《病理生理学》课件-心血管功能障碍1.ppt

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1、,目 录,第一节 心功能不全 第二节 动脉粥样硬化 第三节 心律失常,心力衰竭,Heart failure,Heart Failure The Final Common Pathway,ischemic disease valvular disease cardiomyopathy pericardial disease hypertension congenital,Heart Failure,The Function of Heart,各种致病因素 心肌收缩和（或）舒张功能障碍 心泵功能降低 心输出量绝对或相对减少 不能满足机体组织代谢需要 神经-体液调节活动异常,心力衰竭概念,心功能不全

2、(cardiac insufficiency),(The concept of heart failure),心力衰竭的病因,1. 原发性心肌舒缩功能障碍,心肌病变,心肌代谢异常,冠心病、 高血压晚期、 严重贫血及Vit B1缺乏,心肌病、心肌炎、心肌梗死、心肌中毒,(Underlying causes),病因与诱因,2.心脏负荷过重,volume overload,左心 主动脉瓣关闭不全 二尖瓣关闭不全,右心 肺动脉瓣关闭不全 三尖瓣关闭不全,全心 甲亢、房室间隔缺损、 肺动静脉瘘,pressure overload,前负荷过重,后负荷过重,主动脉瓣狭窄 高血压,肺动脉瓣狭窄 肺动脉高压,血

3、液粘性增大,心力衰竭的病因,(Underlying causes),病因与诱因,感染 水电解质代谢紊乱和酸碱平衡失调 心律失常 妊娠和分娩 治疗不当,酸中毒 高钾血症,心肌耗氧量增加 舒张期缩短减少心肌供血和心室充盈 房室舒缩不协调,心力衰竭的诱因,(Precipitating Factors),病因与诱因,心力衰竭的分类,1.按部位分类,左心衰竭 右心衰竭 全心衰竭,2.按病情发展速度分类,急性心衰 慢性心衰,(Classification of heart failure),分类与分期,慢性心力衰竭,充血性心力衰竭 congestive heart failure,Most of chro

4、nic heart failure accompanied with venous stasis, tissue edema and expansion of cardiac chamber caused by water and sodium retain, is called congestive heart failure大部分慢性心力衰竭伴有静脉瘀滞，组织水肿和由水和钠保留引起的心腔扩张，被称为充血性心力衰竭,分类与分期,心力衰竭的分类,3.按心输出量高低分类,低输出量型（low output heart failure) 高输出量型 (high output heart failur

5、e),4.按心肌舒缩功能分类,收缩性衰竭 (systolic heart failure) 舒张性衰竭 (diastolic heart failure),(Classification of heart failure),分类与分期,1. NYHA 心功能分级法 （纽约心脏病学会，New York Heart Association）,分类与分期,心力衰竭的分期,注：此方案1928年提出，现仍被广泛采用。,2. ACC/AHA心力衰竭分期法,分类与分期,（美国心脏病学院/美国心脏学会，American College of Cardiology/American Heart Associat

6、ion）,心力衰竭的分期,注：此方案2001年提出，旨在补充NYHA 心功能分级法。,心力衰竭时机体的代偿适应反应,心脏以外的代偿,代偿机制,心率加快、心收缩力增强、心脏扩张及心肌肥大等,血容量及RBC数增加、血液重新分配及组织利用氧的能力增加等,神经-体液调节机制激活：,1、交感-肾上腺髓质系统兴奋性增高,2、肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活,3、其他体液活性物质的变化,神经-体液调节机制激活是心功能减退时介导 心脏本身与心外代偿与适应反应的基本机制。,心脏代偿(cardiac compensation),1.心率增快,心输出量=每搏搏出量心率,不变,代偿机制,可代偿,心脏代偿,1.心率增快

7、,代偿机制,心率增快的机制,心排血量,压力感受器的刺激,血压,静脉压,心交感传入神经兴奋,缺氧,化学感受器的刺激,交感兴奋,呼吸兴奋,心率,心脏代偿,1.心率增快,心率180次/分，无代偿意义,心肌耗氧量,代偿机制,冠脉灌流量,失代偿,心室充盈量,心输出量 = 每搏搏出量 心率,？,心脏代偿,2.心肌收缩性增强-正性肌力作用,代偿机制,定义：交感神经兴奋，血中儿茶酚胺增多，直接引起心肌内在的收缩力增强。,1.心率增快,儿茶酚胺 心肌的收缩性增加,机制,细胞膜,腺 苷 酸 环 化 酶,细胞膜Ca2+通道开放 肌质网释放Ca2+,促进收缩蛋白磷酸化,胞 浆 Ca2+ ,收 缩 力 ,加强糖、脂肪分

8、解,ATP ,NE,ATP,cAMP,PKA,前负荷不变情况下，增强心肌收缩力，增加心输出量,正性肌力作用的代偿意义,代偿机制,等长性自身调节,代偿有限,心脏代偿,3.心脏扩张,代偿机制,伴有心收缩力增强的扩张,-心脏肌源性扩张,-心脏紧张源性扩张,不伴有心收缩力增强的扩张,1.心率增快,2.心肌收缩性增强,心脏扩张,心脏扩张机制,代偿机制,根据Frank-Starling定律,2.2um,1.7-2.1um,异长性自身调节,心脏每搏功,最大活动,中度活动,安静,轻度心衰,重度心衰,正常,2.0 2.2 舒张末期容积或肌节长度(um),心功能曲线,代偿机制,心脏扩张,心脏扩张,代偿机制,心脏扩

9、张,肌源性扩张,紧张源性扩张,可代偿,失代偿,心收缩力,每搏功,心输出量,心脏过度扩张,心收缩力,每搏功,心输出量,心脏扩张意义,心脏代偿适应反应,3.心脏紧张源性扩张,代偿机制,1.心率增快,4.心室重构,急性机制,-慢性机制,2.正性肌力作用,心室重构,心室重构（ventricular remodeling）,代偿机制,胎儿期基因被激活,心肌细胞肥大,细胞表型改变,间质胶原改变,数量及类型改变,细胞内蛋白质合成,（1）心肌肥大（myocardial hypertrophy）：,心肌细胞体积增大，在细胞水平上表现为细胞直径增宽，长度增加；在器官水平表现为心脏重量增加。,心肌细胞、非心肌细胞及

10、细胞外基质的基因表达改变引起心室的代谢、功能和结构代偿适应性反应的病理生理过程。,向心性肥大,离心性肥大,心肌肥大的2种形式,代偿机制,压力负荷过大所致,容量负荷过大所致,室壁增厚明显,室腔扩大明显,每搏功,心肌肥大+,心肌肥大+,正常,左室舒张末期压(kPa),心功能曲线,代偿机制,心肌肥大意义,P1,P2,SW1,SW2,SW4,SW3,心肌总收缩力,心肌肥大意义,代偿机制,根据Laplace定律,心肌耗氧量,T = P r / 2h,T:室壁张力与心肌耗氧量成正比 P:室内压 r:心室半径 h:室壁厚度,J Hum Hypertens. 2015 Jan;29(1):1-6.,（2）心肌

11、细胞表型改变 The phenotype of cell depends on the proteins expressed. Alteration of gene expression (isoform switches, over-expression, deletion, mutation) Phenotype alteration (remodeling of myocardium on the molecular level) Myocardial abnormality in structure and function .,心室重构,由心肌合成的蛋白质种类变化所引起的心肌细胞“质

12、”的改变,（3）非心肌细胞及细胞外基质的变化 Non-myocardial cells (fibroblast, SMC, EC) proliferation, moving and constriction Fibroblast MyoFbs secretion(collegen, MMP,TIMP) ECM remodeling collagen network biochemistric remodeling (type I / typeIII) structural remodeling (dimensional alteration),心室重构,心室重构的机制 Stimulate s

13、ignals： mechanical (pull and draw), neuro-endocrine (NE), metabolic (hypoxia and NAD/NADH), local released hormone or cytokines (AngII, TGFb1, ET1), Transmembrane signaling： chemical signal activating protein kinase mechanical signal stimulating growth factor release activating receptors and cell bo

14、ne Activating immediately early genes ： proto- oncogenes (c-fos, c-myc, c-jun, etc.), HSP genes Expression genes of functional or structural proteins,心室重构,代偿机制,交感-儿茶酚胺作用,心脏以外的代偿,1.血容量增加,容量负荷,心输出量,心肌耗氧量,发生机制,肾素-血管紧张素系统作用,抗利尿激素作用,心房利钠因子作用,前列腺素作用,肾保水保钠,血容量增加,(Adaptation of peripheral tissue to hypoperf

15、usion),代偿机制,心脏以外的代偿,1.血容量增加,2.血液重分配,交感-肾上腺髓质系统兴奋,血液重新分配,急性或轻度心衰 有代偿意义,慢性或重度心衰代偿有限,(Adaptation of peripheral tissue to hypoperfusion),代偿机制,心脏以外的代偿,1.血容量增加,2.血液重分配,线粒体增多,糖酵解增强,氧离曲线右移,3.组织利用氧的能力增强,4.红细胞增多,携氧增加,血流阻力增加,(Adaptation of peripheral tissue to hypoperfusion),心功能不全时机体的代偿,代偿机制,心肌舒缩性,心衰的基本机制：,心泵功

16、能,发病机制,Cardiac Muscle,心肌舒缩的分子基础,发病机制,Ca2+与调节蛋白结合,心肌兴奋,肌球蛋白头部和肌动蛋白结合,形成横桥,与肌球蛋白结合的ATP水解释放出能量,肌动蛋白滑动,心肌收缩,发病机制,心力衰竭的发病机制,1.心肌收缩性减弱（主要机制）,心肌细胞收缩蛋白&调节蛋白的量及性能正常,ATP的生成及利用正常,心肌的兴奋-收缩耦联正常,任一环节异常,心肌收缩力减弱,(Decreased myocardial contractility),发病机制,心力衰竭的发病机制,心肌细胞数量减少及结构改变,1.心肌收缩性减弱,心肌细胞坏死(necrosis),心肌细胞凋亡(apop

17、tosis),丧失心肌量左室20,部位心脏传导系统及附近,心衰,. 心肌细胞数量减少,发病机制,Myocardial Infarction,Myocardial ischemia Hypoxia,Atherosclerosis of the larger coronary arteries,Necrosis,Cell swells and ruptures. Cell contents spill out.,20% of left ventricular area HF,The infarct area is 40% cardiac shock,. 心肌细胞数量减少,发病机制,Apoptosi

18、s,Cellular self-destruction process,More and more studies have proposed that apoptosis has been shown to contribute to loss of cardiomyocytes in cardiomyopathy, progressive decline in ventricular function, and congestive heart failure.,. 心肌细胞数量减少,发病机制,心力衰竭的发病机制,心肌细胞数量减少及结构改变,1.心肌收缩性减弱,. 心肌细胞数量减少,. 心

19、肌结构改变 胎儿期基因过表达 肌原纤维排列紊乱 心室几何结构改变,发病机制,心力衰竭的发病机制, 心肌细胞数量减少及结构改变,1.心肌收缩性减弱, 心肌能量代谢障碍,发病机制,心肌能量代谢过程,ATP产生,ATP储存,ATP利用,有氧氧化,磷酸肌酸,钙瞬变,肌丝滑动,化学能,机械能,发病机制,心肌能量代谢障碍,缺血、缺氧,维生素B1缺乏,有氧代谢,ATP产生不足,心肌能量生成障碍,发病机制,ATP减少引起收缩性减弱,肌球蛋白头部的ATP酶水解ATP,？,离子泵失活,收缩蛋白、调节蛋白等功能蛋白更新,钙泵失活,钠泵失活,细胞内钙超载,Na/Ca交换,细胞内水肿,心肌挛缩、断裂,发病机制,心肌能量

20、代谢障碍 心肌能量储存障碍,心肌过度肥大,ATP储存障碍,发病机制,心肌能量代谢障碍 心肌能量利用障碍,心肌过度肥大,肌球蛋白 ATP酶活性,发病机制,代偿状态时，V1增多;失代偿时，V3增多,心衰时肌球蛋白ATP酶活性,？,发病机制,人类衰竭心肌的ATP酶活性降低主要与肌球蛋白轻链-1（myosin light chain, MLC-1）以及肌钙蛋白T亚单位的胎儿同工型表达增多有关联。,心力衰竭的发病机制, 心肌细胞数量减少及结构改变,1.心肌收缩性减弱, 心肌能量代谢障碍, 心肌兴奋-收缩耦联障碍,发病机制,发病机制,心肌兴奋-收缩耦联过程,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,. 肌浆网Ca2+

21、运转障碍,发病机制,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,钙,发病机制,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,缺血缺氧ATP生成,心肌内NE、 受体 受磷蛋白磷酸化,钙泵蛋白表达,SR摄取钙,SR摄取钙,胞浆钙浓度,SR储存钙,RyR蛋白及RyRmRNA均,LTCC触发RyR功能减弱,SR摄取及储存钙,酸中毒钙与钙结合蛋白结合紧密,SR释放钙,. 肌浆网Ca2+运转障碍,发病机制,肌浆网功能障碍的结果,SR摄取Ca2+障碍,储存Ca2+,下次收缩 释放Ca2+ ,胞浆Ca2+ 不能迅速,心肌收缩 功能,心肌舒张 功能,线粒体内Ca2+,线粒体功能,ATP合成,发病机制,心肌兴奋-收缩

22、耦联障碍的机制,. 肌浆网Ca2+运转障碍,. 胞外 Ca2+内流障碍,发病机制,. 胞外Ca2+内流障碍, 肥大的心肌细胞膜-受体密度相对减少，内源性儿茶酚胺减少，细胞膜L型钙通道开发减少，导致Ca2+内流受阻。,酸中毒、高钾血症 H+、K+与Ca2+竞争 钙内流,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,. 胞外Ca2+内流障碍,. Ca2+与钙调蛋白结合障碍,. 肌浆网Ca2+运转障碍,发病机制,心肌兴奋时，胞浆Ca2+浓度迅速升高，,Ca2+与钙调蛋白结合,Ca2+与钙调蛋白结合障碍,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,发病机制,心衰时，SR释放Ca2+减少，胞浆Ca2+浓度不能迅速升高；,Ca2+与钙

23、调蛋白结合障碍,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,发病机制,心衰时，缺氧导致酸中毒，H+与Ca2+竞争肌钙蛋白（TnC）的结合位点；,Ca2+与钙调蛋白结合障碍,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,发病机制,心衰时，肌钙蛋白表型改变，胎儿型TnC增多，后者对Ca2+的敏感性低。,Ca2+与钙调蛋白结合障碍,心肌兴奋-收缩耦联障碍的机制,发病机制,In hypertrophic and failed myocardia:,Troponin-combined Ca2+,Uptake and storage of Ca2+ by SR Release of Ca2+,Inward flow of Ca2+,C

24、a2+ in cytoplasm,Dysfunction of excitation-contraction coupling,发病机制,In hypertrophic and failed myocardia:,Troponin-combined Ca2+,Uptake and storage of Ca2+ by SR Release of Ca2+,Inward flow of Ca2+,Ca2+ in cytoplasm,Ca2+ channel,b-receptor activity Consumptionsynthesisnorepinephrine,Activity of SR

25、ATP-dependent pump,Affinity of SR to Ca2+ H+ Compete with Ca2+ for binding to troponin Hyperkalemia (K+ compete with Ca2+ in the membrane for entering the cell),Acidosis,Dysfunction of excitation-contraction coupling,发病机制,心力衰竭的发病机制,心肌细胞数量减少及结构改变,1.心肌收缩性减弱,心肌能量代谢障碍,心肌兴奋-收缩耦联障碍,2.心肌舒张功能障碍,(Diastolic d

26、ysfunction),(Decreased myocardial contractility),发病机制,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,Ca2+泵活性、ATP合成 ,Ca2+与肌钙蛋白亲和力、 ATP不足,舒张势能、 冠脉灌流量 , 心肌的顺应性降低, 心肌的主动松弛异常,2.心肌舒张功能障碍,发病机制,压 力,容 积,心室压力-容积（P-V）曲线,顺应性降低,顺应性正常,顺应性升高,室壁厚度,室壁成分改变： 炎性水肿 间质增生纤维化,顺应性降低机制,顺应性降低结果,心室充盈量,P-V曲线明显左移,冠脉灌流量,心包炎、 心包填塞, 心肌的顺应性降低,发病机

27、制,心肌收缩成分减少,心肌能量代谢障碍,心肌兴奋-收缩藕联障碍,心肌收缩功能降低,心室舒张势能减少,心室舒张功能障碍,心力衰竭,钙离子复位延缓,肌球-肌动蛋白复合体解离障碍,能量生成障碍,能量转化储存障碍,肌浆网钙离子转运障碍,胞外钙离子内流障碍,肌钙蛋白与钙离子结合障碍,能量利用障碍,心肌细胞数量减少,心肌结构改变,心室顺应性降低,心脏各部分舒缩活动不协调,心力衰竭的发病机制:,过度肥大的心脏最终发生心力衰竭，为什么？,心肌肥大的4个阶段,1.心肌的增长超过交感神经轴 突的增长，心肌内NE含量 ；,2.肥大心肌血液供应减少：毛细血管数目不能按比例增长、口径变小、血液弥散距离增大等；,3.肥大

28、心肌表面积与重量之比降 低，Ca2+内流；,4.单位体积心肌线粒体数目， 功能障碍；,5.肌球蛋白ATP酶活性降低：V1 同工酶，V3同工酶。,肥大心肌的不平衡生长：,Cardiac pump Dysfunction,Venous stasis,Low cardiac output,(Pathophysiological basis of Clinical Manifestations),Clinical Manifestations,心力衰竭临床表现的病理生理基础,低输出量综合征,静脉淤血综合征,心功能降低是心力衰竭时最根本的变化，表现为心泵功能、心肌收缩功能、舒张性能和顺应性下降！,（1）

29、心功能改变,心泵功能降低：心输出量；心脏指数。,（2）动脉血压的变化 急性心衰，BP，甚至发生心源性休克。 慢性心衰，代偿充分，BP正常。,心力衰竭临床表现的病理生理基础,Clinical Manifestations,1 . 低输出量综合征,（3）组织器官血液灌流不足的表现,静脉淤血和静脉压升高 水肿 肝肿大及肝功能损害 胃肠道功能改变,Clinical Manifestations,心力衰竭临床表现的病理生理基础,2.静脉淤血综合征,(1) 体循环静脉淤血,见于右心或全心衰竭,左心衰竭能导致肺淤血、肺水肿。因此主要的 临床表现是呼吸困难。,2.静脉淤血综合征,(2) 肺循环淤血,心力衰竭临

30、床表现的病理生理基础,Clinical Manifestations,Clinical Manifestations,1.劳力性呼吸困难,3.端坐呼吸,2.夜间阵发性呼吸困难,左心衰竭时，呼吸困难的表现形式：,Clinical Manifestations,右心衰竭临床表现的病理生理基础,小结,左心衰竭临床表现的病理生理基础,小结,81,心力衰竭防治的病理生理基础,（Pathophysiological basis of prevention and treatment）,病人女性，35岁，因发热、呼吸急促及心悸2周入院。4年前病人开始于劳动时自觉心跳气短，近半年来此症状加重，同时出现下肢水肿

31、。1个月前，曾在晚间睡梦中惊醒，气喘不止，经急诊抢救好转而回家。近2周来，出现怕冷发热，咳嗽，痰中时有血丝，心悸、气短加重。病人于七、八岁时曾因常患咽喉肿痛而作扁桃体摘除术。16岁屡有膝关节痛史。体检：体温39.8，脉搏160次/min，呼吸32次/min，血压14.7/10.7kPa(110/80mmHg)。重病容，口唇青紫，半卧位，嗜睡。颈静脉怒张。心界向两侧扩大，心尖区可听到明显的收缩期及舒张期杂音，肺动脉第2音亢进。两肺有广泛的湿啰音。腹膨隆，有移动性浊音。肝在肋下6cm，有压痛，脾在肋下3 cm。指端呈杵状。下肢明显凹陷性水肿。实验室检查：红细胞3.01012/L，白细胞18109/L，中性粒细胞0.9，淋巴细胞0.10。痰中找到心力衰竭细胞。尿量每日300-500ml，有少量蛋白和红细胞。尿胆红素(+)，血胆红素31umol/L(1.8mg/dl)，凡登白试验呈双相阳性反应。血浆非蛋白氮25mmol/L(35mg/dl)。入院后即给予抗生素、洋地黄和利尿剂治疗。于次日夜晚出现呼吸困难，病人烦躁不安，从口鼻涌出泡沬样液体，经抢救无效死亡。,病例,Thank you very much!,