心力衰竭的发生机制

主要机制：同工型转换(isoform switches)
正常基因的表达改变（失活或活化）
胎儿期基因被激活 某些基因表达受到压制 某些基因表达过度、缺失或突变 如：线粒体基因（mtDNA）与核基因（nDNA）
成分
α 心肌肌球蛋白重链 β 心肌肌球蛋白重链 肌球蛋白轻链－1 胚胎/心房型 心室型 利钠多肽 β 肾上腺素受体 Ⅰ型胶原前胶原蛋白 Ⅲ型胶原前胶原蛋白 „„„„„.
可提高心肌的抗张强度，防止在室壁应力过
高的情况下，心肌细胞侧向滑动而造成的室壁变 薄和心腔扩大。
弊： 心肌的僵硬度增大，
心肌收缩的内阻力增大
妨碍血管扩张和血流量增加
（4）心肌改建的细胞和分子机制
①刺激心肌肥大和改建的信号及其整合 机械信号 刺激信号 化学信号 代谢信号
②跨膜信号传递：
化学信号 机械信号
弊：
向心性肥大可致心肌缺血及舒张功能异常，而离
心性肥大可致功能性二（三）尖瓣返流及收缩功能异 常； 由于心肌细胞表型改变及间质胶原增生，肥大心 肌最终会由于继发的舒缩功能降低而走向衰竭，两类
心肌肥大都会转向进行性心腔扩大。
（2） 心肌细胞表型（phenotype）改变
由于所合成的蛋白质的种类变化所致的心肌 细胞“质”的改变
在细胞水平
在组织水平
心肌细胞体积增大（myocyte hypertrophy）
心肌质量增加（myocardial hypertrophy）
压力超负荷性心肌肥大（向心性） 容量超负荷性心肌肥大（离心性）
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利：
适应室壁应力的变化并最终使室壁应力“正常 化”。 Laplace定律，S = pr/2h
活(如α -MHC)，导致同工型转换；
12～24小时，无同工型转换的固有基因上调 24小时后，心肌细胞内蛋白质及RNA总量增加， （如肌球蛋白轻链-2、α 心肌肌动蛋白）； 细胞体积开始增大。
牵拉和血管紧张素Ⅱ所引起的心肌细胞肥大性反应的比较
肥大性反应 牵拉 AngⅡ
蛋白质合成
蛋白质含量 DNA合成 即刻早期基因表达（c-fos等） 胎儿型基因表达（ANF等）
症及艾滋病
调控心排出量的三个变量：
心室充盈量
心肌舒缩活动的强度和速度
心率
循环衰竭的概念 心力衰竭的概念
由于心脏自身的泵血功能严重受损，表现为心 排出量减少，不能满足组织的代谢需求，以及神经 －体液调节活动异常的病理过程，称为心力衰竭。
原观点： 心力衰竭是单纯的心脏工作性能低下引起的
血流动力学紊乱
↑
↑ → ↑ ↑
↑
↑ → ↑ ↑
生长因子基因表达（TGF-β等）
AT1受体阻滞剂的阻断作用
↑
有
↑
有
最近研究表明：心肌重塑可由基因突变启动 如过度表达一种肌浆网钙结合蛋白（钙隐蛋 白）的小鼠会发生适应性左室肥厚；而过度表达 人β 2肾上腺素受体的小鼠，其心肌收缩力显著增
强，不发生左室肥厚，舒张性能增强。
变化
↓ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑
mRNA水平 蛋白质水平
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
意义：
正常功能改变

通过分泌的细胞因子和局部激素而相互作用，
进一步促进细胞生长、增殖及表型改变，从而使 细胞器发生了在蛋白质水平的变化。 新近(1999)发现有些基因突变对机体是有利 的，如：一磷酸腺苷脱氨酶-I(AMPD-I)基因突变
以维持器官血流灌注；
②适应本身有两面性：适应和适应不良；
③适应发生于心力衰竭的全过程，适应的两 面性推动心力衰竭发展过程，并使其表现出阶段 性（代偿→衰竭）。
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第二节 心肌收缩和舒张性能降低的
细胞和分子机制
一、心肌收缩能力降低的机制 （一）心肌细胞数量减少及结构改变 1、心肌细胞数量减少 （1）心肌细胞坏死 ①缺血性死亡
肌细胞保留有复制分裂的能力。
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（二）神经－内分泌系统激活 1、交感神经系统活性增强及血浆儿茶酚胺 浓度升高 机制：
抑制性传人信号减弱和兴奋性传人信号增强
压力感受器、心肺感受器
化学感受器
代谢感受器
利： 心肌收缩力 ，心率 RAS激活，肾血管收缩，血管加压 素释放 钠水潴留 回心血量 阻力血管收缩，维持血压并保证重 要器官的灌注
失代偿:
①使心室的前、后负荷增重及心肌耗氧量增
大；
②通过α 1肾上腺素受体和β 肾上腺素受体介 导的直接作用，使心肌细胞及成纤维细胞表型改 变，促进心室重构； ③诱发心律失常；
④通过使心肌细胞内Ca2+过多及自由基产生
增多而对心肌细胞发挥直接的毒性作用。
2、肾素－血管紧张素系统激活 激活途径： 心输出量
受体
蛋白激酶（PKC） 刺激生长因子释放 激活应力感受器
细胞骨架
③即刻早期反应基因(immediate early gene)激活：
30分钟内作为原癌基因的即刻早期基因(如c6～12小时，胎儿期表达的基因重新激活(如β
fos,c-myc,c-jun,egr1及c-ras)激活；
－MHC)，而相应的成年心脏表达的一些基因部分失
90年代初(1992)
Packer MP提出解释心力衰竭进展的神经－
内分泌假说，认为心衰是神经－内分泌系统介导 的，涉及心、血管、肾、骨骼肌等许多器官、组
织的慢性全身性适应反应，其代价是心脏重塑和
心功能进行性降低。
第一节
心脏泵血功能损害的适应和代偿机制
心脏对工作负荷增加及神经－体液调节改变的适应
神经－体液调节机制对心泵功能损害所引发的血流
前、后负荷增大使心肌耗氧量增多 肥厚的心室使冠脉血流储备减少 心率加快又进一步使耗氧量增大而舒张期缩短
②窒息性死亡
心肌细胞周围纤维化 舒缩活动的阻力增大； 妨碍与组织液间的物质交换，致心肌
细胞萎缩和死亡
③中毒性死亡
体液因子对心肌细胞的直接毒性作用， 如NE、AngⅡ
（2）心肌细胞凋亡 在一定基因调控下的细胞主动性死亡 过程
基因表达改变的基础上所发生的变化，使心脏的结
构、代谢和功能都经历了一个模式改建的过程，称 为心室重构（ventricular remodeling）,或心肌改
建（myocardial remodeling）。 心肌肥大
心肌细胞表型改变 非心肌细胞及细胞外基质改建
（1） 心肌肥大
肥大：功能负荷增加导致器官大小的比值增大 心肌细胞体积增大伴非心肌细胞及细胞外基质相 应增多所致的心室重量或（和）室壁厚度增加。
心肌重塑可由内在（基因异常）和外部（调 节信号）两类因素启动。
改建刺激 机械性 神经体液性 细胞因子 血管紧张素 儿茶酚胺 内皮素 多肽生长因子 炎症细胞因子 NO
心肌细胞
非心肌细胞
心肌改建 心肌肥大 表型改变 细胞外基质改变 功能改变
3、心肌细胞生长
传统的观点认为，心肌细胞是终末分化 细胞，不进入细胞周期。 最近的研究结果证实，有15%～20%的心
细胞骨架改变引起肌丝重排，心肌细胞体积 不变而长度增大； 室壁应力增大可使基质金属蛋白酶的表达和 活性均增高，胶原降解增强，导致心肌细胞之间
发生侧向滑动与错位。
弊：前负荷增大
功能性二尖瓣返流
（二）能量代谢障碍 1、能量产生及贮存减少 （1）心肌细胞缺血
冠脉血流储备减少
心肌细胞肥大性生长
（2）心肌细胞能量产生障碍
肌原纤维增多
细胞核增大
中期：肌丝不成比例增加，肌节不规则叠加、肌原
纤维排列紊乱； 细胞骨架中的微管密度增大并平行于肌原纤
维排列，使心肌细胞内肌丝滑行的阻力增大，
细胞的缩短速率减慢(-45%)
晚期：肌原纤维减少；
部分心肌细胞萎缩；
细胞内各种细胞器的比例失衡； 心肌细胞之间发生侧向移动与错位
3、心室扩张 机制： 心肌细胞数减少；
慢性期，心肌收缩力降低及心肌对儿茶酚胺的 反应性降低，意义不大
（3） 心率加快
SNS 正性变时，正性变传导 HR
利：维持心输出量 弊： HR 150 bpm
HR 170～180 bpm
心肌耗氧量
冠脉血流
；
临床应用： －阻滞剂，洋地黄
2、心肌肥大与心室重构
由于心肌细胞、非心肌细胞及细胞外基质在
(三) 兴奋－收缩耦联障碍 1、Ca2+内流减慢及SR摄取、释放Ca2+能力降 低
SR钙ATP酶减少 或两者间的耦联障碍 心肌兴奋时钙内流和SR钙释放减少 兴奋时Ca2+ 瞬变峰值降低，从而使活化横桥 数 减少而致心肌收缩能力降低 SR摄钙、贮钙减少 SL电压门控钙通道、SR钙释放通道减少
AngⅡ可通过心肌细胞及成纤维细胞的血管 紧张素受体(主要是AT1受体)，刺激心肌细胞肥 大和成纤维细胞增殖并使两者的表型改变
（三）外周组织对低灌注的适应
包括血容量增加、血流重分布、红细
胞增多、组织细胞利用氧的能力增强等。
综上所述，
①心泵功能损害启动两种主要的适应机制：
心室重构以适应工作负荷，神经－激素系统激活
表达生长因子及其受体，促增殖
表达α -SMA和粘附分子使其能迁移、收缩；
表达组织蛋白酶D参与局部RAS激活 分泌大量胶原及ECM其它成分，调控胶原酶 的活性，促使胶原网络的生化改建及结构改建
利：
早期 Ⅲ型胶原 侧向连接 伸展性及回弹性较好，对于心肌细胞肥大及 肌束组合的重新排列十分有利 后期 I型胶原 与心肌束平行排列
（3）非心肌细胞增生及细胞外基质改建
非心肌细胞（占细胞总数的2/3 ）： 成纤维细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞 细胞外基质（ECM）：
结构糖蛋白、蛋白多糖和糖胺聚糖
最主要的是纤维状的I型和Ⅲ型胶原
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多潜能间质成纤维细胞
机械负荷
心脏成纤维细胞
化学信号
动力学稳态破坏趋势的适应 组织(肾、骨骼肌等)对低灌流状态的适应
代偿
失代偿
一、心脏的代偿和适应
迅速启动的代偿机制(功能性调整) 缓慢持久的适应机制(结构性改建)
心室负荷过 重
神经－体液调节 机制激活
心肌肥大
静脉回心血 量↑
心肌收缩能 力↑
心输出量↑
搏出量↑

源自文库
心率↑
1、动用心功能贮备 （1） 增加前负荷，通过异长调节(Starling 机制)使搏出量增加。
机制：不清，可能与缺氧、TNF、NO的作用 及心肌死亡受体Fas表达增强有关。
意义：
在代偿期，细胞凋亡可致心肌肥厚与后负
荷不匹配，使室壁应力增大并进一步刺激重构与
凋亡。 在衰竭期，心肌细胞凋亡及坏死又可致室壁 变薄，心室进行性扩大。
临床：干预凋亡的治疗，如应用生长激素治疗扩
张性心肌病伴心衰病人。
2、心肌细胞和心肌组织的结构改变 初期：线粒体数目增多、体积增大
心力衰竭的发生机制
一种病理生理过程而不是一种疾病 心血管疾病最常见的死亡原因
英国：45～65岁
65岁以上
近20年增加了1.5倍
近20年增加了4倍
美国：每年心衰住院病人100万 我国：脑血管病、恶性肿瘤及心脏病为城 镇居民的前三位死因，占总死亡数的60.3%
预后差：5年生存率仅50%，其恶性程度不低于癌
②心腔半径增大使收缩期室壁应力增加，导致心
肌耗氧量增大；
③舒张末压升高和心肌静息张力增大，增加了心 脏舒张期血液灌注阻力，可致心内膜下心肌缺血。
（2） 心肌收缩能力增强，通过等长调节使 搏出量增加
SNS EP、NE
胞浆cAMP PKA 钙通道蛋白磷酸化 [Ca2＋]i 升高速率和幅度
－R
急性期，可维持心输出量和血流动力学稳态
①交感神经兴奋，刺激肾小球旁器的β 肾上腺素能受体； ②肾血流量减少激活肾血管的压力感受
1
器；
③滤过率降低及交感神经兴奋所致的近 端小管重吸收率增高使致密斑的钠负荷降低。
意义：
缩血管，刺激醛固酮的释放并增强交感神经 释放NE，因此可使心室的前、后负荷均明显增 加
抑制组织RAS并使激肽系统活性升高
肌原纤维不成比例的增加使线粒体数目相对 减少； 线粒体利用氧的能力降低
（3）心肌贮能减少
心肌主要贮能形式：CP
心衰时ATP、CP及肌酸含量均减少，
CP/ATP降低
（4）收缩蛋白ATP酶活性降低
与心肌调节蛋白改变有关。例如肌球蛋白轻链 -1及肌钙蛋白T亚单位的胎儿型同工型增多，以 及肌钙蛋白I亚单位的磷酸化状态减低等。
神经－体液调节机制 静脉回心血量 钠水潴留 容量血管收缩 心室舒张末容量(充盈压)
LV充盈压：5～6
肌小节：1.7～1.9
12～15mmHg
2.0～2.2um ，搏出量
心肌细胞收缩强度
利：
心肌固有的自身调节机制，快速、应急性调节
弊：
左室舒张末容量只能增加10%，代偿有限
①充盈压的过度增加使静脉淤血加重；