病理生理学第十二章.doc

第十二章 心力衰竭 第一节 概 述 一、心力衰竭的概念 心力衰竭是各种心脏病最终共同的病理过程。是心脏在病理情况下功能受损，储备力、代偿能力明显降低甚至完全丧失的重症阶段，为心脏病病死的主要原因。 心力衰竭（简称心衰，Heart failure）指心脏收缩和/或舒张机能障碍，导致心脏不能泵出与静脉回流和机体组织代谢需求相称的血量。即心衰是在有足够静脉血回流的情况下，由于心排血量绝对或相对不足，不能满足机体代谢需要而导致的以循环功能障碍为主的综合征（或病理过程）。循环功能障碍主要表现为体（或肺）静脉系统淤血和动脉系统血液灌流不足。临床上主要表现为肺淤血或和腔静脉（包括门脉系统）淤血症候群。 由于心力衰竭是在有足够的静脉血回流情况下发生的，因而有别于心脏以外因素造成的循环衰竭，如低血容量性休克等。 二、心力衰竭的原因 引起心力衰竭的原因很多，从病理生理角度可把心力衰竭的原因分为三类：(1)原发性心肌舒缩性能受损；(2)心脏负荷过度；(3)心脏舒张充盈受限。 （一）原发性心肌舒缩功能障碍 这是引起心力衰竭的最常见的原因。 1.心肌的病变：如心肌病、心肌炎、心肌梗塞等疾病时由于心肌组织发生炎症、变性、坏死、纤维化等病理改变导致心肌舒缩功能受损。此时心衰的发生一方面取决于心肌受损的范围、部位和发展的速度，另一方面还取决于未受损心肌的代偿功能和各部分心肌舒缩的协调性等因素。 2.心肌代谢障碍：见于冠心病、休克、严重贫血等以及心肌过度肥大时，因心肌缺血、缺氧，能量代谢障碍，酸性代谢产物蓄积和酸中毒等，导致心肌舒缩功能障碍；维生素B1 缺乏可使丙酮酸脱羧酶的辅酶（焦磷酸硫胺素）生成不足，导致丙酮酸不能通过氧化脱羧转变为乙酰辅酶A而进入三羧酸循环，结果使心肌ATP产生不足。 （二）心脏负荷过度 1.压力负荷过度：又称后负荷过度，指心脏在收缩时所承受的阻力或压力负荷增大。左室压力负荷过度常见于高血压、主动脉缩窄、主动脉瓣狭窄；右室压力负荷过度常见于肺动脉高压、肺动脉瓣狭窄及肺栓塞等。 2.容量负荷过度：又称前负荷过度，指心脏在舒张期所承受的容量负荷过大。左室容量负荷过度常见于主动脉瓣或二尖瓣关闭不全；右室容量负荷过度常见于肺动脉瓣或三尖瓣关闭不全；双心室容量负荷过度常见于甲状腺机能亢进和各种高动力循环状况，如严重贫血、脚气病、动静脉瘘等。 （三）心脏舒张充盈受限：因心脏舒张受到机械性限制，使心脏充盈不足，引起心脏排血量降低和静脉淤血。常见于心包疾患（心包积液、缩窄性心包炎）、原发性限制型与肥厚型心肌病以及房室瓣（二尖瓣或三尖瓣）狭窄。另外，由于心脏本身舒张性能异常、顺应性降低亦可导致心室舒张充盈受限，舒张末期容积减少，从而使心排血量降低。 三、心力衰竭的诱因 心力衰竭的发作大多有诱因。心力衰竭的诱发因素很多，其诱发机理亦各不相同，凡能加重心脏负荷，增加心肌耗氧，妨碍心室充盈和心肌的供血供氧、能量代谢及离子的转运的各种因素都可能诱发和加重心衰。常见的诱因有：呼吸道感染、风湿热、心律失常、体力活动和情绪激动、妊娠和分娩、输血过快或过多、出血与贫血、电解质、酸碱平衡紊乱及药物使用不当等。上述诱因即可诱发心力衰竭，在某些情况下又可成为直接引起心力衰竭的原因，同时也是加重心力衰竭的因素。因此，及时发现和清除诱因，不但可预防和延缓心力衰竭的发生，并且也是治疗心力衰竭的重要措施。 四、心力衰竭的分类 （一）按心力衰竭发生的部位分类： 1.左心衰竭： 当左心室不能完全将肺循环回到左心的血液排出时所发生的心力衰竭称为左心衰竭。左心衰竭的血流动力学特点是肺循环充血及心排血量降低。其临床表现主要是肺循环血量增加、肺淤血引起的呼吸困难、肺水肿，以及心排血减少及组织灌流障碍导致的疲劳、乏力等。最常见的左心衰竭的原因是心肌梗塞，其他原因包括高血压心脏病、主动脉瓣或二尖瓣疾病等。 2.右心衰竭： 当右心室不能将体循环回到右心的血液完全排至肺循环时所发生的心力衰竭称右心衰竭。其血流动力学特点是体循环血量增加、体静脉系统压力增高以及输出到肺的血量减少。临床表现主要是体静脉（包括门静脉）系统压力升高、淤血所引起的脏器功能障碍、颈静脉怒张、肝脾肿大、下垂部水肿、胸水和腹水等。右心衰竭大多继发于左心衰竭，左心衰竭产生的肺循环压力增高可增加右心室的射血阻抗从而引起右心衰竭，其它原因包括高原心脏病、慢性阻塞性肺疾患、肺栓塞及先天性心脏缺陷，尤其是那些涉及肺循环负荷过重和肺动脉高压的疾患。肺脏原发性疾患引起的右心衰竭称为肺源性心脏病。 3.全心衰竭： 又称双侧心衰或双心室衰竭，指左、右两侧心室都发生衰竭。通常先发生左心衰，其后并发继发性右心衰竭，从而成为全心衰竭。如果先有右心衰竭，亦可累及左心功能，因为两侧心室具有共同的室间隔和心包，故当右心室压力和容量负荷过度时，必然影响左心室的舒张充盈。全心衰竭的血流动力学改变同时具有左心衰竭和右心衰竭的特点。临床上常见的充血性心力衰竭大多为全心衰竭。 （二）按心力衰竭发生的速度分类： 1.急性心力衰竭： 所谓“急性”并无严格的时间区限，主要指心力衰竭发病急骤，心输出量骤然降低，机体往往来不及进行有效的代偿就迅速出现肺水肿和心源性休克的表现。绝大多数为左心衰竭。常见于急性心肌梗塞、急性肺栓塞、高血压危象、急性心脏排血或充盈受限等，亦可由慢性心衰急性发作而来。 2.慢性心力衰竭： 心力衰竭发生缓慢、病程长，往往有代偿性改变出现，如心腔扩张、心肌肥厚、循环血量增多等。这些机制可使心输出量恢复或接近正常，故休克表现不明显，但淤血症状则表现极为显著。常见于高血压、冠状动脉疾病、或和心肌梗塞患者。心力衰竭病程呈慢性经过时，常伴有血容量和组织间液的增多，静脉淤血和组织水肿，称为充血性心力衰竭。 （三）按心力衰竭时心排血量的高低分类： 1.低输出量型心力衰竭：多数心力衰竭病例其心排血量都有所降低。其病情的发展与心输出量的降低密切相关，临床表现和预后也取决于心输出量降低的程度。常见于心肌病、心肌缺血、心瓣膜病、高血压心脏病、心包疾患及许多先天性心脏病等。 2.高输出量型心力衰竭：由代谢需求增加如甲状腺机能亢进、妊娠等引起，或者由高动力循环状态如动静脉瘘、贫血和脚气病引起。此时并非有心输出量的绝对降低，而是心输出量不能满足机体代谢的需要。首先出现高动力循环代偿状态，使心输出量加大、循环速度加快以满足机体的需要。由于心脏长期处于高动力循环状态时，心脏作功虽然增强但心肌能量供应却相对不足，心脏代偿储备力降低，或者由于机体代谢进一步提高，心脏乃从高动力循环状态进入高动力性心力衰竭。此时心输出量虽较心力衰竭前有所下降，但其绝对值仍接近或高于正常水平，故称其为高输出量型心力衰竭。由于组织需氧量增大，尽管这些病人心输出量高于正常水平，其组织氧气供应仍然不足。 第二节 心力衰竭的发病机制 决定心泵功能的两个基本因素是心肌的收缩和舒张性能，因此心力衰竭发生的基本机理不外乎心肌收缩性能减弱和舒张性能异常。此外，能量代谢障碍和酸中毒等亦可通过改变心脏舒缩性能从而促进和加重心力衰竭。 一、心肌收缩功能障碍 绝大多数心力衰竭的发生都是由于心肌收缩性能的原发性或继发性减弱所致。心肌收缩性减弱有多方面的机制。 （一）心肌细胞和收缩蛋白的丧失 各种原因如心肌缺血、缺氧、感染和中毒等导致大量心肌细胞和收缩蛋白变性、坏死时，由于破坏了心肌收缩的物质基础，结果必然使心肌收缩性能降低，从而可导致心排血量减少，出现心力衰竭。 决定和影响心肌丧失后泵功能的主要因素是：心肌的丧失量：决定心肌丧失后心功能受损和恢复的速度和程度及合并症的发生率及预后；未受损心肌的代偿：决定心肌丧失后心功能恢复的速度和程度。 当心肌细胞和收缩蛋白丧失时，即便由于未受损心肌的代偿，使基础状态下的心输出量保持正常，但其心脏的储备能力却明显受到损害甚至完全丧失。因此，当心脏遇到任何额外应激时，都可能发生或复发心力衰竭。 （二）肌球蛋白ATP酶活性降低 心肌收缩过程中，肌球蛋白头部的ATP酶受Ca2+的激活，水解ATP释放出能量，使肌球蛋白头部发生定向偏转，肌动蛋白沿肌球蛋白向肌节中央滑动、肌节缩短，从而导致心肌收缩。肌球蛋白ATP酶活性的高低，直接关系到心肌收缩时化学能转变为机械能的速率，肌球蛋白ATP酶活性与心肌收缩性呈高度正相关。故肌球蛋白ATP酶活性降低在某些类型心衰的发病机理中起着重要作用。 在慢性负荷过度的心脏，随着心泵功能和心肌收缩性的降低，肌球蛋白ATP酶活性也降低。 肌球蛋白ATP酶活性的改变机理目前尚不清楚，可能与该同工酶的比例和分布改变有关。该酶同工酶有V1 、V2 和V3 三种，每种同工酶的多肽链的组成不同：V1 由、链组成( ) 、活性最高，V2 由、链组成（）、活性居中，V3 由、链组成（）、活性最低。正常成人以V3为主，在轻度或中度心脏负荷的代偿状态时，V1增多；但当心脏由于重度负荷而转入慢性失代偿状态时，V3增多，心脏用能减少，从而影响心肌的收缩速度。 （三）心脏肾上腺素能受体及其信号传递障碍 1.心肌内源性去甲肾上腺素减少：心力衰竭时，心肌内源性去甲肾上腺素因合成减少、消耗增多及2 受体抑制其释放，使其含量明显减少，不能充分发挥其正性肌力效应，使心肌收缩性减弱。 2.心肌受体密度减少：心力衰竭时，心肌受体（主要是1）密度降低，由其介导的正性变力、变时作用减弱。 3.受体与腺苷酸环化酶脱偶联：去甲肾上腺素和受体结合后，须通过位于细胞膜内的G 蛋白的偶联才能激活腺苷酸环化酶，产生第二信使cAMP发挥效应。心力衰竭时，由于G蛋白的数量、组成和功能改变（Gi增多，使cAMP生成减少），可致心肌收缩力减弱。 （四）心肌兴奋-收缩偶联障碍 Ca2+ 的转运在兴奋-收缩偶联中起着重要作用。后负荷过度和心肌病等可以通过以下几个过程影响Ca2+的运转，导致心肌兴奋-收缩偶联障碍，心肌收缩性减弱（图12-1） 图12-1. 卢兴1990，p175 1.肌质网（肌质网）对钙的摄取、释放障碍 心肌兴奋去极化时，胞浆中钙浓度升高主要来自肌质网。在过度肥大的心肌，由于肌质网ATP酶活性降低，当心肌复极化时肌质网对Ca2+的摄取、储存减少，故除极化时肌质网释放的Ca2+因之减少。如伴有心肌细胞酸中毒时，肌质网和Ca2+结合牢固，亦可使Ca2+释放困难。在肌质网摄Ca2+ 减少时，线粒体对Ca2+摄取量增加，但线粒体在心肌除极化时向胞浆释放Ca2+的速度非常缓慢，结果因胞浆中Ca2+浓度不能迅速达到激发心肌收缩的阈值，从而导致兴奋-收缩偶联障碍。 2.Ca2+内流受阻 心肌收缩时胞浆中的Ca2+除了来自肌质网外，还来自细胞外液。来自细胞外液的Ca2+不但能提高胞浆Ca2+的浓度，更重要的是诱发肌质网释放Ca2+。Ca2+内流是通过“电压依赖性”和“受体操纵性”通道完成的。“电压依赖性”钙通道由膜电位控制，即当心肌细胞去极化时，膜内形成正电位，钙通道开放，细胞外的Ca2+ 进入细胞内；而当心肌细胞复极化时，膜内再次形成负电位，通道关闭，Ca2+内流终止。“受体操纵性”钙通道受膜上受体的控制，当交感神经兴奋和儿茶酚胺分泌时，受体兴奋并激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，cAMP激活膜上的“受体操纵性”备用钙通道，促使Ca2+ 内流。 心力衰竭时，造成钙内流受阻的原因是：心肌内源性儿茶酚胺含量减少及其信号传递障碍使“受体操纵性”钙通道难以开放；酸中毒：一方面通过影响跨膜电位，阻止Ca2+通过“电压依赖性”钙通道内流；另一方面可降低膜受体对儿茶酚胺的敏感性。 3.肌钙蛋白结合Ca2+障碍 H+与Ca2+有竞争结合肌钙蛋白的作用，H+与肌钙蛋白的亲和力远较Ca2+与肌钙蛋白的亲和力大。故当心肌缺血时，由于H+的增多，取代Ca2+与肌钙蛋白结合，从而妨碍兴奋-收缩偶联。 二、心脏舒张功能异常 心排血量降低不仅与心肌收缩减弱有关，心脏舒张功能异常导致的充盈障碍亦常是心排血量降低的原因。缺血性心脏病、心肌病、心肌肥厚和纤维化等多种原因引起的心力衰竭都可发生心室舒张功能障碍。在缺血性心脏病，舒张功能异常不但较收缩功能异常出现早，且表现也较明显，恢复也较慢。在肥厚性心肌病，只有舒张功能障碍而无明显收缩功能障碍。 舒张功能障碍可通过：妨碍心脏舒张充盈及Starling效应；影响冠脉舒张期灌流；因肺淤血、肺水肿妨碍肺部气体交换，从而加重心衰。 舒张功能不全发生的机理如下： （一）心室舒张功能障碍 1.复极-舒张（失活-弛缓）偶联障碍 （1）Ca2+复位延缓或障碍： 心肌复极化时，Ca2+复位（摄回肌质网或移至细胞外），都是逆离子浓度进行，需Ca2+泵消耗能量进行推动。钙泵活性主要受cAMP和钙调理素的控制。心力衰竭时心肌Ca2+复位延缓或障碍可能是由于：肌质网摄取、结合钙的能力降低；心肌缺血、缺氧，能量供应不足，影响钙泵运转；肾上腺素能受体及其信号传递障碍，或酸中毒时钙泵活性降低；钙超载：如缺血再灌注时肌浆中过多的Ca2+不能迅速移去，使Ca2+浓度不能迅速降至“舒张阈”水平。 （2）肌球-肌动蛋白复合体（横桥）解离障碍 心肌舒张首先需拆除横桥，这一过程不仅需要Ca2+从肌钙蛋白结合处及时脱离，尚须ATP 的参与。心肌缺血、缺氧时，可能由于肌钙蛋白与Ca2+亲和力增加使Ca2+难以解脱。更重要的是由于ATP缺乏，使肌球-肌动蛋白复合体难以分离，以致严重影响心脏的舒张充盈。 2.促进心脏舒张的外在负荷降低 心脏收缩末期，由于心室几何构型的改变，可产生一种促使心脏复位的舒张势能；另外，当主动脉瓣关闭后，由于心室压的突然降低，主动脉压和室壁压之间的压力梯度急剧加大，从而导致冠脉迅速充盈，这是促进心肌舒张的重要外在力量。当心肌受损或心力衰竭时，收缩末期心脏构型改变不明显，心脏的舒张势能亦减弱；而当冠脉阻塞、阻抗增高，或因室壁张力和室内压增大致冠脉充盈负荷降低时，亦可影响心室的舒张。 （二）心室顺应性降低 心室顺应性是指心室单位压力变化所引起的容积改变（dv/dp），常以心室舒张末期压力（纵轴）-容积（横轴）曲线（P-V曲线）表示之（图12-2）。当心室顺应性降低时P-V 曲线向左上移位，即容量稍增压力即迅速上升或相等的容量将出现更高的压力，从而影响心室充盈，导致心室充盈不足，引起静脉系统淤血。 图12-2. 心室顺应性降低时，由于在任何舒张充盈压作用下，所引起的容积改变都较顺应性正常时小，故必然导致心室的舒张充盈受限，Starling心脏定律所能起到的代偿作用减弱。心室顺应性降低，不但影响心室充盈和Starling效应，并且由于舒张不全还可妨碍舒张期的冠脉灌流，加重心衰的发生和发展。 影响心室顺应性的因素较多，分心内和心外两种因素： 心内因素主要包括：室壁被动弹性降低：此决定于室壁厚度和组成成分。当室壁厚度增加、水肿、炎性细胞浸润或纤维化时，其顺应性降低；室壁主动弹性降低：当心肌舒张力学性质和舒张生化反应改变时，可致顺应性降低。 心外因素：心包炎、心包填塞、胸膜腔内压升高或冠脉灌流压过低或心室受对侧心室过度扩张的压迫时，可使心室顺应性降低。 心室向心性肥厚、心肌淀粉样变、纤维化、肥厚型及限制型心肌病等，都可出现顺应性降低。 三、心肌能量代谢障碍 无论心肌收缩或舒张都需消耗能量，因此必须有充足的能量供应和对能量的合理利用。即使收缩蛋白正常，如心肌能量代谢过程（分能量生成、储存和利用三个阶段）的任一阶段发生障碍时，都可引起心肌收缩和舒张性能的减弱，从而导致或加重心力衰竭。最常见的是能量生成和能量利用阶段发生障碍引起心肌舒缩性能的减弱。 1.心肌能量生成障碍 多见于缺血性心脏病、休克、严重贫血所致的心肌缺氧和缺血时。心肌的能量生成几乎全部来自有氧氧化。心肌缺血缺氧时，由于氧化磷酸化障碍，可导致能量生成障碍，主要是心肌中ATP和肌酸磷酸含量减少。高能磷酸化合物的减少可通过以下机制导致或促进心力衰竭的发生和发展：直接影响心肌的舒缩；妨碍离子泵运转；妨碍心肌收缩蛋白酶和线粒体氧化磷酸化酶的更新合成；长时间严重缺乏ATP可使心肌细胞出现不可逆性损伤。 心肌缺血与缺氧还有所不同，缺血时不单存在因缺氧而发生能量生成障碍，并且由于糖酵解加强、代谢产物因排出障碍而大量蓄积（例如缺血后23分钟内乳酸可升高达十多倍）导致酸中毒，从而严重抑制心肌的舒缩功能。实验证明，当心肌ATP含量降到正常值的40% 时，如细胞内的pH值不变，心肌收缩仍可正常，但如细胞内pH值降低，即使ATP含量仅较正常降低10%20%，心肌舒缩性也会明显减弱。 2.能量利用障碍 当心脏处于轻度或中度负荷过度的代偿状态时，随着心脏的肥大和收缩力的增强，肌球蛋白ATP 酶的活性可增高；而当心脏处于重度负荷过度慢性失代偿状况时，心肌的能量生成和储存并不减少，但心脏完成的机械功却明显降低，心脏做功与用氧量的比值显著减少。与此同时，其肌球蛋白ATP酶活性降低，使心肌收缩时对ATP的水解作用减弱，不能为心肌收缩提供足够的能量，也即化学能变为机械能的过程变弱变慢，导致心肌收缩性能降低。甲状腺机能亢进时，由于肌球蛋白ATP酶活性过高，致大量ATP分解消耗，结果可因ATP的不足，导致心力衰竭。 四、酸中毒在心力衰竭发生中的作用 酸中毒对心肌具有负性肌力作用。心肌细胞内的pH对心肌的负性作用远较细胞外pH的影响大。由于CO2可迅速通过细胞膜形成H2CO3，进而分解产生H+使细胞内pH降低，故呼吸性酸中毒对心功能的抑制作用较代谢性酸中毒快而明显。 酸中毒引起心衰的机制可能是： 1.抑制肌膜Ca2+内流：一方面，H+通过对跨膜电位的影响，妨碍Ca2+通过“电压依赖性”钙通道内流；另一方面，酸中毒降低受体对儿茶酚胺的敏感性，妨碍Ca2+通过“受体操纵性”钙通道内流。 2.增加肌质网对Ca2+的亲和力，使肌质网结合钙增加，当心肌兴奋时，肌质网不能及时释放出Ca2+。 3.H+与Ca2+竞争结合肌钙蛋白，妨碍了Ca2+在兴奋-收缩偶联中的作用。 4.抑制肌球蛋白ATP酶活性，妨碍ATP的水解和能量的释放。 5.影响心肌能量代谢：抑制三羧酸循环酶的活性；通过抑制线粒体膜上的转位酶、增加线粒体膜的通透性从而破坏线粒体的氧化磷酸化功能。 6.严重酸中毒时，可破坏心肌细胞膜和亚细胞膜生物结构，造成心肌细胞不可逆性损伤。 第三节心力衰竭发病过程中 机体的代偿与失代偿 正常心脏有丰富的储备能力，剧烈运动时心率增加、每搏输出量增加，心脏的排血量可增加到静息时的56 倍。此种心脏的输出量随机体代谢而增加的能力也就是心脏的储备力（心力储备）。 由于心脏有强大的储备能力和各种完善的代偿功能，当心脏负荷增加或/和心肌受损导致心排血减少时，机体可动员心力储备和多种代偿功能，提高心排血量以满足机体的代谢需要，这一过程称为代偿过程。 一般在心力衰竭临床表现出现前通常有较长时间的代偿反应阶段。如通过代偿使其排血量能完全满足机体正常生活需要时，称为完全代偿；如通过代偿仅能满足机体轻微活动或休息状态下的需要，称为不完全代偿；如通过代偿对机体安静状态下的基础代谢需要也不能满足时，谓之失代偿。故心力衰竭是否发生，发生的快慢及其严重程度，主要取决于机体代偿功能的发挥状况。 心力衰竭时机体的代偿功能主要是动员心脏本身的储备功能和心脏以外的代偿活动。 当心脏工作负荷增加时，大量的生理改变被激活以图维持泵的功能。心血管功能的完整性有赖于这些代偿机制的有效性，它们包括：交感肾上腺刺激；心腔扩张-Starling反应；心肌肥大；钠水潴留和外周血管收缩；组织氧摄取增加。 一、心脏本身的代偿 心力衰竭最快的代偿反应机制源于交感-肾上腺刺激反射性增加。心排血量降低反射性刺激交感-肾上腺髓质系统兴奋。交感神经末梢释放去甲肾上腺素神经递质与肾上腺髓质释放到循环中的儿茶酚胺协同作用，产生以下适应性反应：增加心率和心肌收缩性以增加每搏量和心输出量；收缩动脉血管使血压升高、外周血重分配至重要器官；收缩静脉使血管容积移至大静脉，因而增加心室充盈并通过Starling效应增强心肌收缩性；收缩肾血管刺激钠水潴留以增加有效血容量。 (一)心率增快 心率增快发生的原理：主要由交感-肾上腺髓质系统兴奋、儿茶酚胺释放增多引起。当心功能减弱、心排血量减少时，动脉压下降使颈动脉窦和主动脉弓压力感受器的压力感受性反射活动减弱，致心迷走神经紧张减弱，交感缩血管紧张加强，儿茶酚胺释放增多，与心肌的b受体结合，从而发挥正性变时、变力作用，使心率明显加快。 心率加快在一定的范围内具有代偿意义，因为：心率加快可提高心排血量；通过升高舒张压，可增加冠脉血流量。但如心率过快超过170180次/分（随年龄增加，此阈值有所下降）时，则反而可使心输出量降低，由代偿转为失代偿，并且是病情加重的重要标志之一。这是因为：心率过快使舒张期缩短，导致心室充盈不足，从而使心排血量减少；对心脏舒张期的缩短大于对舒张压的提高，影响冠状动脉灌流；使心肌耗氧量增加。此外，心率过快时由于肌质网对钙的释放减少，可引起心肌收缩力减弱。 （二）心肌收缩力加强、心输出量增加 心输出量等于每搏输出量与心率的乘积。心率加速是一种效率较低的、暂时性的或急性的代偿方式。心排血量的增加主要靠心肌收缩力加强、心搏出量增加来完成。 1心肌收缩性增强 心力衰竭时由于交感神经兴奋，儿茶酚胺分泌和血管紧张素等具有正性肌力作用的激素的分泌，分别作用于心肌细胞膜上的、1 或血管紧张素等受体导致：使肌膜钙通道和肌质网钙通道开放程度增大，导致心肌兴奋后胞浆中的Ca2+ 浓度升高幅度加大，使横桥联结的比例加大，心脏收缩力增强；促进收缩蛋白磷酸化直接加强心肌收缩力；加强糖原、脂肪分解，为心肌收缩提供能量。 2前负荷增加-心腔扩张-Starling效应（异长自身调节） 这是心力衰竭（尤其是伴有容量负荷增加时）的一种重要代偿方式。当心力衰竭发生时，下列因素可使舒张期充盈增加、心室腔扩张： 原发的病理性容量负荷过重，或心肌病变致心室残留血量增加； 交感神经兴奋，静脉紧张性增加，促使静脉回流、前负荷增加； 钠水潴留使血容量扩张。上述原因使心脏前负荷增加，舒张期纤维长度持续增加，心腔扩张。舒张期容量负荷增加立即激活Starling效应这一代偿机制。根据Starling效应，心肌收缩力和心搏出量在一定范围内与心肌纤维初长度或心室舒张末期容积成正比。舒张末容积（前负荷）致心室肌纤维牵张，肌小节的初长度增加，使粗细肌丝有效重叠程度及形成横桥联接的数目增加，致心肌收缩力增强，心搏出量增加。心搏出量和舒张末期容积（或压力）之间的关系曲线，谓之心功能曲线（图12-3)。Starling效应使心功能处于心功能曲线的升支。心排血量降低时，舒张末期容积增大，心腔扩张，通过Starling效应可使心输出量返回到正常或接近正常水平。 图12-3 但如前负荷过大，舒张未期容积过高，则可因心肌慢性过度伸张，反过来进一步促使心肌收缩性降低和严重充血症状的发展。这是由于：扩张心室存在机械性弱点：当心室容积增加时，大部分收缩机械能耗费在传递张力于纤维上，小部份用于纤维回缩或缩短（假如一个心室的直径两倍于另一心室，则在较大心室需用4倍的收缩能才能产生同等的收缩压）；发生组织学改变（肌纤维出现重新排列和错位，肌小节不再呈端对端排列，有新合成的肌小节串联在肌原纤维上以致纤维变长等）；室壁张力增大使心肌耗氧量增多，心肌需要更多的血供，而冠脉却不可能提供，致使心肌收缩性减弱，心功能由代偿转为失代偿（心功能曲线出现降支）。 （三）心肌肥大 心肌肥大是心脏长期负荷过度时发展起来的一种慢性代偿机制，是指心肌细胞体积（直径、长度和肌节数量）增大并伴间质增生的心脏重量增加。心室肌肥大较心房肌肥大常见。主要表现为心室壁增厚、重量增加，心肌纤维增粗但心肌纤维的数量并无增加。心肌肥大亦可发生于生理情况下如运动锻炼时，称为生理性肥大。 心肌肥大表现为向心性和离心性肥大两种形式。向心性肥大指心脏重量增加、室壁增厚、没有明显的心腔扩大，室壁厚度与腔径的比值大于正常，主要是由于心脏长期压力负荷过度所致；离心性肥大是指心脏重量增加，伴有比较明显的心脏扩张，室腔扩大，室壁稍厚，室壁厚度与室腔直径的比值等于或小于正常，往住由长期容量负荷过度引起。向心性肥大逐渐转变为离心性肥大是心脏储备力降低的指征。 心肌肥大的发生机制：心肌肥大的生化基础是蛋白质合成增加。其发生机制尚不完全清楚，可能与RNA聚合酶活性增加和RNA转录增强有关。促进心肌肥大的信号机制可分为两大类：机械牵张性刺激：指心脏长期负荷过度时，室壁应力增加使心肌细胞膜受到牵张刺激从而发生肥大；化学性刺激：主要包括ATP降低、ADP升高以及某些体液性因素（如去甲肾上腺素、血管紧张素 、生长激素、甲状腺素、雄激素等）可促使心肌细胞生长。 实验证明，单位重量肥大心肌的舒缩性是降低的，但由于心肌总量的增加，心肌总的收缩力还是增加的。故心肌肥大后在一定时间范围内心脏的做功和心搏量是增加的（心脏功能常可获得恢复），心功能曲线向左上移位，具有一定代偿意义。如心肌梗塞后心功能的恢复与未受损区心肌肥大的建立呈正相关。 心肌肥厚作为代偿机制的优点主要有两点：心肌肥厚不使舒张期缩短，因而不产生代偿性心动过速时的心肌疲劳；心肌肥厚使心肌收缩力增加，但不需要心腔扩张时的心室充盈增加。如心肌肥厚代偿充分，心腔内压力升高只限于收缩期。另一方面，当心肌肥大超过一定限度时，则可由代偿转为失代偿，结果心脏每搏功降低，心功能曲线逐渐向右下移位。其机制为：随心肌肥大的发展，心肌缺血缺氧加重，这是因为：心肌微血管数目不能随心肌肥大而增加，致使氧弥散距离加大，氧弥散不足；心脏小血管发生收缩或室壁张力增大压迫小血管，致冠状微循环灌流不足；肥大心肌细胞的产能和用能障碍：一方面因心肌缺血缺氧，另一方面是因为在心肌肥大晚期，心肌线粒体的数目不能随心肌细胞体积的增加而成比例地增加，并且线粒体呼吸功能亦由增强转为抑制；加之肥大心肌肌球蛋白ATP同功酶由活性较高的V1转为活性最低的V3，使心肌用能出现障碍；肥大心肌肌质网对Ca2+的转运障碍，使心肌兴奋-收缩偶联和复极-舒张偶联障碍，影响心脏舒缩功能；心肌肥大和间质增生，使心室舒张顺应性降低。 二、心脏以外的代偿 心排血量减少时，机体除发挥心脏本身的代偿功能外，还动员心脏以外的代偿机制，包括钠水潴留、血容量增加及血液重新分配等。 （一）血容量增加 主要通过钠水潴留，使血容量、静脉回流及心输出量增加。其发生机制为：（1）肾小球滤过率降低：心力衰竭时由于有效循环血量降低和交感-肾上腺髓质系统兴奋，使肾血流量降低，肾小球滤过率降低，引起钠水潴留；（2）肾小管对钠水的重吸收增加：心力衰竭时，由于肾小动脉尤其是出球小动脉收缩，使肾小球滤过分数（肾小球滤过率肾血浆流量）增大，结果导致肾小管周围毛细血管内压下降、胶体渗透压增高，使近曲小管对钠水重吸收增加；肾血流量降低时，肾素-血管紧张素-醛固酮系统被激活，通过醛固酮的保钠作用，使远曲小管和集合管对钠水重吸收增加；抗利尿激素（ADH）分泌增加，促进水潴留。ADH增加与醛固酮潴钠引起的晶体渗透压增高以及血管紧张素的刺激作用有关；此外，心力衰竭时心钠素分泌减少，亦可能与钠水潴留持续存在有关。 钠水潴留使血容量增加、加之心力衰竭时交感神经兴奋使静脉收缩，导致回心血量增加和心室充盈压升高，通过Starling效应，可使心排血量增加。但前负荷过度增加超过代偿限度时，心脏作功则不能进一步改善，甚至反而出现心输出量降低，心力衰竭加重。 （二）循环血液重新分配 心输出量减少时，外周循环亦发生适应性变化，通过调节各组织器官的供血比例，减少次要器官（皮肤、骨骼肌和腹腔内脏等）的供血比例，以保证重要脏器（心、脑）的血液供应。 肾、皮肤、内脏和骨骼肌血管具有丰富的受体，心力衰竭时，交感神经兴奋使这些部位的小动脉收缩，有利于维持适当的动脉压，加上冠状循环和脑循环的自身循环调控稳定机制，使心、脑血液供应得以保证，具有重要的代偿意义。 但这种代偿能力亦是有限的，因为：次要脏器血管长期收缩，即可造成该脏器功能障碍，又因该区域严重缺血、缺氧，出现缺血后过度充血，导致血液二次重分配，使重要脏器血流量减少；血管长期收缩，使外周阻力增加，加重衰竭心脏的后负荷，使心输出量减少；静脉收缩，使前负荷增加，如静脉回心血量过多，特别是在静脉输液的情况下，容易出现肺部淤血。因而，这只是一种暂时性的代偿机制，只在急性或轻、中度心力衰竭时，才具有代偿意义。 （三）组织摄氧量增加 当心输出量持续降低、组织灌流减少时，组织从红细胞摄取的氧量增加。表现为氧离曲线右移，动静脉氧差增大，这允许释放更多的氧以适应组织代谢的需求。正常时，外周组织从红细胞抽提30%的氧，但灌流减少期间抽提的氧量增大。但此机制对心肌组织代偿作用不大，因为心肌组织正常时即抽提65%75%的氧。 在严重循环衰竭和休克时，组织供血供氧不足，能量缺乏，可利用无氧酵解产生能量。 但这是一种低效的产能方式，仅能在有限的时间内维持细胞存活。其不利影响是酸性代谢产物增多（尤其是乳酸），导致酸中毒，反而可损伤细胞功能和结构。 三、交感-肾上腺和肾素-血管紧张素系统长期激活的不利作用 心力衰竭时机体主要通过激活交感-肾上腺和肾素-血管紧张素两个系统动员心内/心外的代偿机制进行代偿，这些代偿机制都具有双重性：代偿机制的出现固然可以在短期内在一定程度上改善心脏的功能，但亦存在不利影响的一面。临床上心力衰竭患者出现的一系列症状和体征亦多与心脏本身和心脏以外的神经内分泌系统的代偿机制有关。 尤其是长期的交感-肾上腺和肾素血管紧张素系统激活，其代偿意义变小而不利影响增大，导致心脏舒缩功能进行性降低。其机制如下： （一）使心肌细胞功能进行性降低 1.增加心肌氧耗量、降低心肌氧供 衰竭心肌本身由于代谢需求增大和氧供减少而处于一种能量短缺状况(energy-starved heart)，交感兴奋通过增加心率、心肌收缩力及室壁张力，致心肌氧耗量增加，加重心肌缺氧；去甲肾上腺素、血管紧张素通过冠状血管的改建亦加重缺血缺氧，长期缺血缺氧和能量缺乏将导致心肌亚细胞结构损伤，心肌细胞功能进行性降低。 2.直接的心脏毒性：衰竭心肌中去甲肾上腺素和血管紧张素的含量增加，两者对心肌细胞均有直接毒性作用。如使钙运转异常、大分子合成减少及收缩性降低等。 3.心肌细胞基因表达异常：长期心衰，心肌细胞中基因表达发生改变，如出现肌质网钙ATP酶和肌球蛋白重链以及1受体表达的向下调节，使心肌收缩性和心储备降低。去甲肾上腺素和血管紧张素和内皮素可诱导心肌细胞基因表达的改变。 （二）导致心肌细胞丧失 细胞坏死和凋亡（apoptosis）是导致心肌细胞丧失的两个基本机制。去甲肾上腺素和血管紧张素可通过其细胞毒作用导致心肌细胞坏死；血管紧张素及肿瘤坏死因子-亦与心力衰竭晚期心肌细胞凋亡的发生有关。 （三）诱导心肌改建（remodeling） 心力衰竭的发生不仅取决于心肌实质细胞的舒缩功能，还与心肌间质有关。许多心脏疾病可出现心肌改建，如慢性压力负荷过度、老年性心脏病等可出现心肌胶原网架增生性改建。肾素-血管紧张素-醛固酮及交感系统激活是导致心肌改建的主要因素（其它心肌改建因素包括某些生长因子、内皮素、肿瘤坏死因子-等）。随心肌胶原网架的增生性改建，早期可出现心肌顺应性降低、舒张功能障碍，严重时由于心肌细胞被胶原网索包围、隔离，力的发生和传导障碍，导致心肌收缩功能严重减弱；心肌内冠状小动脉周围胶原增生和内壁增厚还可导致冠状循环储备功能降低。 故交感-肾上腺和肾素-血管紧张素系统激活在短期内具有一定的代偿作用，但长期交感-肾上腺和肾素-血管紧张素系统激活则可导致心肌结构和功能损伤，促使心力衰竭进行性加重。 第四节 心力衰竭时机体的主要机能代谢改变 一、心脏功能及血流动力学的改变 （一） 心脏泵血功能改变 心力衰竭患者的心功能均有不同程度的受损。临床上以患者对活动量的耐受能力为标准，将心功能分为四级心功能I级：体力活动不受限制，一般活动时无任何心力衰竭的症状和体征；心功能级：体力活动稍受限制，一般活动时有心悸、气促等症状；心功能级：体力活动明显受限，稍事活动即有心力衰竭的症状和体征；心功能4级：巳丧失体力活动能力，静息时亦有心力衰竭的症状和体征。此法简单实用，但欠精确。采用Swan-Ganz气囊漂浮导管以及无创性心功能测定方法监测心力衰竭患者的血液动力学变化，能更客观和正确地评价心功能。低输出量型心力衰竭的血流动力学变化特点为：心脏容积增大，左室舒张末期压（LVEDP）、肺毛细血管楔压（PCWP）及中心静脉压升高，而心搏量（SV）、心脏指数（CI）和射血分数（EF）降低。高输出量型心力衰竭的血流动力学变化特点为：心搏量（SV）、心输出量（CO）较正常人增加，全身血管阻力降低以及因静脉回流增加而使PCWP轻度升高。 1.心输出量降低 心输出量（CO）、每搏量（SV）及心脏指数（CI=CO/m2）是反映心泵功能的综合指标。心力衰竭最终都表现为CO、SV或CI降低。在低输出量型心衰，CI一般低于正常值，但这是相对而言的，主要还取决于代偿功能的状况。当代偿功能良好时，CI可完全接近正常，只有当心力衰竭严重、代偿功能耗竭时，CI绝对值才降低。在高输出量型心力衰竭，CO（CI）的改变更是相对的，其心力衰竭时的CO虽较心衰前明显降低，但仍高于正常人。 2.心房压和心室舒张末期压升高 这是心力衰竭时出现较早的重要血流动力学改变。（1）左室舒张末容量和左心室舒张末期压（LVEDP）升高 正常人左室舒张末容量指数约为70ml/m2，严重心脏病患者可增至200ml/ m2；LVEDP是指当心脏处于舒张晚期，左心室充盈即将结束时所具有的压力。正常LVEDP 15 mmHg，尤其是18mmHg，即表示有左心衰竭的存在。临床上由于测定左房压和LVEDP比较困难，多用肺毛细血管楔压（PCWP）来反映LVEDP和左室功能状态。正常情况下，PCWP和左心房压、LVEDP比较接近；当左心衰竭时，由于LVEDP的升高，可致PCWP的升高。 （2）右心房和右心室舒张末期压（RVEDP）升高：为右心衰谒时的重要血流动力学改变。RVEDP升高反映了右心室功能衰竭、容量负荷过度或其舒张顺应性降低。临床上常用中心静脉压（CVP）来反映右心房压和RVEDP，正常时三者数值接近。当CVP升高1.18kPa（12cmH2O）时，说明右心室对回心血量泵出的能力降低或回心血量巳超过心脏所能负荷的最大限度。但如同时伴有心源性休克时，由于外周循环衰竭，大量血液淤积在外周血管中，使回心血量减少，此时CVP可不升高甚至降低。 （二）心脏收缩功能和舒张功能改变 1.等容收缩期指标 常用dp/dt max: 等容收缩期心室内压力上升的最大速率（kPa/s）；Vmax：零负荷时心肌最大的收缩速度（肌长度/s）；T-dp/dt max：心室开始收缩到压力上升达到最大速度的时间（ms）。心力衰竭时dp/dt max和Vmax都降低，且心肌收缩性能受损愈重，其降低越明显。T-dp/dt max的时间则延长。 2.射血期指标 射血分数（EF）：为心搏出量与心室舒张末期容积之比，正常为0.670.08，如25%，心力衰竭时小于25%；左心室周径缩短速度（VCF）：为左心室周长射血时的缩短率；Emax：为左室收缩末期压和其收缩末期容积之比，心力衰竭时Emax降低。 3.等容舒张期指标 -dp/dt max：为等容舒张期心室压力下降的最大速率（kPa/s）；T值：等容舒张期压力下降时间常数（ms），舒张性能降低时-dp/dt max降低，T值延长。 4.舒张充盈期指标 舒张充盈量：为左室舒张末期容积与收缩末期容积的差值；充盈率：指单位时间内心室充盈量；充盈分数：指舒张各时相与心搏量之比。心容量负荷增加时，充盈量、快充盈率增加。心力衰竭早期充盈降低时，快充盈分数和充盈率明显降低。 5.顺应性指标 顺应性降低时可使心室舒张末期压力（纵轴）-容积（横轴）（P-V）曲线向左上移位。 （三）动脉血压的变化 慢性心力衰竭时，由于交感神经兴奋使外周血管阻力增大以及钠水潴留使血容量增加，故一般血压不至于降低。但在急性严重心力衰竭，或伴发心源性休克时，由于心输出量急剧降低，外周血管来不及充分代偿时可导致动脉压降低。 （四）静脉系统淤血、静脉压升高 心力衰竭时因心泵血功能下降导致静脉回流受阻，静脉系统淤血、压力升高。钠水潴留使血量增加以及交感兴奋使血管收缩，可加重静脉淤血和静脉压升高。左心衰竭引起肺淤血、肺静脉和肺毛细血管压升高，严重时可导致肺水肿。右心衰竭引起体循环静脉淤血和压力升高，出现颈静脉怒张、肝脾肿大和外周水肿等征象。 二、呼吸功能的改变 呼吸功能改变常见于左心衰竭，主要表现为呼吸困难（dyspnea），严重时出现肺水肿。 （一）呼吸困难 左心衰竭的的主要症状是呼吸困难，其发生机制主要是左心衰竭时肺充血淤血及肺组织顺应性降低：肺顺应性降低：左心衰竭时，因肺淤血、水肿，使肺组织顺应性降低，轻度肺泡扩张即可刺激肺泡壁牵张感受器，通过牵张反射使呼吸变浅变快；肺淤血影响肺的气体交换，引起的低氧血症反射性兴奋呼吸中枢使呼吸加快；肺循环压升高、肺血管扩张反射性（丘-柯氏反射）刺激呼吸加速。 右心衰竭的呼吸困难。少数右心衰竭患者可无呼吸困难，但多数患者有不同程度的呼吸困难，其发生原理不一，有几下几种：慢性肺源性心脏病患者呼吸困难的主要因素是肺疾患引起肺功能不全；多数右心衰竭继发于左心衰竭，存在肺淤血和呼吸困难，只不过当右心衰竭发生后，随肺淤血的减轻其呼吸困难程度有所减轻；严重静脉充血、淤血患者血氧含量降低、酸性代谢产物积聚，可刺激呼吸；右心衰竭患者存在胸水、腹水、肝肿大等，使呼吸运动受限。 按其发生机理和程度的不同，呼吸困难可分为以下几种形式： 1.劳力性呼吸困难 在左心衰竭早期，当心储备不足时出现呼吸困难。由于液体开始积累在肺毛细血管床，形成的间质水肿引起气体弥散障碍，使血氧饱和度降低，通过化学感受器刺激呼吸中枢，引起呼吸频率的增加。劳力性呼吸困难是左心衰竭最早的症状之一，开始仅在剧烈体力劳动或活动时出现呼吸困难，休息后自行消失。随病情加重，心脏功能进一步减退，呼吸困难逐渐加重，在轻度体力劳动或活动时即出现气急，到最后，即使在休息状态下亦有呼吸困难。 其发生机制是：体力活动时，体静脉回心血量增加，因左心功能减退，不能将增加的回心血量全部排出，致肺淤血加重；体力活动时，耗氧量增加，心率加快，舒张期缩短，左室充盈减少，加重肺淤血；心力衰竭时，组织供血供氧不足，加之体力活动时需氧增加，因而可产生代谢性酸中毒，刺激呼吸中枢引起呼吸困难。 2.端坐呼吸 患者平卧时出现呼吸困难，常被迫采取坐位或半卧位，方能减轻或缓解呼吸困难。其发生机制是：肺血容量的影响：平卧位回心血量增加，肺淤血加重，端坐位时，上半身血液因重力作用部分（可达15%）转移至腹腔及下肢，使回心血量减少，肺淤血减轻；肺活量的变化：平卧时由于膈肌位置抬高，使肺活量降低，加重呼吸困难，而采取端坐位时，肺活量较平卧位可增加1030%。 3.夜间阵发性呼吸困难 阵发性睡眠性呼吸困难指夜间急性发作的呼吸困难，常见于急性左心衰竭或严重二尖瓣狭窄患者，为急性肺充血或慢性