病理学讲解心功能不全

1、 病理学讲解心功能不全(Cardiac insufficiency)概 述心脏的重要性“泵”的作用,若一个人活80岁，在他一生中:心脏将跳动30亿次之多！输送的血液将达3亿多升，足以装满1600架四引擎波音747客机的全部油箱！所作的功，相当于将3万公斤重的物体向上举到喜马拉雅山顶峰所作的功！美国, 冠心病死亡人数50万/年中国, 高血压患病人数1亿人 由于各种原因引起的心肌收缩（或）舒张性减弱，以至在静息或一般体力活动情况下，心脏不能有效地将静脉回流血等量搏出从而使心输出量相对或绝对减少，不能满足组织代谢需要的全身性病理过程称为心功能不全（心衰）。概 念 心功能不全（Cardiac insu

2、fficiency） 包括心脏泵血功能下降但处于完全 代偿直至失代偿的整个过程。 心力衰竭 (Heart failure) 患者出现明显的症状和体征，属于 心功能不全的失代偿阶段。充血性心力衰竭的概念(Concept of congestive heart failure) 心力衰竭呈慢性经过时，由于钠水潴留和血容量增加，发生静脉淤血、组织水肿及心腔扩大。心输出量静脉回流受阻充血组织间液 肾血流 + RAAS钠水潴留容量 水肿心衰第一节心衰的病因、诱因与分类 (Causes and predisposing factors of heart failure)一、病因(Causes)（一）原发性

3、心肌舒缩功能障碍(Primary dysfunction of myocardial relax and contract)心肌病变心肌梗死 心肌炎 心肌病及心肌纤维化等 心肌代谢障碍心肌缺血缺氧及严重维生素B1缺乏 (二) 心脏负荷过度 (Overload for myocardium)阻力力负荷（后负荷） 心室收缩时承受的负荷，相当于心室壁在收缩 时张力。容量负荷增加（前负荷） 指心脏在收缩前所承受的负荷，相当于心舒张末期容积，决定了心肌收缩的初长。常见原因特 点 容量负 荷过度瓣膜闭锁不全 房室隔缺损 甲亢 严重贫血 高动力循环舒张末期容积 压力负 荷过度 高血压，主A瓣狭窄； 肺A高压

4、，肺A瓣狭窄射血 阻力二、诱 因(Predisposing factors) 1.感染（Infection）感染发热代谢率心动过速心率心肌耗氧量毒素抑制心肌舒缩功能肺血管阻力右心衰 2. 心律失常心率 180次/分 150次/分)对机体不利增加心肌耗氧量心脏舒张期过短脉血流过少；心室充盈不足(二) 心脏扩张(紧张源性扩张）正常状态下 1.7 2.1 2.2 2.7 m收缩力肌节初长心脏对急性血液动力改变的一种重要代偿方式心脏紧张源性扩张（Frankstarling定律） 在一定范围内，心舒张未期容积增加，心肌 初长增加，心缩力增加（变长性自身调节）心功能下降 心输量下降 心舒末期容积增高 心肌

5、初长增加 心收缩力增高 机制：Frank-starling定律TotalActivePassiveMaximal forceForceLength3.65 m 不能收缩肌原性扩张变长性自身调节是改变前负荷来实现的，也就是改变心肌初长来实现的，肌节长度在产生的收缩力最大，粗、细肌丝最佳重叠Lmax，当肌节长度超过时心输出量反而下降肌源性扩张，失去代偿意义紧张源性扩张心室容量加大并伴有收缩力 增强的心脏扩张肌源性扩张心肌拉长不伴有收缩力增强 的心脏扩张类 型（三）儿茶酚胺正性肌力作用 交感兴奋 儿茶酚胺增加 ATP AC CAMP蛋白激酶 肌浆网磷酸化 细胞膜磷酸化 胞浆Ca+ 增高心输出量增加

6、心输出量受前后负荷影响不能正确反映心肌内在收缩性，只有在心肌前后负荷为零时的收缩才能反映心肌内在收缩性，但实际上做不到 后负荷越大，收缩速度越慢，以后负荷为 横坐标，收缩速度为纵坐标，所得曲线为 力速度曲线，将此曲线外推到负荷为0小 时的最大收缩速度即为Vmax。hypertrophy体积(四)心肌肥大(慢性持久的代偿形式）概 念心肌细胞体积增大，重量增加肥厚心肌冠状血流增加核酸pr增加线粒体，肌浆网增加摄O2 用O2能力增加形式 1、向心性心肌肥厚不伴有心腔显著扩张， 主要是收缩期室壁压力增加所引起 （长期后负荷增高，纤维变粗）2、离心性心肌肥厚伴有心腔显著扩张主 要舒张期室壁压力增高所致

7、（长期前负荷增高，心肌纤维串联性加， 肌纤维变长） CO 交感N兴奋 CA 、-R 激活G蛋白 cAMP PKA 靶蛋白磷酸化，相应基因转录加强 Ag、ET PLC PIP2 DG PKC IP3 Ca2 激活钙调蛋白依赖的蛋白激酶 机械刺激通过TPK途径引起细胞增殖肥大心肌肥大机制正常压力负荷过重容量负荷过重向心性肥大离心性肥大 向心性肥大离心性肥大意义： 单位重量心肌或单根肌原纤维收缩性下降，总收缩力可增强，可承受更大负荷（1）厚度增加，同样壁应力产生更大的室 内压，有利于克服渐增加的后负荷壁应力 = pr 2h 为壁应力（克/cm2），p为心室内压（克/m2） r为半径，h为室壁厚度 （

8、2）心腔增大时，容量更大，虽然舒张末期容 积可增加，舒张末期压力不致明显上升， 以适应加重的前负荷，在一定程度内不发 生V压升高。 （3）不缩短舒张期，因而无心动过速时的心 肌劳累。为适应心脏负荷的增加，心肌及心肌间质在结构、功能、数量及遗传表型方面出现的慢性代偿适应、增生性变化心肌重构 (myocardial remodeling )-MHC -MHC醛固酮 I, III型胶原产生降解（大鼠肌球蛋白重链）AG-II（刺激纤母细胞）抑制降解胶原的关键酶（MMP1)人肌球蛋白轻链1和肌钙蛋白成年型向胚胎型变换 二、心外代偿(一) 血容量增加(二) 血流重分布(三) 红细胞增多(四) 组织细胞利用

9、氧的能力增强(一) 血容量增加 (Increased blood volume)机制GFR肾小管对水钠的重吸收 醛固酮系统作用 ADH作用增加回心血量,但可致前负荷增加长期血管收缩可致后负荷增加意义不利(二) 血流重分布 (Redistribution of blood flow)心输出量减少时，皮肤、骨骼肌和腹腔内脏等血管收缩，供血比例 心、脑血管轻度扩张， 以保证重要脏器（心、脑）的血液供应轻度心衰具重要代偿意义(Increase in red cells) (三) 红细胞增多(四) 组织细胞利用氧的能力增强(Increased ability of cells to use oxygen

10、）细胞线粒体数量增多呼吸酶活性增加 肌红蛋白含量增多Sympathetic NSRAASCytokinesGrowth FactorsFree Radicals 心脏负荷增大心肌耗氧量增加细胞因子的损伤作用氧化应激心肌重构(remodeling)水钠潴留 三、神经-体液调节机制激活(activation of neurohumoral mechanisms) 心衰，心输出量缺血，缺氧心肌收缩能力增强，心率增快，心输出量回升；阻力血管收缩维持血压，保证重要脏器的灌流。激活RASS这些效应对泵血功能及血流动力学稳态起极为重要的作用(一)交感-肾上腺髓质系统激活（二）肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活

11、AldosteroneAngiotensinogenAngiotensin IAngiotensin IIACEReninK+Na+ACTHOtherAdrenalVascularMyocardialRenalCNSTarget Receptor Sites血管紧张素转化酶醛固酮Aldosterones Role in Heart Failure醛固酮 动脉顺应性 压力感受功能 去甲肾上腺素摄取 内皮功能 PAI-1 K+ Mg+ 纤维化 去甲肾上腺素 摄取 心率可变性 LV 重量 &纤维化 Na+水肿Remodeling 心律失常 缺血事件心衰进展心源性猝死TNF-及IL表达上调，OFR产生

12、增加（三）其他体液因子和氧自由基生成增多负性肌力作用WBC呼吸爆发， 大量增加，心肌细胞凋亡心肌改建缺血、缺氧室壁应力 TNFILs内皮素 NO PGs ANP 醛固酮作用 心脏负荷增大。心肌耗氧增加心律失常细胞因子的损伤作用 增强心肌收缩力增加血容量维持重要器官的血流灌注氧化应激引起心肌损伤心肌重构(remodeling)水钠潴留利弊神经-体液代偿反应第三节心力衰竭的发生机制 (Mechanisms of heart failure) 心力衰竭的发病机制一、心肌收缩功能障碍 二、心肌舒张功能异常 三、心脏各部舒缩活动不协调 一、心肌收缩功能障碍心肌舒缩原理 （简)1、收缩蛋白肌球pr（Myo

13、sin）：组成粗肌丝，一端游离为横桥，头部具ATP酶活性 三种重要特性 分子可聚合成丝状 可与肌动pr结合 具有ATP酶活性 肌动球pr（Actin）： 双螺旋结构，有与横桥结合的作用部位，当结合成肌动球pr时，肌肉收缩向肌球Pr（Trop Myosin ）： 呈杆状，以螺旋状细长纤维位于肌动Pr双链之间，具有阻止肌球Pr与肌动Pr间搭桥作用 肌钙Pr（troponin）： Ca+结合成份 TnC抑制成份 TnI向肌球Pr结合成份 TnT 收缩蛋白ActinMyosin调节蛋白TropomyosinTroponin (TnT,TnC,TnI )TropomyosinTroponinActinT

14、ropomyosinTroponinCa2+ binding siteCross bridge binding sitesCa2+ binding siteTropomyosinMyosin cross bridge Troponin Cross bridge binding siteCa2+RESTING STATECONTRACTIONActinActinActinActin细胞膜电活动肌浆网释放Ca2+调节蛋白( TnC )肌动球蛋白收缩兴奋-收缩耦联2、兴奋收缩刺激 肌膜去激化 钙内流 钙释放 胞浆Ca+ 增高肌钙蛋白与钙结合ATP酶活性增加向肌球pr移位 ATP水解 横桥与肌动蛋白结

15、合 肌收缩 心肌正常舒缩取决于3. 心肌结构的完整性2. 能量、肌球蛋白头部ATP酶活性1. 包浆中钙离子量一、心肌收缩性减弱(Decreased myocardial contractility)心肌收缩蛋白的破坏心肌能量代谢障碍心肌兴奋收缩耦联障碍肥大心肌的不平衡生长（） 心肌细胞坏死（necrosis）心肌缺血 心肌炎 心肌病 心肌中毒心肌细胞 凋亡、坏死心肌收缩 性减弱（）心肌细胞凋亡（apoptosis）(一)收缩相关蛋白的破坏(Injuries of myocardial contractile protein)1、心肌细胞数量减少氧化应激：儿茶酚胺自氧化、促炎性因 子引起 呼吸爆

16、发、黄嘌呤 氧化酶激活、磷脂酶A2活化相关因素细胞因子生成过多：TNF-、IL-1、 IL-6、IFN等钙稳态失衡线粒体功能异常启动子CASPASE效应子CASPASEFADDFADDTRADDTRADD破坏细胞的必需结构成分细胞凋亡死亡受体TNFR1,Fas 等收缩蛋白改变、心肌结构改变肌丝不呈比例增加肌节不规则叠加肌原纤维排列紊乱心肌肥大细胞凋亡、肥大萎缩、心肌纤维化收缩力下降、心室扩张(二)心肌能量代谢障碍(Disorder of myocardial energy metabolism) 能量生成障碍 (impaired energy production) 能量储备减少 (impai

17、red energy unstored) 能量利用障碍 (impaired energy utilization) 能量生成能量利用脂肪酸 乳酸 丙酮酸 葡萄糖 氨基酸乙酰 CoA三羧酸 循环ATPADP+PiCa2+与肌钙 蛋白结合心肌收缩CP能量储存正常心肌能量代谢过程冠脉阻塞 休克 严重贫血心肌缺 血缺氧ATPVitB1缺乏焦磷酸 硫胺素丙酮酸氧化 脱羧障碍冠脉阻塞 休克 严重贫血心肌缺 血缺氧ATP冠脉阻塞 休克 严重贫血心肌缺 血缺氧ATP 1.心肌能量生成障(impaired energy production) 最常见的原因: 心肌缺血缺氧ATP缺乏引起的后果肌球蛋白头部的ATP

18、酶水解ATP减少 Ca2+转运及分布异常心肌细胞不能维持正常的胞内离子环境心肌蛋白合成减少 2.心肌能量储存障碍 (impaired energy unstored)心肌能量以ATP和磷酸肌酸形式储存心肌肥大磷酸肌酸激酶活性下降，CP 甲亢时, 氧化磷酸化脱偶联,高能键生成减 少、以热能散发增加,ATP下降、收缩性减弱（甲状腺素激活Na-K-ATP酶使ATP-ADP加速，ADP进入线粒体增加，氧化磷酸化加强，耗O2 ，增加，产热增加 ） 3. 心肌能量利用障碍(impaired energy utilization)肌球蛋白ATP酶同工酶有三种: V1 (): 活性最高 V2 (): 活性次之

19、 V3 (): 活性最低过度肥大的心肌其肌球蛋白头部ATP酶活性下降，原因是 V1 型转变为 V3 型最常见原因:长期心脏负荷过重而引起心肌过度肥大肌球蛋白ATPase活性降低化学能 机械能肌球蛋白ATP酶组成 活性 最高 较低 最低肌球蛋白同工酶比较V1 V2 V3代偿状态时，V1增多；失代偿时，V3增多。能量生成能量利用脂肪酸 乳酸 丙酮酸 葡萄糖 氨基酸乙酰 CoA三羧酸 循环ATPADP+PiCa2+与肌钙 蛋白结合心肌收缩心衰时的能量代谢障碍VitB1缺乏冠脉阻塞 休克 严重贫血心肌肥大CP能量储存心肌改建 CPK肌浆网Ca+Ca+ATPADP+Pi心肌细胞去极化能量“饥饿”对心肌舒

20、缩的影响 :Ryanodine受体 Ca+肌钙蛋白原肌凝蛋白ATP不足（-）（-）（-） NaCaATP肌浆网ATPCa+心肌细胞复极化Ca+ATP不足（-）（-）（-）ATP（-）能量“饥饿”对心肌舒缩的影响Ca+ 舒张不完全(三)心肌兴奋收缩耦联障碍(Impaired excitation-contraction coupling) 1. 肌浆网Ca2+转运功能障碍 2. 胞外Ca2+内流障碍3. 肌钙蛋白与Ca2+结合障碍1. 肌浆网处理Ca2+功能障碍 肌浆网Ca2+摄取能力、 Ca2+泵活性、含量 +受磷蛋白活性肌浆网Ca2+储存SR摄取+线粒体摄取+Ca2+外排肌浆网Ca2+释放

21、储存酸中毒Ryanodine受体(RyR)表达及合成受磷蛋白(pln)磷酸化心衰时ATPSR的Ca2+ -ATP酶活性 兴奋时Ca2+释放NE. SR的R受体Ca2+摄取心肌舒张障碍心肌收缩障碍Ca2+储存 Ca2+内流途径： 钙通道（电压依赖性、受体操纵性） 钠钙交换体作用：升高胞浆内Ca2+浓度；诱发肌浆网释放Ca2+原因：肥大心肌-R密度相对NE 酸中毒时，H +降低-R对NE的敏感性 高钾血症2. 胞外Ca2+内流障碍儿茶酚胺受体腺苷酸环化酶ATPAMPc钙通道开放心肌内源性去甲肾上腺素不足 膜1-受体密度下调 腺苷环化酶含量及活性降低 s GTP受体操纵性钙通道心衰时Ca2+通道蛋白

22、 NE、受体 及AC酶数量或 结构异常Ca2+内流3. 肌钙蛋白与Ca2+结合障碍心肌缺血H+与Ca2+竞争性与 肌钙蛋白结合抑制肌浆网释放Ca+抑制Ca+内流 心肌收缩高钾Ca2+内流 肌浆网摄取、释放 Ca2+竞争性抑制Ca2+与肌钙蛋白结合兴奋-收缩偶联障碍(四) 心肌肥大的不平衡生长(Imbalance growth of yocardial hypertrophy)心肌的不平衡生长是肥大心肌发生衰竭的基础肥大心肌在器官、组织、细胞、分子水平上不平衡生长 肥大心肌 心功能不全心肌重量的增加超过心脏交感神经元轴突的增长肥大心肌毛细血管数量增加小于心肌体积的增长 心灌流下降 心肌缺血心肌线

23、粒体数量不能随心肌肥大成比例地增加肥大心肌的肌球蛋白ATP酶活性下降肥大心肌的肌浆网Ca2+处理功能障碍机 制心肌收缩减弱的机制收缩相关蛋白破坏细胞内钙离子复位延缓心室硬度、顺应性肌球-肌动蛋白复合体解离障碍心室舒张势能减少 二、心肌舒张功能异常(Impaired myocardial diastolic properties)Ca2复位延迟心肌缺血、缺氧等Ca与肌钙蛋白解离障碍肌浆钙超载肌质网摄取、结合钙的能力ATPNa-Ca交换酸中毒钙泵活性肌球-肌动蛋白复合体解离障碍心室舒张势能减少弹开效应 带动心肌舒张心室充盈量不足，心室被动充盈负荷降低 心肌受损或心力衰竭时冠状动脉灌流不足 心收缩性

24、 心舒张性降低冠脉硬化、冠脉血栓形成、心室内压过高（高血压、心肌病）心室单位压力变化引起容积变化（dV/dp），其倒数为心室僵硬度（dp/dV）心衰心肌肥厚、心肌炎、心肌间质增生，纤维化顺应性下降充盈下降心输出量减少VEDV VEDP 肺静脉压 肺淤血水肿 4、心室顺应性下降三、心脏各部舒缩活动不协调(Inconsistent behavior in systolic and diastolic function of the heart)各种病因心力衰竭心律失常CO区域性病变舒缩活动不协调 心脏各部，左-右心之间，房-室之间，心室本身各区域的舒缩活动处于高度协调的状态，保证了心泵功能正常进行

25、，在冠心病、心肌梗死、高心、心肌炎、肺心病等使心肌在兴奋性、自律性、传导性、收缩均性将发生很大差异，导致心脏各部舒缩活动的协调性遭到破坏心律失常心输出量下降第四节心力衰竭临床表现的病理生理基础一、心、血管系统变化（一）心输出量不足指标 心输出量 (cardiac output,CO)减少 心脏指数 (cardiac index,CI)降低 射血分数 (ejection fraction)降低 心室充盈(ventricular filling)受损 心率(heart rate)增快 分 心衰分分/m2 心衰分 N:0.560.78 心衰临床表现 皮肤苍白 心慌、无力、头晕 尿少 心源性休克 （二

26、）、静脉淤血和静脉压升高 心输出量下降和静脉淤血是心衰时一系列机能代谢变化发生的病生基础钠水潴留VEDV增高 血管收缩 血液回流受阻淤血 左心衰肺淤血、水肿 呼吸困难、啰音 右心衰体循环淤血、（肝脏、消化系统淤血） 肝颈症+，食欲下降 全身水肿颈静脉怒张心性水肿右心衰竭、腔静脉淤血： 肾淤血：蛋白尿颈静脉淤血：颈静脉怒张肝淤血：肝大、肝颈征胃肠淤血：恶心、呕吐下肢淤血：下肢水肿CVP ：15cm H2O二、呼吸功能变化 1、呼吸困难*机制： 肺淤血水肿肺循环压力 增加肺血管感受器刺激 肺顺应性降低 ，作一定功耗O2量增加支气管粘膜肿胀气道阻力增加 气体交换障碍氧分压下降，通气增加 呼吸困难HF

27、COVR供血不足肺循环淤血体循环淤血神经体液+呼吸困难的表现形式:劳力性呼吸困难 (dyspnea on exertion)端坐呼吸 (orthopnea)夜间阵发性呼吸困难 (paroxysmal nocturnal dyspnea) 劳力性呼吸困难轻度体力活动而出现心慌、气促 发生机制:回心血量增多，加重肺淤血心率加快，舒张期缩短机体活动时需氧量增加端坐呼吸患者被迫采取端坐位或半卧位，以减轻呼吸困难机制端坐时部分血液转移到躯体下半部，肺淤血减轻膈肌下移,改善通气可减少水肿液的吸收，肺淤血减轻端坐呼吸提示肺淤血严重夜间入睡后因气闷而被突然惊醒伴 气喘咳嗽、如胸部听到哮呜音心性哮喘机制入睡后迷

28、走神经兴奋，使支气管收缩平卧后下肢静脉血回流增多，肺淤血、水肿加重平卧时膈肌抬高，肺活量降低入睡后中枢对传入刺激的敏感性降低夜间阵发性呼吸困难2、肺水肿左心衰最严重表现机制 cap 血压 cap 通透性三、消化系统变化肝脂肪变 ，肝硬化胃肠 食欲不振、消化不良呕心、呕吐、腹泻四、肾功能变化心输出量下降 肾血流下降少尿，NPN增高 五、水电介质和酸碱平衡紊乱 肾血管收缩 肾素、II、醛ADH 血流缓慢循环性缺O2 肺淤血低张性缺O2 Na+H2O潴留 代酸高钾 心衰心衰加重第五节 心力衰竭防治的病理生理基础(Pathophysiological basis of prevention and t

29、reatment for heart failure )治疗原则一、防治原发病，消除诱因二、综合治疗（）休息（安定其他镇静剂）；（）控制Na+盐摄入（一般限在5g以下/日，严重限在g以下/日）；（）利尿剂应用降低水肿，降低前负荷（低钾低容量洋地黄中毒心率失常）、减轻心负荷治疗原则（）血管扩张剂（Ca+拮抗剂、ACEI、肼苯哒嗪、受体阻滞剂、硝酸脂类），降低心排阻力降低后负荷；、加强心肌收缩力洋地黄类制剂注意量、副作用和禁忌症（室性心动过速、肥厚性梗阻性心肌病、房室传导阻滞、预激伴房颤等） 3、给氧纠正缺氧治疗原则总则：利尿 扩管 强心 给氧心 衰 罗伯特图尔斯，全球第一位全内置式人工心脏移植患者在移植手术后近5个月于2001年11月30日（美国当地时间）在美国肯塔基州路易斯维尔大学附属的犹太医院去世，享年59岁。 人工心脏Heart failure 心力衰竭Cardiac insufficiency 心功能不全