病理生理學/心功能不全/心功能不全的發生機制

代償

心臟本身的代償反應

心率加快

交感神經興奮，心肌中NE濃度增高，加快竇房結自律細胞舒張期去極化速率，使心率加快。心排血量是每搏量與心率的乘積。在一定範圍內，隨着心率加快可使心排血量增加2～2.5倍，對維持動脈血壓，保證腦血管和冠狀動脈的灌流有積極意義;尤其在每搏量低而相對固定時，心率加快是維持心排血量的快速代償反應，並貫穿於心功能不全發生和發展的全過程。

心臟緊張源性擴張

根據Frank-Starling定律，肌節初長度在1,7～2.2μm範圍時，心肌收縮力和每搏量隨心臟前負荷（心肌纖維初長度）的增加而增加。

心室重塑

心臟由心肌細胞（占細胞總數33%,心肌體積70%）、非心肌細胞（占細胞總數67%，包括心臟成纖維細胞、血管平滑肌細胞及內皮細胞等）和細胞外基質（ECM）組成。心室重塑是心室在持續機械負荷過重、神經-體液調節機制過度激活狀態下，通過改變其結構、代謝和功能而發生的慢性代償適應性反應。

心室重塑的機制

心肌受損及負荷增大引起的神經-體液因素激活、細胞因子表達變化及機械負荷增加可激活相應受體或力學感受器，通過不同的信號轉導通路導致相應基因表達發生改變。

心室重塑的表現

心肌肥大

• 在細胞水平是指心肌細胞體積增大，在組織水平表現為心肌質量增加。臨床上可用無創性方法檢測心室壁厚度，因此心肌肥大又稱為心肌肥厚。
• 超負荷引起的心肌肥大有兩個基本類型：
  • 向心性肥大：長期壓力超負荷使收縮期心室壁應力增大，合成的心肌肌節呈並列排列，心肌細胞增粗，心室壁明顯增厚，而心腔容積正常或縮小，使室壁厚度與心腔半徑之比增大。
  • 離心性肥大

心室重塑的代償意義

• 心室重塑可在兩方面發揮代償作用：
  • 心肌肥大使心肌收縮蛋白總量增多，心肌總體收縮功能提高，增加心排血量和射血速度，可使心功能曲線向左上移位;
  • 心壁增厚可降低心室壁應力，從而降低心肌耗氧量。

發生機制

心臟結構受損

心肌原發性損害可以引起心肌細胞死亡以及纖維化等結構改變，長期超負荷時的心室重塑引起心肌細胞、組織和心室水平的結構改變，這些都將導致心肌舒縮能力降低。

心肌數量減少

心肌細胞數量減少可能由於壞死或凋亡所致，而更多情況下，心肌細胞死亡是兩者綜合作用的結果。

• 心肌細胞壞死：嚴重心肌缺血、心肌炎和心肌病可造成心肌細胞壞死。
• 心肌細胞凋亡：亞致死性的缺血、缺氧、炎症、氧自由基等能激活心肌細胞的凋亡通路。

心肌結構改變

在細胞水平，心肌過度肥大（尤其是增粗）時，線粒體增大增多的幅度落後於肌原纖維增多的幅度，肌節不規則疊加，加上顯著增大的細胞核對鄰近肌節的擠壓，導致肌原纖維排列紊亂。

心室擴張

心室腔擴大並使其構型趨於球形是心肌衰竭的突出表現之一。與代償期的離心性肥大不同，此時心腔擴大而室壁變薄，心壁整體收縮合力降低。

• 其發生機制是：
  • 心肌細胞數量減少；
  • 細胞骨架改變引起肌絲重排，心肌細胞體積不變而長度增大；
  • 膠原降解增強，導致心肌細胞間發生側向滑動與錯位。

心肌能量代謝障礙

心肌的收縮和舒張、肌質網和包膜對Ca²⁺的轉運及細胞內外離子濃度梯度的維持等均需要能量，因而能量代謝影響着心肌的舒縮功能。

心肌能量生成障礙

• 心肌缺血缺氧：

心肌是機體高耗能器官之一，其所消耗能量主要由有氧代謝提供。當心肌供血、供氧減少時便會影響到心肌的能量生成。

• 線粒體功能障礙：

維生素B₁嚴重缺乏會造成焦磷酸硫胺素減少，丙酮酸脫氫酶活性降低，導致乙醯輔酶A產生減少，影響三羧酸循環；嚴重心肌缺氧、鈣超載和大量氧自由基生成等，都能造成心肌線粒體損傷；心肌重塑過程中，心肌細胞線粒體增生較肌原纖維緩慢，使肥大心肌中線粒體比例降低；重塑心肌中由於基因表型改變使線粒體內細胞色素氧化酶含量相對減少、酶活性降低等，都可造成重塑心肌產能障礙而使心肌能量缺乏。

心肌能量轉化儲存障礙

心肌中能量的主要儲存形式是磷酸肌酸（creatine phosphate, CP）。心肌線粒體中生成的ATP經肌酸激酶（creatine kinase, CK）催化將高能鍵轉給肌酸生成CP。CP透過線粒體膜進入胞質，在用能部位再經CK催化又將高能鍵轉給ADP生成ATP，供耗能部位消耗。隨着心肌重塑的發展，CK同工酶譜發生變化，高活性的成人型CK（MM型）減少，而低活性的胎兒型CK（MB型）增加，使肥大心肌的能量轉化儲存發生障礙。

心肌興奮收縮偶聯障礙

心肌細胞去極化引發胞質Ca2+濃度瞬變，將心肌電活動與機械活動偶聯稱為興奮收縮偶聯。任何影響Ca2+轉運、分布、結合的因素均可使心肌興奮收縮偶聯發生障礙。

肌質網Ca2+轉運功能障礙

• 肌質網Ca2+攝取能力減弱
• 肌質網Ca2+儲存量減少
• 肌質網Ca2+釋放量減少

心肌順應性降低

• 心肌順應性是指心肌隨應力而改變長度的特性。
• 心肌損傷和慢性心功能不全時的心肌重塑均可引起心肌纖維化及心壁增厚，必將導致心肌順應性降低，僵硬度增大，使心肌收縮所必須克服的彈性阻力增加，從而影響心肌的收縮能力。