Heart failure (心力衰竭) 浙江大学医学院 陈莹莹 病理生理学 1 1 1

概述 心衰的病因和诱因 心衰的分类 心衰时机体的代偿 心衰的发生机制 心衰时的临床表现 心衰防治的病理生理学基础

概述 兴奋性 自律性 传导性 收缩性 异常 心律失常 异常 心力衰竭

心力衰竭（heart failure，简称心衰） 定义：在各种致病因素作用下，由于心肌收缩和/或舒张功能障碍，使心泵功能降低，导致心输出量绝对或相对减少，不能满足组织代谢需要的病理过程

注意心衰与几个名词的区别 心功能不全（Cardiac insufficiency）或心功能障碍（ Cardiac dysfunction）：指各种原因导致心脏泵血功能下降，心功能从完全代偿（无明显的临床症状）直至失代偿的整个过程。心衰应属于心功能不全的失代偿阶段 心肌衰竭 (Myocardial failure )：指由于心肌本身的原因引起的心力衰竭 充血性心力衰竭（Congestive heart failure）：心衰时患者通常伴有明显的肺循环和/或体循环静脉系统的淤血

第一节 心衰的病因与诱因 （Etiology and predisposing cause of heart failure） 心衰的关键环节是心输出量绝对或相对减少 影响心输出量的因素

一、心衰的病因 心输出量绝对或相对减少 心力衰竭 心衰是多种心血管疾病发展到终末的共同结果，其基本的始动环节是心肌舒缩功能障碍或心脏负荷过重 心率显著加快 心脏负荷过重 减弱心肌收缩能力 心衰是多种心血管疾病发展到终末的共同结果，其基本的始动环节是心肌舒缩功能障碍或心脏负荷过重 7

（一）原发性心肌舒缩功能障碍 （Primary myocardial dysfunction） 心肌本身的结构受损或心肌能量代谢障碍，均会引起原发性心肌舒缩功能障碍（心肌衰竭） 心肌本身结构受损 心肌能量代谢障碍 心肌梗死 心肌炎 心肌病 心肌中毒 心肌纤维化 能量生成减少 心肌缺血（如：冠状动脉粥样硬化，心肌肥大）； 心肌缺氧（如：重度贫血，呼吸功能障碍）； VitB1缺乏 能量利用障碍 肌球蛋白头部ATP酶活性降低 冠状动脉粥样硬化引起的心力衰竭已占心力衰竭总数的50%~70% 8

（二）心脏负荷过重（Overload for myocardium） 前负荷是指心脏收缩前所承受的负荷，相当于心腔舒张末期容积或压力，又称为容量负荷（volume load) 后负荷是指心脏射血时所要克服的阻力，又称压力负荷（pressure load），通常用动脉血压表示 容量负荷过重 压力负荷过重 动脉瓣膜关闭不全 室间隔缺损 严重贫血 甲亢 动-静脉瘘 左室压力负荷过重 高血压 主动脉缩窄 主动脉瓣膜狭窄 右室压力负荷过重 肺动脉高压 肺源性心脏病 高血压是引起的心力衰竭的第二大主要原因 9

（三）心律失常 心律失常造成心脏正常的舒缩活动紊乱，严重的可导致心衰的发生 常见有： 严重心动过速或心动过缓 频发期前收缩 房颤或室颤 ……

** 心脏舒张受限（Restriction of filling） 由于外在机械性因素对心脏活动的限制，导致舒张期充盈障碍 常见于：限制型心肌病，心包疾病（缩窄或填塞） 11

二、心衰的诱因 凡是能增加心脏负荷，使心肌耗氧量增加和（或）供血供氧减少的因素都可能成为心衰的诱因 临床上50~90%以上的心衰的发生都是在心功能不全基本病因的基础上由某些因素诱发的 常见的诱因：感染、心律失常、妊娠和分娩、水、电解质紊乱和酸碱平衡失调、过劳和情绪激动、气候变化、贫血与出血

1、感染（Infection ） 各种感染是心衰最常见诱因 无论是风心、肺心、高心、冠心病，只要并发感染，不管是肺部感染、胆道感染还是泌尿道感染，均可诱发心衰。其中呼吸系统感染占首位 感染诱发心衰的主要机制 ① ② ③ ④

2、心律失常（Arrhythmia） 室性心动过速、房颤、室颤等快速型心律失常，既可作为心衰的基本病因，同时也是心衰的常见诱因 心律失常诱发心衰的机制 房室协调性紊乱 心室充盈不足 射血功能障碍 舒张期缩短 冠脉血流不足 心肌缺血缺氧 心率加快 耗氧量增加 加剧缺氧 心律失常

3、妊娠和分娩（Pregnancy & Labour ） 患者往往具有风湿性心脏病、先天性心脏病、高血压心脏病、病毒性心肌炎等基础病因 妊娠和分娩诱发心力衰竭的机制 妊娠期 血容量增加20%以上 增加 心脏前负荷 分娩时 兴奋交感-肾上腺髓质系统 心率加快 心肌耗氧增多 冠脉血流不足 子宫强烈收缩 静脉回流增加 收缩外周阻力血管 心脏后负荷

4、水、电解质紊乱和酸碱平衡失调 (Water and electrolytes disturbance & Acid-base imbalance ) 输血输液过多或过快，使血容量增加，心脏负荷增大，诱发心衰 电解质紊乱诱发心衰最常见于高血钾、低血钾等，其机制往往是通过影响心肌兴奋性、传导性、自律性的改变，导致心律失常而诱发心衰 酸碱平衡失调：酸中毒主要是通过干扰心肌钙离子转运而抑制心肌的收缩性

5、过劳和情绪激动 过劳和情绪激动往往使心脏负荷增加，心肌耗能增多而诱发心衰 6、气候变化 气候寒冷→血管收缩、感染等→诱发心衰

7、贫血与出血 慢性贫血病人心排血量增加，心脏负荷增加，血红蛋白的摄氧量减少，使心肌缺氧甚至坏死，引起贫血性心脏病 大量出血使血容量减少，回心血量和心排血量降低，并使心肌供血量减少和反射性心率增快，心肌耗氧量增加，从而导致心肌缺血缺氧

女, 子宫肌瘤，伴风心病二尖瓣狭窄，心功能二级入院。 在即将行子宫肌瘤切除术前几天并发了肺部感染，医生给予抗菌素静脉滴注（医嘱：慢速静脉滴注）。病人自行将输液速度加快，输液不到250mL，病人就发生了急性左心衰，肺水肿，抢救无效而死亡 分析病因和诱因分别是什么？

第二节 心衰的分类 （Classification of heart failure） 根据心肌受损的部位、发生速度、病变程度、舒缩特性，心衰有多种分类方法

按心衰发生部位分 左心衰竭(Left heart failure) 发生率较高 常见原因：高血压、冠心病、心肌病、主动脉瓣病变 临床表现：心输出量降低、肺循环淤血、肺水肿 右心衰竭(Right heart failure) 常见原因：肺动脉高压、肺心病、二尖瓣狭窄、慢性阻塞性肺疾患等 临床表现：体循环淤血和静脉压升高，下肢水肿或全身性水肿 全心衰竭(Whole heart failure) 常见原因：风湿性心脏病、重度贫血等；继发于一侧心力衰竭

按心衰发展速度分 按心衰发展速度分为急性和慢性心衰，以慢性占多数，急性心衰中以急性左心衰竭（acute left-sided heart failure）较为常见 急性心力衰竭（Acute heart failure） 常见原因：急性大面积心肌梗塞、严重心肌炎等 特点：发病急，发展迅速，机体代偿常来不及动员 临床表现：心输出量急剧减少，动脉血压进行性降低，常可导致心源性休克 慢性心力衰竭（Chronic heart failure ） 常见原因：高血压病、心脏瓣膜病、肺动脉高压等 特点：发病缓慢，病程较长 临床表现：充血性心力衰竭

按心输出量的高低分 低排血量型心衰（Low output heart failure） 高血压、冠心病，心瓣膜性疾病引起的心衰 心输出量绝对减少 临床表现：全身血管收缩、发冷、苍白，偶四肢发绀 高排血量型心衰（High output heart failure） 甲状腺功能亢进、严重贫血、动静脉瘘、妊娠、维生素B1缺乏等疾病 心输出量是相对减少 临床表现：四肢温暖和潮红、脉压增大或至少正常

按收缩和舒张功能的障碍分 收缩性心力衰竭（Systolic heart failure）：脏收缩功能障碍而导致心排血量不足，引发心衰 舒张性心力衰竭（Diastolic heart failure）：是起因于非扩张性纤维组织代替了正常可扩张的心肌组织，使心室顺应性下降，因而心搏量降低，左室舒张末期压增高而发生心衰 收缩性和舒张性心衰常合并存在 24

按心功能不全的严重程度分 纽约心脏学会 (New York Heart Association, NYHA) 心功能一级 在休息或轻体力活动情况下，可不出现心力衰竭的症状、体症 心功能二级 体力活动略受限制，一般体力活动时可出现气急心悸 心功能三级 体力活动明显受限制，轻体力活动即可出现心力衰竭的症状、体征，休息后可好转 心功能四级 安静情况下即可出现心力衰竭的临床表现，完全丧失体力活动能力，病情危重

2001年美国心脏病学会（ACC）与美国心脏学会（AHA）

第三节 心功能不全时机体的代偿 （Compensatory and adaptive response to cardiac insufficiency ) 慢性心力衰竭发生时： 完全代偿→不完全代偿→失代偿 神经-体液调节机制激活 心脏本身的代偿反应 心脏以外的代偿 心肌舒缩功能障碍 心肌负荷过重 心输出量减少

一、神经-体液调节机制激活 1、交感-肾上腺髓质系统激活 慢性心功能障碍时交感神经系统兴奋性增高的机制

交感神经系统兴奋后，产生4方面的代偿效应 动用心力储备（Utilization of cardiac reserve） 舒张期储备 （15ml） 收缩期储备 （60ml） 心率储备 (2-2.5倍)

体循环脏器血流重分配：交感NS兴奋时，外周血管收缩，血液重新分配，确保心、脑等重要脏器供血 肾血流减少，肾小球滤过率（GFR）降低，从而刺激肾素-血管紧张素-醛固酮系统的兴奋

交感神经系统过度兴奋的不利效应 心率增加和收缩力增强均可增加心肌耗氧量；心率增加，缩短舒张期，减少冠脉流量 全身血管收缩，增加前后负荷 使心肌膜离子转运异常，诱发心律失常 激活RAS，引起钠水潴留，增加心脏负荷 促进心室重构 组织低灌流，引起骨骼肌疲劳

2、肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活 循环肾素-血管紧张素系统（RAS） 循环系统中的血管紧张素II具有潴钠、缩血管、正性肌力和促进生长作用 心肌局部肾素-血管紧张素系统（Local RAS in myocardium），在参与心肌肥大和心衰中，较循环RAS更为重要，心肌局部AngⅡ的主要作用： 促进心交感释放NE，提高心肌舒缩功能同时增大心肌耗氧量 引起冠状血管收缩、促进血管壁增生及纤维化 促进心肌细胞肥大、心肌间质纤维化， 激活心肌改建

二、心脏本身的代偿反应（Heart compensation） 心率加快 心脏紧张源性扩张 心肌收缩性增强 心室重构 功能代偿 短时间内被迅速动员 结构代偿 心脏长期负荷过度时的主要代偿方式

（一）心率加快 心功能不全时心率加快的机制 心输出量减少 动脉血压 下降 心室舒张末期容积增大 肺淤血 导致缺氧 压力感受器 容量感受器 化学感受器 心率加快

心功能不全时心率加快的缺点：代偿作用局限 心功能不全时心率加快的意义 动员迅速，见效快迅速，贯穿始终 一定程度的心率加快可以增加心输出量 提高舒张压，增加冠脉的血液灌流 心功能不全时心率加快的缺点：代偿作用局限 当心率过快时（如超过150～160次/分），增加心肌耗氧 心率超过180次/分时，缩短心脏舒张期，致使心脏充盈不足、冠脉血流量减少

（二）心脏紧张源性扩张 作用：通过增加心肌肌小节的初长度，增加心肌收缩力 机制 意义： 缺点：代偿能力有限 心力衰竭时，心输出量降低，导致心室舒张末期容积增加 心力衰竭时，钠水潴留致使心室的前负荷增加 意义： 起动迅速 防止心室舒张末期压力和容积发生过久和过度的改变 缺点：代偿能力有限 当前负荷过大，肌节长度大于2.2μm时，心肌收缩力反而减弱 紧张源性扩张：伴有心肌收缩力增强的心脏扩张 肌源性扩张：仅有心脏扩张并不伴有收缩力增强

（三）心肌收缩性增强 交感兴奋 激活心肌细胞膜β1受体 兴奋性G蛋白（Gs）激活 cAMP增多 激活蛋白激酶A（PKA） 钙内流增多

（四）心室重构（Ventricular remodeling） 1、心室重构的定义：长期容量和压力负荷增加时，心肌组织在结构、代谢、功能等方面所发生的适应性变化 2、心室重构的表现 心肌肥大 心肌细胞表型改变 非心肌细胞及细胞外基质的变化

（1）心肌肥大（hypertrophy ） 定义：心肌肥大是指心肌细胞体积的增大（即直径增宽，长度增加），导致整个心脏重量增加。心肌细胞数量不增加。

心肌肥大的类型 向心性肥大 离心性肥大 正常心脏横切面 离心性肥大 心腔扩大，室壁也增厚 向心性肥大 室壁增厚，心腔缩小

心肌肥大的意义：心肌总收缩力增强，有利于维持心输出量 向心性肥大（concentric hypertrophy）：心室受到过度的压力负荷作用时（如高血压），收缩期心室壁张力增加，使增生的心肌肌节以并联方式排列，导致心肌纤维增粗，室壁增厚，形成向心性肥大 离心性肥大（eccentric hypertrophy）：心脏长期受到过度的容量负荷作用时（如动脉瓣膜关闭不全），舒张期心室壁张力增加，导致增生的心肌肌节以串联方式排列，心肌纤维长度增加，心腔扩大，形成离心性肥大 心肌肥大的意义：心肌总收缩力增强，有利于维持心输出量

（2）心肌细胞表型（myocyte phenotype）改变 胚胎期的基因重新表达，使心肌的结构、功能改变：如心房钠尿肽基因，β-肌球蛋白重链（β-myosin heavy chain, β-MHC )基因 心肌组织中一些蛋白发生同工型的转变，低活性的同工型表达增多，使新生蛋白质活性降低 心肌组织各种细胞的不同基因表达活性不均匀，使心肌各组织成分和细胞亚结构发生不均衡生长 病理性生长

（3）非心肌细胞增殖和细胞外基质的改变 非心肌细胞：成纤维母细胞，血管平滑肌细胞，内皮细胞 胶原：是细胞外基质中的框架结构，由成纤维细胞合成并分泌 I型胶原占2/3，抗张强度大，伸展及回弹性小 II型胶原占1/3，抗张强度小，具有较大的伸展和回弹性

心室重构的早期， II 型胶原明显增多，因为II型胶原的伸展和弹性比较好，有利于肥大的心肌细胞的重排和心室的扩张 心室壁僵硬程度增加，降低心室壁的顺应性，影响心脏舒张功能 冠状动脉周围的纤维增生和管壁增厚，冠状循环的供血量减少 影响心肌间的信息传导，促进细胞凋亡

3、心室重构的机制

4、心室重构的代偿意义 心肌总收缩力增强，有利于维持心输出量 降低或维持室壁张力（S），使心肌的耗氧量不增加 向心性肥大：室内压（P）增加→室壁厚度（h）增加 离心性肥大：心腔半径（r）增加→室壁厚度（h）增加 α-MHC 向 β-MHC 转化，能量利用率提高 Laplace定律 S = P r / 2 h

心肌肥大的不利影响 心肌细胞过度肥大，总体舒缩功能即开始进行性降低 心肌细胞生长 > 毛细血管生长，心肌相对缺血 心肌细胞生长 > 心肌交感纤维生长，心肌受交感神经调控能力降低 心肌细胞肌原纤维生长 > 线粒体生长，心肌相对供能不足 心肌组织基因表达发生改变，心肌病理性生长 心肌间质增生大于心肌细胞生长，心肌纤维化，顺应性下降 47

三、心脏以外的代偿方式 血容量增加 血流重分布 红细胞增多 组织细胞摄氧、用氧能力增强

第四节 心衰的发生机制 （ Mechanism of heart failure ）

正常心肌舒缩的分子基础 心肌的收缩蛋白和调节蛋白

心肌的收缩活动是主动耗能过程，肌丝滑行依赖于ATP供能

心肌兴奋-收缩偶联：Ca2+的作用 AP dihydropyridine receptors (DHPRS)      dihydropyridine receptors (DHPRS) ryanodine receptors (RyR) Sarcoplasmic reticulum (SR)

一、心肌收缩功能降低 （一）心肌收缩成分减少 多种心肌损伤因素导致心肌细胞数量减少 心肌过度肥大后，心肌结构破坏 胚胎基因再表达，低活性的蛋白同工型表达增加 基质中胶原增加，使间质与心肌比列增加，纤维化

（二）心肌能量代谢障碍 心肌的收缩活动是主动耗能过程，Ca2+的转运和肌丝滑行等都需要能量 能量代谢过程可分为生成、储存和利用三个主要环节。任何环节发生障碍，均可导致心肌收缩性减弱

1、能量生成障碍 能量生成障碍发生的原因 心肌供血供氧绝对不足：当患者发生冠状动脉粥样硬化硬化、休克、重度贫血时，均可因供血或供氧减少，导致心肌能量生成不足 心肌供血供氧相对不足：当心肌过度肥大时，因毛细血管的增长滞后于心肌细胞体积的增加，氧的弥散间距增大，导致心肌缺氧 生物氧化过程障碍：当膳食中缺乏维生素B1时，会造成线粒体中脱氢氧化酶活性降低，α-酮戊二酸、丙酮酸堆积、氧化障碍，ATP生成不足

2、能量转化储存障碍 磷酸肌酸是心肌细胞的化学能贮存库，在能量的释放、转移和利用之间起着缓冲作用 肌酸磷酸激酶（creatine kinase，CK）是催化肌酸与ATP生成磷酸肌酸与ADP之间可逆反应的一种氧化酶 心肌改建过程中，CK同工酶谱发生变化：高活性的成人型（MM型） CK减少，而低活性的胎儿型（MB型） CK增加

3、心肌细胞能量利用障碍 心肌缺血时，酸中毒抑制肌球蛋白ATP酶活性 心肌重构时，肌球蛋白轻链同工型发生显著变化，肌球蛋白ATP酶活性降低

（三）心肌兴奋-收缩偶联障碍 1、心肌细胞Ca2+转运障碍 心力衰竭 心肌收缩障碍 SR的Ry受体↓ Ca2+释放↓ 细胞膜Ca2+通道↓ 心肌舒张障碍 细胞膜Ca2+-ATP酶活性↓ Ca2+外运减少 ATP↓ ，SR 的Ca2+-ATP酶活性↓ Ca2+摄取，贮存↓

2、心肌对交感神经系统的反应性降低 心肌组织中去甲肾上腺素释放减少：①慢性心脏功能降低引起交感NS持续，致使心交感NS末梢储存的NE耗竭；②肥大心肌酪氨酸羟化酶活性降低使NE合成减少； ③心肌改建使肥大心肌中交感NS纤维数量相对减少 体内儿茶酚胺持续高水平，导致心肌β肾上腺素受体减敏 心肌G蛋白功能障碍，导致β受体激活引起的细胞内信息传递过程障碍

3、肌钙蛋白与钙的结合障碍 心室重构时，肌钙蛋白中的肌球蛋白亚单位（TnT）的胎儿同工型（TnT4）增多；肌钙蛋白抑制亚单位（TnI）磷酸化减弱 心肌缺血时，引起酸中毒，H+可与Ca2+竞争性地与肌钙蛋白结合，引起收缩力下降

二、心肌舒张功能障碍 Ca2+复位延缓 肌球-肌动蛋白复合体解离障碍 心室舒张势能减少 心室顺应性降低 心肌纤维化 心室壁厚度

三、心室壁舒缩协调障碍 各种类型的心律失常可破坏心脏各部舒缩活动的协调性，引起心泵功能紊乱，致使心输出量下降而发生心力衰竭 正常 收缩减弱或无收缩 心尖部收缩彭出 心室收缩不同步

第五节 心衰时的临床表现 （Clinical Manifestations) 患者的临床症状和体征均由心输出量不足、静脉淤血所致

一、心输出量不足 1、心脏泵血功能降低 心输出量和心指数降低 CO↓：正常人为3.5 - 5.5 L/min，心衰时< 3.5 L/min CI↓：正常人为2.5 - 3.5 L/min/m2， 心衰时< 2.2 L/min/m2 射血分数降低和Vmax↓ 心室舒张末压↑ 心率增快

2、器官血流重新分配(redistribution) 动脉血压变化 急性心力衰竭：动脉血压可进行性降低 慢性心力衰竭：动脉血压维持于基本正常水平 器官血流重新分配 肾脏的血流量减少最显著，其次是皮肤和肝脏等 疲乏无力、 失眠、嗜睡 皮肤苍白或发绀 尿量减少 心源性休克 临床表现

二、静脉淤血 静脉淤血发生的机制 钠水潴留，导致血容量增加 心输出量减少，心脏收缩时射血不充分，心室舒张末期压力增高，静脉血难以回流 静脉淤血综合征分为：体循环淤血、肺循环淤血

1、体循环淤血---见于右心衰患者 颈静脉怒张是右心衰竭的一个较明显征象，表明此时静脉淤血，静脉压增高 上腹部胀满是右心衰竭较早的症状，此多由于肝、脾及胃肠道充血所引起 水肿：心衰性水肿多先见于下肢，呈凹陷性水肿 紫绀：最早见于指端、口唇和耳廓，较左心衰竭者为明显

2、肺循环淤血---见于左心衰患者 呼吸困难是左心衰竭的最早和最常见的症状 劳力性呼吸困难 端坐呼吸 夜间阵发性呼吸困难 咳嗽和咯血是左心衰竭的常见症状，由肺泡和支气管粘膜淤血所引起

第六节 心衰防治的病理生理学基础

防治原发病、消除诱因 改善心脏泵血功能 调整神经-体液系统失衡及干预心室重构 改善组织供氧和心肌代谢 心脏移植

一患者有10余年风湿性心脏病史。近3月来出现心慌、闷气, 伴浮肿、腹胀，不能平卧而入院治疗。 体查：重病容, 半坐卧位, 颈静脉怒张, 呼吸36次/分, 两肺底可闻湿性罗音。心界向左右两侧扩大, 心率130次/分, 血压(110/80mmHg) ，心尖部可闻IV级收缩期吹风样及舒张期雷鸣样杂音。肝脏在右肋下6cm可触及，有压痛，腹部有移动性浊音，骶部及下肢明显凹陷性水肿。 试分析患者发生了哪些病理生理变化？