心肌收缩性减弱

二、心肌收缩性减弱

心肌收缩是推动血液循环的基本动力,是决定心输出量最关键的因素。绝大多数心力衰竭的发生都是由于心肌收缩性能的原发性或继发性减弱。引起心肌收缩性减弱的机制如下。

(一)心肌细胞和收缩蛋白的丧失

各种原因如心肌缺血缺氧、感染和中毒等导致大量心肌细胞和收缩蛋白变性、坏死。由于破坏了心肌收缩的物质基础,心肌收缩性能降低,导致心排血量减少,最终引起心力衰竭。

如心肌炎、心肌梗死等使心肌纤维变性、坏死、凋亡,与收缩相关的蛋白质大量破坏,引起心肌收缩性显著减弱。

1.心肌细胞坏死

当心肌细胞受到严重的缺血、缺氧、感染等损害时可发生坏死。坏死细胞由于溶酶体破裂,蛋白水解酶释放引起细胞自溶,与收缩相关的蛋白质也被破坏,心肌收缩功能降低。在临床上,心肌细胞坏死最常见的原因是急性心肌梗死,大面积心肌梗死,最终引起急性心力衰竭。

2.心肌细胞凋亡

近年研究证实,在心力衰竭患者(如急性心肌梗死、扩张型心肌病)的心脏中有细胞凋亡现象存在。在心力衰竭发生、发展过程中出现的许多病理因素如氧自由基生成过多、压力和容量负荷过重、神经-内分泌失调、某些细胞因子(如TNF、IL-1、IL-6、干扰素等)产生增多、缺血缺氧等都可诱导心肌细胞凋亡。一般来说,早期或轻度缺血以细胞凋亡为主;晚期或重度缺血以细胞坏死为主;在心肌梗死灶中央以细胞坏死为主,周边以细胞凋亡为主。凋亡引起心肌细胞数量的减少在心力衰竭发病中起重要作用,阻断诱导心肌细胞凋亡的信号和(或)阻断将这些信号与细胞死亡程序连接起来的通道将有助于抑制凋亡,有利于维持或改善心功能,为心力衰竭的防治开拓了新思路。

(二)心肌能量代谢障碍

心肌收缩是一个主动耗能的过程,Ca2+的转运和肌丝的滑动都需要ATP。因此,心肌能量代谢过程中(能量生成、储存或利用)的任一阶段发生障碍,都可引起心肌收缩性减弱。最常见的是能量生成和能量利用阶段发生障碍引起心肌收缩性能的减弱。

1.心肌能量生成障碍

心肌细胞对氧的需求量大,摄氧能力强,同时心肌通过有氧氧化获取能量。因此,当心肌氧供给不足或有氧氧化过程障碍时,均可使心肌细胞内能量生成不足而导致心肌收缩性能减弱。

严重的贫血、冠状动脉硬化性心脏病、休克等引起的心肌缺氧,是导致心肌细胞内能量生成不足的常见原因。心肌缺血、缺氧时,由于心肌中ATP和肌酸磷酸含量减少,氧化磷酸化障碍,导致能量生成障碍。高能磷酸化合物的减少可通过以下机制导致或促进心力衰竭的发生和发展:①直接影响心肌的舒缩;②妨碍离子泵运转;③妨碍心肌收缩蛋白酶和线粒体氧化磷酸化酶的更新合成;④长时间严重缺乏ATP可使心肌细胞出现不可逆性损伤。

维生素B1缺乏时,由于焦磷酸硫胺素(丙酮酸脱羧酶的辅酶)的生成不足,丙酮酸的氧化发生障碍,也可引起心肌能量生成不足。而肥大的心肌因心肌缺氧而导致能量生成不足,最终导致心力衰竭。(https://www.daowen.com)

2.心肌能量利用障碍

心肌细胞内氧化磷酸化过程中所产生的ATP,在心肌兴奋-收缩耦联过程中受到肌球蛋白头部ATP酶的作用而水解,为心肌收缩提供能量。当心脏处于轻度或中度负荷过度的代偿状态时,随着心脏的肥大和收缩力的增强,肌球蛋白ATP酶的活性可增高;而当心脏处于重度负荷过度慢性失代偿状况时,心肌的能量生成和储存并不减少,但心脏完成的机械功明显降低,做功与用氧量的比值显著减少。与此同时,其肌球蛋白ATP酶活性降低,使心肌收缩时对ATP的水解作用减弱,不能为心肌收缩提供足够的能量,即化学能转化为机械能的过程变弱变慢,导致心肌收缩性能降低。甲状腺功能亢进时,由于肌球蛋白ATP酶活性过高,大量ATP被分解消耗,结果可因ATP的不足,导致心力衰竭。

心肌能量利用障碍最常见的原因是长期心脏负荷过重而引起的心肌过度肥大。过度肥大的心肌的肌球蛋白头部ATP酶肽链结构发生变异,使其活性降低,ATP水解发生障碍。此时,即使ATP含量正常,心肌也不能正常利用ATP中的化学能将其转变为机械能,从而使肥大的心肌转向衰竭。

(三)心肌兴奋-收缩耦联障碍

Ca2+的转运在兴奋-收缩耦联中起着重要作用。任何影响Ca2+转运、分布的因素都可导致心肌的兴奋-收缩耦联障碍,心肌收缩性减弱。

1.肌浆网摄取、储存和释放Ca2+的功能障碍

(1)肌浆网摄取Ca2+减少:心肌缺血缺氧,ATP供应不足,肌浆网钙泵活性减弱,肌浆网从胞质中摄取Ca2+的能力下降,从而使心肌舒张时胞质Ca2+浓度处在高于舒张阈值(10-7mol/L)的水平,导致收缩后的心肌不能充分舒张而影响心室充盈。

(2)肌浆网储存Ca2+减少:正常时通过钙泵被摄入肌浆网的Ca2+与钙储存蛋白(calcium store proteins)结合,以结合钙的形式被储存在肌浆网的钙池内。心力衰竭时,肌浆网摄取Ca2+减少,Ca2+的储存量下降。同时,线粒体对Ca2+摄取量增多,但线粒体在心肌收缩时向胞质释放Ca2+的速度非常缓慢。肌浆网对Ca2+摄取减少及Ca2+在线粒体内的异常分布,导致心肌收缩时释放到胞质中的Ca2+减少,心肌收缩性减弱。

(3)肌浆网Ca2+释放量减少:心衰时,多种因素使肌浆网Ca2+释放量减少,如肌浆网钙释放通道(ryanodin receptor,RyR)减少;酸中毒时Ca2+与钙储存蛋白紧密结合,不易解离,均使肌浆网Ca2+释放量减少。

2.胞外Ca2+内流受阻

心肌收缩时胞浆中的Ca2+来源于两部分,大部分来自肌浆网的释放,小部分是从细胞外经过钙通道或Na+-Ca2+交换的方式流入细胞内的。来自细胞外液的Ca2+不但能提高胞浆Ca2+的浓度,更重要的是诱发肌浆网释放Ca2+。Ca2+内流是通过“电压依赖性”和“受体操纵性”钙通道完成的。“电压依赖性”钙通道由膜电位控制,即当心肌细胞去极化时,膜内形成正电位,钙通道开放,细胞外的Ca2+进入细胞内;而当心肌细胞复极化时,膜内再次形成负电位,通道关闭,Ca2+内流终止。“受体操纵性”钙通道受膜上受体的控制,当交感神经兴奋和儿茶酚胺分泌时,受体兴奋并激活腺苷酸环化酶,产生cAMP,cAMP激活膜上的“受体操纵性”备用钙通道,促使Ca2+内流。

心力衰竭时,造成钙内流受阻的原因如下。①心肌内儿茶酚胺含量减少及其信号传递障碍使“受体操纵性”钙通道难以开放。②酸中毒:一方面通过影响跨膜电位,阻止Ca2+通过“电压依赖性”钙通道内流;另一方面降低了膜受体对儿茶酚胺的敏感性。

3.肌钙蛋白与Ca2+结合障碍

Ca2+与肌钙蛋白结合是心肌兴奋-收缩耦联的关键点。某些病理因素可导致Ca2+与肌钙蛋白结合障碍,如心肌缺血缺氧导致ATP生成不足和酸中毒。H+与Ca2+同时竞争性结合肌钙蛋白,而Ca2+与肌钙蛋白的亲和力远较H+与肌钙蛋白的亲和力小。故当心肌缺血时,由于H+增多,H+占据肌钙蛋白上的Ca2+结合部位,取代Ca2+与肌钙蛋白结合,从而妨碍兴奋-收缩耦联,引起心肌收缩功能障碍。