，但硝普钠对动脉阻力的影响似乎大于静脉容量，而硝酸甘油则更偏向于增加静脉容量。

卡托普利降低动脉阻力，增加内脏血流和容量，导致VR和CO减少。硝苯地平不影响内脏系统动脉阻力，主要影响非内脏系统动脉阻力，导致VR和CO增加。

使用异丙肾上腺素尽管使内脏血流量显著增加，但内脏血容量却急剧减少。根据内脏血管系统流量、压力和容量之间的关系，内脏血流量增加似乎应引起血容量增加。实际上，内脏血容量反而显著减少。因为β₂受体激活使肝脏和肝静脉阻力降低，以及伴随的去甲肾上腺素和/或血管紧张素的释放引起静脉收缩，导致VR增加。

肾上腺素主要通过激活β₂受体来增加VR。在正常心脏中，β₁受体介导的心肌收缩力增强在CO增加中的作用可能微乎其微。

胸腔内压对静脉的影响

正压通气时胸腔内压增加，中心静脉压(CVP)也增加，这会降低VR及右心舒张期血流。另一方面，吸气时膈肌下移引起的腹内压增加，会从腹腔静脉中挤出血液，增加MCFP和VR，从而有助于保持MCFP-CVP梯度，将胸腔内压增加对VR的影响降至最低。

神经反射和神经体液因素如抗利尿激素、醛固酮系统，通过增加内脏血管动脉阻力和主动收缩静脉来减小胸腔内压增加对VR的影响；两者都导致血容量从内脏系统转移到体循环，增加张力容量，维持VR和CO。

然而，如果控制通气之前出现的肺过度充气、呼气末正压、低血容量，已经耗尽了代偿机制，则会导致VR和CO下降。此时可能需要额外输注液体和/或使用静脉收缩剂来增加MCFP，以维持静脉回流所需的压力梯度。

自主吸气时，胸腔内压降低，CVP降低，MCFP和CVP之间的梯度增大，从而促进静脉回流。然而，只有当CVP等于或高于大气压时，CVP下降才会导致VR增加，因为胸腔内静脉负压会导致静脉塌陷，阻碍静脉回流。

心包的限制，避免了强力吸气时右心室过度扩张和衰竭。

静脉系统是血液循环至关重要的组成部分。本文所讲述的某些概念、模型、理念可能稍显晦涩，但如果不理解静脉系统在不同血流动力学状态下的调节作用，不理解本文中相关概念和理论，那怎么在深层次理解CVP，理解补液，理解血管活性药物，理解器官血流优化？只有理解了这些，才能正确判断患者的病理生理状况，才能制定、实施恰当的治疗和干预措施。

文献来源：Gelman S. Venous function and central venouspressure: a physiologic story. Anesthesiology. 2008 Apr;108(4):735-48.doi:10.1097/ALN.0b013e3181672607.PMID: 18362606、《临床血流动力学》、《生理学》第九版。

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