病理生理學/心功能不全的發生機制

代償

神經-體液調節機制激活

神經-體液調節機制激活是心功能減退時調節心內與心外代償適應反應的基本機制，但其長期過度激活也是導致心功能不全發展的重要機制。

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，隨著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：由容量負荷增大引起，伴有心室半徑增加。

心肌細胞表型改變
表型改變即由於合成蛋白質的種類變化導致心肌細胞「質」的改變。
非心肌細胞增生及細胞外基質重塑

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。

心室重塑對心功能的不利影響

心室重塑過程中，心肌肥大本身4可產生某些不利影響，如向心性肥大可致心肌缺血及舒張功能異常，離心性肥大可致功能性房室瓣反流及收縮功能異常；心肌細胞表型改變是導致肥大心肌舒縮功能降低的主要機制；不適當的非心肌細胞增生及ECM重塑不僅因降低室壁順應性而影響心肌舒縮功能，而且影響心肌細胞之間的信息傳遞和舒縮的協調性，妨礙心肌細胞與毛細血管之間的物質交換。此外，冠狀動脈周圍的纖維增生和管壁增厚使冠狀循環的儲備能力和供血量降低。因此，心室重塑使心肌的結構、代謝和功能與正常心肌比較存在相當大的差異，發展到一定程度即走向失代償，使心肌總體舒縮功能開始進行性下降。

發生機制

心臟結構受損

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

心室腔擴大和心室腔成球形。
其發生機制是：

• 心肌細胞數減少
• 心肌細胞體積不變而長度增大
• 心肌細胞間發生側向滑動與錯位

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。

肌鈣蛋白功能障礙

重塑心肌肌鈣蛋白表型改變，使肌鈣蛋白與Ca²⁺的親和力降低。酸中毒時心肌胞質中H⁺增多，與Ca²⁺競爭和肌鈣蛋白的結合，從而阻斷有效橫橋形成，抑制心肌興奮收縮偶聯，而降低心肌收縮能力。

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。

心室壁舒縮協調障礙

• 部分心肌收縮減弱或完全不收縮
• 部分區域還可因收縮期室內壓增高而發生收縮期膨脹
• 整個心室各部不能同時協調收縮，影響心室作功能力