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心脏大小与拳头相似，位于人体胸腔左上位置，是人体最重要的器官之一，其解剖结构如图2-1所示。心脏内被瓣膜（房室瓣、二/三尖瓣）分为四个腔室，分别是左心房、右心房和左心室、右心室，房室瓣的主要作用是防止因心室收缩造成血液从心室反流回心房。左心房与肺静脉相连，右心房与上下腔静脉相通。半月瓣（主/肺动脉瓣）分别位于左/右心室和主/肺动脉之间，其主要作用是在心脏舒张期防止动脉中的血液反流到心室。心脏的一次射血过程可以看作是容积泵舒张、收缩的过程，左心房和左心室将血液泵入体循环，而右心房和右心室将体循环静脉回流纳入肺循环。体循环和肺循环的主要作用是将经过肺泡内含氧量大的动脉血液运送到身体各个组织器官，在器官周身的毛细血管处进行气体交换，变成二氧化碳（CO 2 ）浓度高的静脉血，然后经过右心室送回肺泡完成循环。由于左心室承担着输送全身血液的任务，因此左心室壁明显较右心室壁厚，约为其3倍，一旦其发生结构的改变，将直接影响整个血液循环系统的运转。
心脏瓣膜结构的相互联系以及与其功能相关的动力学机制是保证瓣膜正常工作的基本要素。
图2-1 心脏的生理解剖
二尖瓣位于左心房和左心室之间，在心室舒张时二尖瓣打开，允许左心房血液流入到左心室，在收缩期瓣膜闭合，防止血液在反向压差的作用下反流回左心房。二尖瓣解剖结构主要包括：瓣环、瓣叶、腱索、乳头肌、心房肌以及心室肌等（图2-2），可保证整个心动周期过程中能够有效控制瓣膜打开和关闭等一系列动态生理变化。
图2-2 心脏二尖瓣结构
二尖瓣环主要是由蜂窝组织、心室肌和心房肌构成。瓣环中结缔组织较少的位置容易被瓣环扩张所影响，例如后瓣环。随着二尖瓣后瓣环扩张，瓣膜结合的区域变小，从而导致二尖瓣闭合不全。
二尖瓣瓣叶是依附在瓣环上的一种组织结构，可划分为前、后两个瓣叶。前瓣叶将左心室分为流出通道和流入通道，后瓣叶附着于后瓣环上，前瓣叶表面积大于后瓣叶。
腱索连接在瓣叶和乳头肌之间。当心室开始收缩时，腱索张力逐渐增大，并和瓣叶构成一个与降落伞相似的结构，防止血液反流回左心房。根据连接在瓣叶的部位不同可把腱索分为三种，一级腱索称为主腱索，连接在瓣叶的游离边；二级腱索也称支柱腱索，附着于瓣叶粗糙和透明部位的交界处；三级腱索从心室肌出发，连接在瓣叶的基底。其中二级腱索影响着心室弹性和收缩特性。在进行二尖瓣治疗手术时，二级腱索一般不能切除。不同位置的腱索断裂会造成二尖瓣不同程度的闭合不全，引起二尖瓣不同程度的反流。实验中常剪断不同位置、不同数量的腱索来研究二尖瓣的不同程度反流。
二尖瓣乳头肌位于左心室中，主要起到固定腱索的作用。左心室中乳头肌分别称为前外侧乳头肌和后内侧乳头肌，与腱索组成瓣下结构装置。前外侧乳头肌主要是接受左冠状动脉的血液供应，后内侧乳头肌主要由右冠状动脉分支以及左回旋支供血。
心脏是维持人体内血液循环的动力来源。在生命活动过程中，心脏不停地收缩、舒张，在舒张期血液充盈，在收缩期射出血液。心脏的一次收缩和舒张构成一个机械活动周期，称为心动周期。心动周期各时相中左心室压力、容积和瓣膜等变化见图2-3。
心动周期与心率有关，心率与人的年龄、运动状况以及心脏的健康状态有关，成年人平均心动周期持续时间为0.80秒。在一个心动周期中，心房和心室的活动按一定的次序和时程先后进行，左、右两个心房的活动是同步进行的，左、右两个心室的活动也是同步进行的，心房和心室的收缩期都短于各自的舒张期。心房开始收缩前，心脏处于全心舒张期，此时心腔内压力较低，房室瓣、半月瓣都处于关闭状态，当血液从静脉向心房回流时，压力增大，半月瓣开启，血液从静脉流入心房，导致房内压大于室内压，房室瓣开启，血液由心房流入心室。心房开始收缩时，心房体积缩小，压力增大，驱使血液再次流入心室，这个时段约为0.10秒，继而心房舒张，舒张时段约为0.70秒。心房开始舒张后，心室进入收缩阶段，室内压力增大，当室内压升高至大于房内压时将驱使房室瓣闭合，接着推开半月瓣使血液流入到动脉中，持续时间大约为0.30秒。随后心室舒张，室内压力下降，降至小于主/肺动脉压时，跨瓣压差和血流推动半月瓣闭合；当室内压低于房内压时，房室瓣开启，心房内血液快速流入到心室中，心室的舒张时间约为0.50秒。心房处于收缩期时，心室一直处于舒张状态，直到心房收缩结束，心室才步入收缩状态。
图2-3 心动周期各时相中左心室压力、容积和瓣膜等变化示意图
心脏的工作过程需各个瓣膜密切配合，心脏瓣膜在压差的作用下关闭，腔室形成密闭空间。左心室在泵血状态转换过程中存在容积不变的过渡时期，根据心室的收缩状态可分为等容舒张期和等容收缩期。左心室等容收缩期过后，主动脉瓣打开射血，根据其射血速度可分为快速射血期和减慢射血期。同理，在等容舒张期后心室二尖瓣打开进入充盈期，根据其充盈速度可分为快速充盈期和减慢充盈期。健康的心脏在每一个心动周期中，心室等容收缩能产生强大内压，这是向动脉泵血的主要动力。
心室收缩期可分为等容收缩期和射血期，而射血期又可分为快速射血期和减慢射血期。
当心室收缩时，心室内的压力立即升高，当室内压升高到超过房内压时，即推动房室瓣使之关闭，因而血液不会到流入心房。但此时室内压尚低于主动脉压，因此半月瓣仍处于关闭状态，心室暂时成为一个封闭的腔。从房室瓣关闭到主动脉瓣开启前的这段时间，心室的收缩不能改变心室的容积，故称为等容收缩期，此期持续约0.05秒。
当心室收缩使室内压升高至超过主动脉压时，半月瓣开放。这标志着等容收缩期结束，进入射血期。
在射血的早期，由于心室射入主动脉的血液量较多，血液流速也很快，故称为快速射血期，此期持续约0.10秒。在快速射血期内，心室射出的血液量占总射血量的2/3。由于心室内的血液很快进入主动脉，故心室容积迅速缩小，但由于心室肌强烈收缩，室内压仍继续上升，并达到峰值，主动脉压也随之进一步升高。
在射血的后期，由于心室收缩强度减弱，射血的速度逐渐减慢，故称为减慢射血期，此期持续约0.15秒。在减慢射血期内，室内压和主动脉压都由峰值逐渐下降。需指出的是，在快速射血期的中期或后期，乃至整个减慢射血期，室内压已略低于主动脉压，但此时心室内的血液因具有较高的动能，故仍可逆压力梯度继续进入主动脉。
心室舒张期可分为等容舒张期和心室充盈期，心室充盈期又可分为快速充盈期和减慢充盈期。
射血后，心室开始舒张，室内压下降，主动脉内的血液向心室方向反流，推动半月瓣使之关闭。但此时室内压仍高于房内压，故房室瓣仍处于关闭状态，心室又暂时成为一个封闭的腔。从半月瓣关闭至房室瓣开启前的这一段时间，心室舒张而心室的容积并不改变，故称为等容舒张期。此期持续0.06~0.08秒。由于此时心室肌继续舒张，因而室内压急剧下降。
随着心室肌的舒张，室内压进一步下降，当室内压下降到低于房内压时，心房内的血液冲开房室瓣进入心室，进入心脏充盈期。
房室瓣开启初期，由于心室肌很快舒张，室内压明显降低，甚至成为负压，心房和心室之间形成很大的压力梯度，因此心室对心房和大静脉内的血液可产生“抽吸”作用，血液快速流入心室，使心室容积迅速增大，故这一时期称为快速充盈期，持续约0.11秒。在快速充盈期内，进入心室的血液量约为心室总充盈量的2/3。
随着心室内充盈量的增加，房、室间的压力梯度逐渐减小，血液进入心室的速度也就减慢，故心室舒张期的这段时间称为减慢充盈期，持续约0.22秒。
心脏的主要功能是泵血，在临床上常常需要对心脏的泵血功能进行判断，或者对心脏的功能状态进行评价。
心脏输出量的相关参数主要有每搏输出量、射血分数、每分输出量以及心指数等。
每搏输出量是指在一个心动周期内，一侧心室一次心脏搏动所射出的血液量，简称搏出量。在安静状况下心室最大与最小体积之差即为输出量。
射血分数是指搏出量占心室舒张末期容积的百分比。健康成年人的射血分数为55%~65%。心室功能和结构异常的患者，其每搏输出量可能变化不大，但是射血分数已显著下降。所以与每搏输出量相比，射血分数能精确地反映心脏泵血功能，对早期发现心脏泵血功能异常具有重要意义。
每分输出量是指一侧心室每分钟射出的血液量，也称心输出量或心排出量。
心指数是指以单位体表面积（m 2 ）计算的心输出量，可作为比较身材不同个体的心功能的评价指标。
心排血量即是每搏输出量乘以心率，所以只要是能改变每搏输出量、心率的因素都能改变心排血量。而每搏输出量多少则取决于前、后负荷以及心肌收缩强度等。
对于心脏来说，心室舒张末期容积可看作心室的前负荷。舒张期心室体积和压力有对应关系，因此实验中常用舒张末期室内压来反映前负荷。
心室在收缩期为了将血液注入动脉，需要克服动脉阻力，所以动脉压是心室收缩的后负荷。动脉压力增大，心室射血量减小。
前、后负荷是影响心脏泵血的外在因素，心肌不依赖于前负荷和后负荷而能改变其力学活动（包括收缩的强度和速度）的内在特性，称为心肌收缩能力。
正常成年人在安静状态下，心率每分钟60~100次。心率的快慢与年龄、性别以及生理状况有关。一般情况下，新生儿心率较快，心率加快可增加心排血量。
血管由动脉、静脉和毛细血管组成，根据不同的生理作用主要分为弹性血管、容量血管以及微循环血管。弹性血管可以将心脏泵出的血液运送到周身，有较高的弹性和顺应性，能存储一部分从心室流出的血液。容量血管管壁较薄，扩张性较强，因此可用来储存血液。微循环血管数量较多，主要为血液和组织液二者进行物质互换提供场所。
主动脉血管的直径较大，可以达到25mm，大动脉的直径为1~10mm。它们的管壁较厚，具备良好的可扩张性和弹性，即具有良好的顺应性，这种特性是将心脏产生的脉动血流转化为器官和组织的连续流的关键。血管的顺应性是指血管内压力每改变1mmHg时血管容积的改变值，可由以下公式表示：
C=△V/△p
其中
——C为血管顺应性；
——△V为血管容积的改变量；
——△p为血管内压力的变化量。
当主动脉瓣关闭后，储存于主动脉以及大动脉中的部分血液继续向动脉系统的后续分支部分流动。因此，虽然心脏为间断性射血，但主动脉和大动脉的顺应性减小了整个心动周期中血液的压力波动，保证了血流的稳定。
小动脉是指管径在0.30~1mm的动脉，微动脉是管径小于0.30mm的动脉。二者都属于肌血管，其收缩直接影响外周血流的阻力，是循环系统阻力的主要来源，因此也称为外周阻力血管。
毛细血管是连接动静脉之间数量最多、分布最广、直径最小的血管，其分支连接成网，形成强大的毛细血管网络。毛细血管内直径约5μm，血细胞需要变形后方可通过，且毛细血管缺乏平滑肌，顺应性差，因此毛细血管内血流速度比较慢，约为主动脉血流速度的1/100，以方便毛细血管内的血液与周围进行物质交换。虽然毛细血管的直径很小，但是数量众多，因此从整体来看，其产生的总阻力不大。
静脉是输送血液返回心脏的血管。静脉壁薄、腔大、有较大的可扩张性，腔静脉直径可达35mm。此外大部分静脉内有静脉瓣结构，可防止静脉血倒流。实验表明，小静脉和静脉的血量超过全身血量的50%，因此静脉也可称为容量血管。静脉压可以表征心室的前负荷，因此静脉对调节心排血量具有重要的作用。
血液是循环系统中的工作流体，是人体中运输物质的媒介。正常成年人血液占体重的7%~8%，如体重70kg的人其血液总量约为5L。
血压和血流量是心血管系统重要的血流动力学参量。血压是指血管内血液对单位面积血管壁的侧压力；血流量指单位时间内流过血管某一截面的血量。血压梯度驱动血液从高压区域流向低压区域，即通过某一血管的血流量Q与血管两端的压差△p存在如下关系：
Q=△p/R
其中R为该血管的血流阻力。血流阻力是由血管壁与血液之间产生的摩擦力，它是评价血液经过血管难易程度的指标。若假设血管为圆柱体，并且血流为层流，可以由泊肃叶定律得到血管的血流阻力为：
R=8ηL/лr 4
其中
—R为血管的血流阻力；
—L为血管长度；
—r为血管半径；
—η为血液的黏滞系数。
从公式中可以看出，血管的血流阻力与血管半径的四次方成反比，即血管半径越小，血流阻力越大。因此，小动脉和微动脉由于半径很小而成为主要的血流阻力，而主动脉和大动脉血管半径很大，故其血流阻力相比小动脉和微动脉来说可以忽略。
在正常成人中，平均血流量约为5L/min，即与心排血量是相同的，这是血流的容积速度。若考察血流速度，则需要另外知道血管的截面积。血流量在动脉中是脉动的，通过人体主动脉瓣的最大瞬时峰值流量可达20L/min。血液在血管内的流动可分为层流和湍流两类，泊肃叶定律适用于层流的情况。
血压是血液在血管内流动时作用于单位面积血管壁的侧压力，可用血液对单位面积血管内壁的侧压力计算，常用单位为毫米汞柱（mmHg）。由于心脏周而复始搏动，其可分为舒张压、收缩压以及平均脉压。如图2-4所示为正常成人各部位血压变化范围，血压随着血液的流动在血管中不断下降。安静状态下成人左心室舒张压在60~90mmHg，收缩压一般在100~120mmHg，平均脉压约为93mmHg。临床上通常用动脉收缩压和舒张压作为血压指标。
图2-4 正常成人各部位血压变化范围
此外，在心脏停止搏动时，心血管系统的血压为平均充盈压，人体的心血管系统平均充盈压约为7mmHg，心血管系统平均充盈压会随着血量的增多或血管容量的缩小而增高。
血液循环系统可以根据人体不同的生理状况对血流量进行自动调节，这种调节是通过多种神经和体液的调节机制实现的。
动脉压力感受性反射是动脉压短期调节中最重要的机制。其反射过程包括感受器、传入神经、反射中枢、传出神经以及效应器，传出神经包括交感神经和副交感神经（迷走神经），效应器则是心脏和外周血管。在主动脉和颈动脉壁上有大量的压力感受器，它们通过感受动脉壁的扩张程度来间接感受动脉压。实际上动脉压力感受器不仅感受牵张，还感受牵张变化的频率。动脉压发生变化时，压力感受器的放电频率也产生相应的变化，这种动作电位经由传入神经传导，进入中枢神经。反射中枢经过处理后，改变相应的交感神经和迷走神经活动，引起效应器产生变化。
概括来说，动脉压增加会导致交感神经紧张度降低，迷走神经紧张度增强。相反，动脉压下降会增加交感神经活动，降低迷走神经活动。交感神经兴奋可以导致心率加快，心室的收缩能力加强，同时作用于血管使血管收缩，从而增加血流阻力；迷走神经兴奋则使心脏心率减弱，反之亦然。通过这样的作用，心血管系统试图维持动脉血压的稳定。总的来说，压力感受性反射在心输出量、外周血管阻力、血量等发生突然变化的情况下，对动脉血压进行快速调节起重要作用，从而避免动脉血压发生过大的波动。
血液循环系统由肺循环和体循环组成，并由心脏周而复始地将血液单向运输至全身，如图2-5所示。血液循环由左心室开始，鲜红的富氧血液经过左心室加压后泵入主动脉。主动脉在延伸过程中不断分化变细，形成密集动脉系统，血液通过动脉分支到达周身组织完成营养输送。同时组织细胞中的代谢产物也排入血液中，此时动脉血成为静脉血。代谢后，血液通过静脉运输，静脉在汇集过程中数量逐渐减少、管径变粗，直到形成下腔静脉和上腔静脉直通右心房。静脉血液通过右心泵入肺循环，血液中血红蛋白携带的二氧化碳与氧气置换，最终通过肺静脉返回左心房，再由左心室泵出。周而复始，承担着人体的新陈代谢过程。
图2-5 血液循环示意图