第四节　心力衰竭的病理生理基础

一、正常心脏做功的生理机制

心脏通过有规律的收缩和舒张，从静脉抽吸血液并把血射入到动脉，维持一定的心排血量和动脉血压，保持身体各组织器官的血液供应，决定和调节心排血量即心泵功能有以下几种因素。

心脏的前负荷也叫容量负荷，是指心室收缩前即心室舒张末期回心血量或容量对心肌施加的负荷。此时，心肌纤维被拉长，保持一定的张力，而心肌收缩的力度或强度在一定范围内与心肌的初长度（前负荷）呈正比，即回心血量越多，左心室肌纤维就越伸长（左心室扩大），于是心肌收缩力加强，心排血量增加，反之，排血量则降低，这种反应称之为Frank-Starling定律。前负荷受循环血容量、静脉张力、心室顺应性及心房收缩的影响。血容量减少、静脉舒张、心室顺应性降低、心房丧失有效收缩可引起前负荷下降。当心力衰竭发生时，心脏利用Frank-Starling机制进行代偿，因为心室的扩张增加了前负荷，心肌纤维的伸长有利于增加心肌收缩力。但是这种代偿是有限的，心室过度的扩张，心肌纤维伸展到一定程度就会走向Frank-Starling曲线的下降支，心肌收缩力反而减弱。也就是说超过一定限度时，前负荷的增大，反而使心肌收缩力减小，心肌功能减弱，左心室功能曲线（心排血量与左心室舒张末压的关系曲线）向右下移位。左心室舒张终末容量增加，舒张末压也随之上升，当左心室舒张末压力达到15～18mmHg时，心搏量达到高峰，压力继续升高则心搏量下降。心功能不全时，心功能曲线向右下移位，心搏量虽也随前负荷增加而增加，但增加的幅度明显减弱。前负荷不足时，如二尖瓣狭窄，心搏量下降。正常左心室的心搏量或心排血量随前负荷（左心室舒张末容量）增加而增加，直至储备耗竭。

后负荷指心室开始收缩及射血过程中所需克服的阻力，又称压力负荷。所有对抗心肌缩短的因素都会影响后负荷。主要包括：①室壁的张力。②动脉血管的顺应性，也即血管壁的弹性或扩张性，是动脉床的容量随压力发生改变的能力，如血管壁硬化，则顺应性降低。③动脉内血容量。④小动脉床的横断面积，由血管紧张度决定。⑤血液的黏稠度。后两者是血液向前推进的阻力因素，当动脉张力增高和（或）血管顺应性降低时，主动脉收缩压在射血时迅速升高，平均左心室收缩压也随之升高。所以总外周阻力是后负荷的主要决定因素，大体上可用动脉压来表示。在前负荷固定不变的条件下，逐渐增加后负荷，则心肌开始缩短的时间越来越延迟，而收缩产生的张力越来越大，缩短的速度越来越慢。当后负荷减小时，心肌产生张力降低，缩短的速度加快，心排血量增加。如果动脉血压升高（后负荷增加），左心室开始收缩后，会有半月瓣的开放推迟，等容收缩延迟，射血速度减慢，射血期缩短等，继而致心排血量减少。根据Laplace定律，心肌收缩，肌节缩短时不仅与收缩压有关，而且与室壁的张力有关，而室壁的张力与心腔大小及心腔内压力有关，故在收缩压相同的情况下，心腔大者较心腔小者张力高。由于后负荷对心排血量影响明显，因而心力衰竭患者伴有后负荷增加者，应用扩张外周血管的药物降低动脉压，可以减轻后负荷，减少耗氧量，增加心排血量，改善心功能。

心肌的收缩和舒张是通过肌节这一基本单位实现的。心肌舒张时所耗能量要比收缩时更多。所以，当能量供应不足时，如心肌缺血或肥厚，舒张功能更早、更易受损。收缩力的大小不仅受心肌所处的负荷条件的影响，同时也受肌肉自身的代谢活动（化学能转化为机械能的速度）和收缩结构所处的状态（肌节长度）的影响。收缩强弱可在既定负荷下，以心肌纤维缩短的最大速度表示，即心肌纤维初长度相同，收缩力较大，收缩性较强。收缩性减弱是发生心力衰竭的最常见原因，在任何前负荷的条件下，其排出血量的能力均较承受同样前负荷的正常心脏为低。

评价心肌收缩力对临床工作十分重要。评价方法大致分为三类：等容收缩指标、射血指标和压力容积曲线计算。临床应用最广且计算简单的方法为射血功能指标（左室射血分数，LVEF）。具体可以参见有关的章节。

心率的变化可影响每搏量或每分钟排血量。在一定范围内，心率增快（＜150～160bpm）可增加心肌收缩力，增加每分钟排血量，因而每分钟排血量=每搏量×心率。但如心率过快，则心脏舒张期明显缩短，影响到心室的快速充盈期，心脏的充盈不足，虽然每分钟心脏搏动次数增加，但每搏量则减少，故每分钟排血量减少。同时因心率增快，心肌耗氧量增加，也影响心肌的收缩功能。反之，如心率过慢，每分钟排血量亦减少。因为心脏舒张期延长，心室的充盈接近极限，再增加心脏舒张时间，也不能相应提高每搏排血量。因此，过快或过慢的心率都会影响每分钟排血量，在这种情况下，纠正心律失常就是改进心脏功能的关键。

心室壁运动失调也可影响心脏功能。正常情况下，心脏房室收缩协调，有效的心房收缩，可以增加心室舒张末期容量，而心室间的协调，有利于心脏排血的最大化。此外，心室各个部位的协调同步，也有利于心室有效做功，保持最大化的射血。常见的心脏运动失调有：①房室活动失调，如传导阻滞、房室分离。②运动减弱，使心室的射血能力降低。③收缩运动丧失，心室无射血能力。④矛盾收缩运动，梗死区的心肌在收缩时矛盾性膨出与健康心肌运动方向相反，影响心室射血功能。⑤心室收缩运动不同步。总之，心室收缩运动失调，就会使心排血量降低，并增加非缺血区心脏的负担和耗氧量。其中，心室矛盾运动和失同步运动对心功能影响最为显著。

心脏的形态结构有异常，如先天性心脏病的房间隔缺损、室间隔缺损、动脉导管未闭及法洛四联症等，急性心肌梗死的室间隔穿孔或二尖瓣关闭不全等并发症，会导致血液异常的分流或反流，引起心脏的前负荷或后负荷过重，亦可使心排血量减少。

二、心力衰竭的病理生理变化

心室舒张末期压力的升高是心力衰竭最早的血流动力学改变，多同时伴有舒张末期的容积增加。此时，通过Frank-Starling机制调节，静息时心排血量和心室做功可维持在正常水平。随着心力衰竭的加重，Frank-Starling调节机制失效，心室舒张终末压进一步增高，心排血量反而降低，引起左心房、肺静脉、肺毛细血管的压力升高，产生呼吸困难、乏力、水肿等心衰等的表现，而运动时这种表现更为突出。随着心力衰竭程度的加重，可出现心脏扩大，心排血量降低及射血分数减少，在无二尖瓣狭窄及原发性肺动脉疾病存在的情况下，肺动脉舒张压亦升高，导致肺动脉高压，进而可导致右心室衰竭。严重心力衰竭时，由于心室显著扩大，常引起房室瓣环的扩大和乳头肌及腱索与瓣叶的连接障碍，故发生房室瓣关闭不全，使血流动力学的改变更加显著。

心力衰竭时，为维持心排血量，在交感神经兴奋的作用下，心率会增快，当心脏每搏量下降时，心率增快起到保持每分钟心排血量不变的代偿性作用。这在急性心力衰竭时更为明显。

在心力衰竭早期，心肌收缩活动代偿性增强，与心率增快的作用相似，这样可以起到维持相对正常的心排血量的作用。但在血流动力学综合适应及调整之后，心脏的收缩力反而减弱，并逐渐出现心力衰竭的临床症状。

急性心力衰竭时如由急性心肌梗死、弥漫性心肌炎等疾患所致者，由于心排血量的急剧减少，代偿作用来不及充分发挥，因而使动脉压下降，甚至发生心源性休克。但在慢性心力衰竭时机体通过颈动脉窦和主动脉弓的反射性神经调节作用，使全身小动脉收缩，外周阻力增加和心率加快，同时通过体液因素的调节，使血容量增加，当这些代偿因素能弥补心排血量的减少时，动脉血压可以维持在心力衰竭前的水平甚至略高。在严重的心力衰竭，这种代偿机制作用丧失，动脉压下降。

促进肺毛细血管液体向肺泡或间质滤出的因素包括肺毛细血管平均压、肺间质液的胶体渗透压、肺间质负压和肺淋巴回流负压。促使肺泡或间质液体回流入肺毛细血管的因素包括肺泡毛细血管胶体渗透压和肺淋巴管的胶体渗透压。与其他组织相比，肺组织的抗水肿能力较强，因为肺毛细血管的胶体渗透压与体循环的胶体渗透压相同，约27mmHg（3.60kPa），而肺毛细血管平均压明显低于周身毛细血管平均压，仅7mmHg（0.93kPa），利于液体自肺泡或间质流入肺毛细血管内。左心力衰竭时，引起肺静脉淤血和肺静脉压升高。在急性左心心力衰竭时，当肺毛细血管楔嵌压（PCWP）快速增至4.0kPa（30mmHg）以上时才致肺毛细血管液体外漏，出现急性肺水肿。肺毛细血管压急剧上升是产生急性心源性肺水肿的重要原因。慢性左心衰竭时LVEDP升高，相继引起LAP和肺静脉压升高，出现肺淤血，肺毛细血管压亦随之升高（往往要达到35～40mmHg），使组织间液生成过多，超过血管和淋巴管的引流速度，故引起肺水肿。右心衰竭时，引起静脉压升高，当右心房压力＞12mmHg时，出现体静脉淤血。由于静脉数量多，管壁薄，顺应性大，故静脉系统血容量比正常增加1倍，静脉压仅上升数毫米汞柱。但由于静脉淤血，而引起血容量增多，可使静脉压及右心房压力显著增高，静脉压升高的程度与心力衰竭的程度相平行。体静脉淤血时，各脏器的代谢及生理功能发生改变，可引起一系列的临床表现。

心力衰竭时，由于心排血量的减少，可以反射性地通过交感神经的兴奋引起外周血管收缩，流经各部位和各脏器的血量及其所占总排血量的百分比与正常人相比有明显差别。肾脏和皮肤的血流量减少最显著，其次是腹腔内脏和四肢，而心脏和脑的血流量变化不大，尤其是运动时，局部心肌的血流量仍可能相对不足。这种血液的重新分布，有利于保证重要器官的血液供应。

心力衰竭时神经激素系统的异常激活的触发机制可能与心排血量减少有关，这既是机体代偿的机制，也是心力衰竭进展的因素。在心力衰竭早期，交感激素系统激活进行适应性代偿，心脏尚能维持心排血量或静息时正常而运动时略显不足，此时心脏的储备已经减少。随着心力衰竭的进展，交感激素系统激活的适应性代偿机制丧失，心力衰竭进入失代偿阶段，此时神经激素系统的激活反而成为心力衰竭恶化的原因。从心脏代偿阶段到失代偿阶段经历了很多亚临床的病理生理变化，包括持续的交感神经和RAAS活性增加，以及各种有害的细胞因子及其他一些活性因子活性持续增强，而与之拮抗的因素活性减弱或作用不足以对抗这些有害因素，导致心血管重构，最终加速心力衰竭。目前认为心脏局部的自分泌和旁分泌调节在心力衰竭的发生、发展中起更重要的作用。有关神经激素激活、细胞因子等与心力衰竭的详细关系参见本章第五节中的叙述。

原发性心脏损害及心脏负荷增加引起的室壁张力增加可能是心室重构的始动因素。各种促生长因子的作用对重构起到促进作用。心室重构主要发生在血流动力学代偿机制丧失之后。交感神经及RAAS活性持续增高、胶原酶激活、炎性细胞因子、细胞凋亡都是心室重构的促进因素。心室重构与心力衰竭的详细关系参见本章第五节中的叙述。