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小剂量的硝酸甘油主要扩张静脉系统，大剂量的硝酸甘油还可以扩张动脉系统。硝酸甘油对多种平滑肌都具有扩张作用，特别是对于静脉血管平滑肌的作用更为显著，对于小动脉和毛细血管前括约动脉的作用则比较弱。小剂量的硝酸甘油可以明显扩张静脉系统，减少回心血量，使左心室舒张末期的压力下降，心室容积变小，降低心脏的前负荷，同时使射血时间缩短，心室壁的张力下降使心肌耗氧量下降。而大剂量的硝酸甘油还可以扩张动脉系统，降低外周血管阻力，减轻心脏射血阻抗以及后负荷，使左心室压力下降和左室壁张力下降，也使心肌耗氧量减少。硝酸甘油还可以作用于冠状动脉，使心外膜的动脉扩张，也可以使冠状动脉的阻力血管、侧枝血管和小动脉的扩张。