发挥功能的组织需要的氧气和营养比静止状态下的同一组织多几倍,而心脏和血管会积极适应新出现的需求。在剧烈的肌肉活动期间,心脏可以泵出比正常情况多7至8倍的血液,从而增加每分钟的心跳次数以及每次心跳泵出的血液量。通常心脏每次跳动会泵出约 75 毫升的血液,但这个值可以增加到 200 毫升。
以下刺激可导致每搏输出量增加:
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血液中二氧化碳含量增加。在体力劳动期间,以方便生物体利用的形式(宏观磷酸键)形成的能量增加;组织中会形成更多的二氧化碳,进入血液的二氧化碳增加会促使心脏增加每搏输出量。
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心肌的伸展。在工作期间,静脉压力较高,更多的血液在收缩之前有时间进入心室,从而导致肌肉壁拉伸。在收缩开始时作用在肌肉上的拉力的影响下,肌肉的收缩力在一定限度内增大;因此,心脏收缩开始时心脏的血液量越大,每次收缩排出的血液就越多。体力活动时,心率也有可能增至每分钟170-200次。
有几个因素可能在这里发挥作用:
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发烧。在肌肉工作过程中,产生的热量足以使体温升高几度。这会影响窦房结(与发烧相同)并且心跳加快。
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荷尔蒙。在肾上腺素(在危急情况下由肾上腺产生的数量增加)和甲状腺素(由甲状腺分泌并加速全身新陈代谢)的影响下,心律加快。
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神经。心率的神经调节是由位于延髓的“心率中枢”进行的。两组运动神经从该中心进入心脏;其中一种通过交感神经干,加快心率,另一种通过迷走神经,减慢心率。两组神经纤维都终止于窦房结,并减少或增加窦房结中发生的脉冲频率。
这种复杂的调节系统可以快速使心率与身体的代谢需求保持一致,同时防止过度反应,因为加速的心率会刺激主动脉的牵张感受器,从而减慢心率。