心功能不全发病过程中机体的代偿活动

第二节　心功能不全发病过程中机体的代偿活动

当心肌受损或负荷过重时，心排血量减少，继而启动机体一系列代偿机制以提高心排血量，维持血流动力学平衡。通过代偿反应，心排血量能满足机体正常活动而暂时不出现心力衰竭临床表现者称为完全代偿（complete compensation）；心排血量仅能满足机体在安静状态下的需要，已发生轻度心力衰竭者称为不完全代偿（incomplete compensation）；心排血量不能满足机体安静状态下的需要，出现明显的心力衰竭表现，称为失代偿（decompensation）。代偿方式包括心脏本身的代偿（动员心力储备和心肌改建与心室重构）和心外代偿（血容量增加和血液重新分配等），而各种代偿活动都是通过神经体液的代偿性激活调控的。

一、神经体液代偿性激活

（一）交感神经系统激活

心力衰竭时可通过多种途径引起交感兴奋：①心力衰竭时，心排血量减少，动脉血压下降，对主动脉弓和颈动脉窦压力感受器的刺激减少，使传入的抑制性冲动减弱，交感中枢兴奋；②急性心力衰竭时，心排血量减少必然造成心室残余血量增多，导致心房和大静脉淤血，刺激该处的容量感受器，冲动沿迷走神经传入，可降低交感神经过度兴奋。但在慢性心功能障碍时，伴随出现的容量感受器的改建使其对淤血的牵张刺激的敏感性降低，使心房和大静脉淤血刺激容量感受器抑制交感兴奋的效应降低，成为交感兴奋性增高的又一原因；③心排血量减少引起组织低灌流，体内代谢产物CO₂和H+增多；若合并肺淤血还可导致动脉血氧分压降低，刺激主动脉体和颈动脉体化学感受器，使呼吸中枢兴奋，间接引起交感中枢兴奋。

交感神经兴奋对动员心力储备、血液重新分布及以及心肌改建起重要作用。

（二）肾素血管紧张素醛固酮系统激活

这一系统的激活主要是继发于交感神经兴奋：①交感神经兴奋肾血管收缩导致肾灌流压降低，使入球小动脉受到的牵张刺激减弱；②交感神经兴奋，释放的去甲肾上腺素与激活肾小管旁球旁细胞膜的β₁受体；③交感神经兴奋时肾血管收缩，肾血流减少，使肾小球滤过率下降；出球小动脉收缩强于入球小动脉，使肾小球滤过分数增加，从而导致流经远曲小管致密斑的Na⁺负荷减少。上述均可刺激肾素分泌增多，继而激活肾素血管紧张素醛固酮系统。目前认为，该系统的激活不仅对血流动力学稳态产生明显影响，而且还是致心室重构的重要因素。

（三）其他体液因子

心功能不全时还激活心房钠尿肽、肿瘤坏死因子、内皮素和一氧化氮等许多体液因子，参与心功能的代偿和失代偿。

二、心脏代偿

（一）动员心力储备

生理情况下，心排血量可随机体的代谢水平增高而增加，称心力储备。包括心率储备、舒张期储备和收缩期储备，心力储备受神经体液调控。

1.心率加快（心率储备）　这是交感神经兴奋所致的一种快速代偿反应。心率增快在一定范围内有代偿意义。这是因为：心率增快可提高心排血量（心排血量=每搏量×心率）；可提高舒张压，有利于冠脉的血液灌流。由于：①心率增快，使心肌耗氧量增加；②心率过快（成人超过180次/min）时，心脏舒张期缩短，影响冠脉血液灌流；③心率过快或致心室充盈不足，使心排血量更加减少。因此，这种代偿是有限度的，因同时伴有耗氧量的增加故也是不经济的。

2.心脏扩张（舒张期储备）　这是通过增加心肌初长度引起的自身调节。根据Frank-Starling定律，心肌收缩力和每搏量在一定范围内（肌节长度小于2.2μm）与心肌纤维初长度成正比。因为肌节长度在2.2μm时，粗、细肌丝处于最佳重叠状态，有效横桥的数目最多，故产生的收缩力最大，称为最适长度（l_max）。正常情况下，心室舒张期末压力为0～1.33kPa（0～10mmHg），此时肌节的初长度为1.7～2.1μm，尚未达到最适长度。当前负荷增加，或心肌受损，每搏量减少，残留在心腔里的血液增多时，心室舒张期末容积增大，心肌收缩力即可随心肌细胞肌节拉长而增强，直至达最适长度为止。这种伴有心肌收缩力增强的心室扩张称紧张源性扩张。这是急性心力衰竭重要的代偿方式之一。但这种代偿是很有限的，当肌节长度超过最适长度时，有效的横桥数目逐渐减少，心肌收缩力又下降。肌节长度达到3.65μm时，粗、细肌丝不能重叠，肌节弛张，丧失收缩能力。不伴有收缩力增强的心脏扩张称为肌源性扩张，肌源性扩张已丧失代偿意义。

3.心肌收缩性增强（收缩期储备）　心功能不全引起交感神经兴奋，使心肌中去甲肾上腺素增多，激活胞膜上的β₁受体，通过兴奋G蛋白（GS）激活环腺苷酸（cAMP），使cAMP增多。cAMP激活蛋白激酶A（PKA），使心肌细胞胞膜钙通道磷酸化，增加钙通道开放率，增加钙内流；使兴奋收缩偶联加强，提高心肌收缩性。这种代偿也有一定限度，持续交感紧张性增高可造成心肌中交感神经递质趋于耗竭，并随着耗氧量增加而逐渐转为失代偿。在慢性心力衰竭时，会由于心肌细胞胞膜上的β₁受体减敏而使儿茶酚胺的正性肌力作用减弱。

（二）心肌改建与心室重构

持续性机械负荷刺激、神经体液调控机制的过度激活及细胞因子的过度表达，通过复杂的分子和细胞机制，诱导心肌中多种基因表达改变，使心肌的机构、代谢和功能发生改变。从细胞水平上发生心肌细胞增粗、增长，称心肌肥大；从组织水平上发生心肌质量增加、成纤维细胞增生活化、间质成分增多、毛细血管相对减少等，称心肌改建；从器官水平上发生心壁增厚、心腔扩大、心室横径增大，称心室重塑。上述变化在心功能不全代偿期即发生，心力衰竭后继续发展。

1.心室重构的表现和意义　因增加的心脏负荷的种类不同，心室重构的表现有如下两种：

（1）向心性肥大（concentric hypertrophy）　长期压力负荷增加，使收缩期室壁应力增大，此种刺激使增生的心肌肌节以并联排列为主，从而导致心肌细胞增粗，室壁增厚，早期心腔不扩大或仅轻度扩大。

（2）离心性肥大（eccentric hypertrophy）　长期容量负荷增加，使舒张期室壁应力增大，此种刺激使增生的心肌肌节以串联排列为主，从而导致心肌细胞增长、心腔扩大，因心腔扩大不可避免的增大收缩期室壁应力，因而心室壁也会一定程度增厚。

实验证明，单位重量肥大心肌的舒缩性能是降低的，但就整个心脏而言，心肌肥大使心肌收缩蛋白总量增加，可使心肌总的舒缩功能提高，增加心排血量和射血速度，心功能曲线向左上移位，使心功能在相当长一段时间内处于稳定状态。根据Laplace定律，S=Pr/2h，S为室壁应力，P为心室内压，r为心腔半径，h为室壁厚度。无论是向心性肥大还是离心性肥大，心室重构中都伴有不同程度的室壁增厚，此种变化可在心肌承受过度负荷时，维持室壁应力相对正常。向心性肥大是压力负荷增加时的一种慢性代偿，为克服增加的射血阻力，必须提高心室内压，室壁增厚则能避免或减轻因心室内压增高而引起的室壁应力过度增大；离心性肥大是容量负荷增加时的一种慢性代偿，为接纳增加的回心血量，必须扩大心室容积，使心室半径增大，伴随心室容积扩大发生的室壁增厚则可维持r/h趋于基本正常，从而保持舒张期室壁应力相对稳定。室壁应力是除心率以外影响心肌耗氧量的另一个因素。室壁应力降低，心肌耗氧量下降。所以，与心率增快比较，心肌肥大是一种较经济的、持久的有效代偿方式。

心肌肥大和其他代偿功能一样也有一定限度，超过代偿限度转向失代偿，进而发生心力衰竭。

2.胞外基质的变化及意义　胞外基质是指存在于细胞间隙、肌束之间及血管周围的结构糖蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖的总称。主要是Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原。Ⅰ型胶原是与心肌肌束平行排列的粗大纤维的主要成分，Ⅲ型胶原则成纤维网状。一般而言，重构早期Ⅲ型胶原增多较明显，这有利肥大心肌肌束组合的重新排列；重塑后期以Ⅰ型胶原增加为主，它可提高心肌的抗张强度，防止心肌细胞侧向滑动造成室壁变薄和心腔扩大。

3.心外代偿

（1）血流重新分布　心功能不全时，交感神经兴奋，血液中儿茶酚胺增加，由于血管壁上α受体的分布密度不同，使外周血管选择性收缩，引起全身血流重新分布，主要表现为皮肤、肾与内脏器官的血流量减少，而心、脑血流量不变或略增加。这样既能防止血压下降，又能保证重要器官的血流量。对急性或轻度心力衰竭有重要的代偿意义。但若外周器官长期供血不足，亦可导致该脏器功能减退。另外，外周血管长期收缩，也会导致心脏后负荷增大而使心排血量减少。

（2）增加血容量　慢性心功能不全时，机体可通过神经体液机制增加血容量。一定范围内的血容量增加可促进使静脉回流，提高心排血量和组织灌流量，起到代偿作用。但长期过度的血容量增加，可加重心脏负荷、失去代偿作用。血容量增加的机制有：①交感神经兴奋引起肾血管收缩，肾血流量减少，使肾小球滤过率（GFR）下降和近端肾小管重吸收钠水增多，血容量增加；②肾素血管紧张素醛固酮系统激活，醛固酮促进远端肾小管和集合管对钠的重吸收；③随着钠的重吸收增加，血管升压素（ADH）的分泌和释放也增加，加上肝脏对ADH的灭活减少，使血浆ADH水平增高，促进远端肾小管和集合管对水的重吸收；④抑制钠水重吸收的激素减少：前列腺素E₂（PGE₂）和心房钠尿肽可促进钠水的排出。心力衰竭时PGE₂和心房钠尿肽的合成、分泌减少，促进钠水潴留。

（3）红细胞增多　慢性心功能不全时，心排血量少可引起循环性缺氧；肺淤血和肺水肿又可引起乏氧性缺氧。缺氧刺激肾间质细胞分泌红细胞生成素（erythropoietin）增加，后者促进骨髓造血功能，使红细胞和血红蛋白生成增多，因提高血液携氧能力，改善机体缺氧而发挥代偿作用。但红细胞过多会增加血液黏度，一方面使血流速度减慢，失去代偿；另一方面可加重心脏后负荷，促进心力衰竭发生。

（4）组织利用氧的能力增加　慢性心力衰竭时，由于循环系统对周围组织的供氧减少，造成组织缺氧，组织细胞则通过自身功能、结构、代谢的调整来加以代偿。表现为：①细胞线粒体数量增多，表面积加大，呼吸链有关的细胞色素氧化酶活性增强，这些变化有助于细胞内呼吸功能的改善；②细胞磷酸果糖激酶活性增强，有助于细胞从糖酵解中获得能量的补充；③肌肉中的肌红蛋白含量增多，可增加肌肉组织对氧的储存；④血红蛋白与氧的亲和力降低，有利于血红蛋白将氧转移到组织。