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急性心肌梗死的病理生理改变主要表现为心室受累的一些血流动力学改变、电生理不稳定性以及晚期发生的心室重构等。
1血流动力学改变
心室受累的血流动力学改变的严重程度主要取决于梗死范围和部位。
①左室功能
冠状动脉发生前向性血流中断,阻塞部位以下血管供血的心肌即丧失收缩能力,无法完成收缩,心肌依次发生四种异常的收缩形式:
A.运动同步失调,即相邻心肌节段收缩时间不一致。
B.收缩减弱,即心肌收缩范围减少。
C.无收缩,即心肌收缩中止。
D.反常,出现收缩期膨出。与梗死部位发生功能异常同时,残余正常心肌在早期出现过度运动,此为急性代偿结果,包括交感神经系统活力增加和Frank-Starling机制。由于非梗死节段心肌收缩使梗死区发生反常运动,所以部分代偿性过度运动为无效做功。非梗死区的过度运动在梗死2周内逐渐消失,同时在梗死部位出现某种程度的收缩恢复,尤其在梗死部位有再灌注、心肌顿抑减轻时,这些情况就出现得越快、越明显。
AMI病人的非梗死区也常有收缩功能的减退。这可能与本来已经存在的供应心室的非梗死区冠状动脉狭窄,以及新发生的梗死相关动脉闭塞使非梗死区的侧支血供丧失有关。后种情况又称之为“远距离部位缺血”。相反,在MI发生前存在侧支循环能够更好地防止闭塞动脉供血区的局部收缩功能减退,在梗死后早期左室射血分数改善。
若心肌缺血损伤严重,则左室泵功能下降;心排血量、每搏输出量、血压和dp/dt峰值减少;收缩末期容积增加。后者是预测AMI后病死率高低最有价值的指标。心室肌某一部位的收缩期反常扩展,进一步减少左室每搏出量。但坏死的心肌细胞相互滑动时,梗死区被牵拉而变薄变长,尤其是在广泛前壁梗死病人,导致梗死区伸展。梗死后的最初数小时至数天,局部以及整个心室肌根据Laplace定律而张力增加。在有些病人,出现左室进一步扩张的恶性循环。心室扩张的程度与梗死范围、梗死相关血管开放的早晚和心室非梗死区的局部肾素-血管紧张素系统的激活程度有关。使用ACEI治疗可以有效地缓解心室扩张,甚至在无左室功能不良的症状时也有效。
随着时间的推移,缺血坏死部位发生水肿、细胞浸润和纤维化,这种变化能增加心肌的硬度。梗死区硬度的增加可防止收缩期室壁矛盾运动,因此有助于改善心室功能。
除非发生极其严重的心肌梗死,在愈合期里,由于顿抑细胞功能的逐渐恢复,室壁运动能够得以改善。不管梗死发生有多长时间,左室的20%——25%有运动异常的病人,就可表现出左室衰竭的血流动力学征象。
梗死和坏死心肌可改变左室舒张功能,使左室顺应性先增加后降低。左室舒张末期压最初上升经过几周后,舒张末期容积增加,舒张压开始下降而趋于正常。正如心肌坏死伴随有收缩功能损害一样,舒张功能异常的程度也与梗死范围有关。
②循环功能的调节
AMI时循环调节功能出现异常,并始发于冠状动脉血管床发生解剖或功能性狭窄时。狭窄可以导致区域性心肌缺血,如持续发展则可形成MI。若梗死范围达到一定程度,将抑制整个左室功能,以致左室搏出量减少和充盈压上升。左室每搏量明显下降最终会降低主动脉压和冠状动脉灌注压。这种情况可加重心肌缺血而引起恶性循环。左室排空能力受损增加前负荷,使灌注良好功能正常的那部分左室得以扩张。这种代偿机制可使每搏量恢复到正常水平,但使射血分数下降。扩张的左室也升高后负荷,后负荷增加不仅抑制左室每搏量,也加剧心肌缺血。当功能不良的心肌区域较小而左室其余部分功能正常时,代偿机制可维持整个左室功能。一旦左室大部分坏死,尽管心室其余存活部分扩张,也会使整个左室功能受抑制而不能维持正常的循环,发生泵衰竭。
电生理改变
梗死区心肌细胞水肿、坏死、炎性细胞浸润等可引起心电不稳定。由缺血坏死组织引起心房、心室肌内受体的激活,会增加交感神经的活动,增加循环血液中的儿茶酚胺浓度和心脏内神经末梢局部释放的儿茶酚胺量。儿茶酚胺释放也可能是交感神经元的缺血损伤直接引起。而且,缺血的心肌可能对去甲肾上腺上腺上腺素的致心律失常作用呈过敏反应,而在缺血心肌的不同部位对不同浓度儿茶酚胺产生的效应有很大的变异。心脏的交感神经刺激也可增加浦肯野纤维的自律性,而且儿茶酚胺加快由钙介导的慢离子流反应传导,儿茶酚胺对缺血心肌的刺激依靠这些电流可以诱发心律失常。此外,透壁性MI会阻断支配梗死区心肌远端交感神经的传入支和传出支。而且,自主神经除了能协调各种心血管反射的变化外,其调节的不平衡会促使心律失常发生。这可以解释为何β阻滞药在治疗室性心律失常时同样有效,在室性心律失常同时伴有肾上腺素活性过度增高的其他表现时疗效尤其明显。
AMI后的心室扩大、重构容易造成心室除极不一致而产生折返,导致致命性心律失常。电解质紊乱如低血钾、低血镁、酸中毒会提高血液中游离脂肪酸的浓度,产生的氧自由基也可引起心律失常发生。这些病变的严重程度、梗死面积的大小和梗死相关动脉灌注的状态决定患者发生严重心律失常的危险性-原发性心室颤动(即心室颤动出现在无充血性心力衰竭或心源性休克时)。
心室重构
心肌梗死后,梗死和非梗死节段的左室大小、几何形态和厚度发生了改变,这些改变总称为心室重构。重构过程包括梗死扩展和心室扩大,二者均能影响心室功能和预后。心室负荷状态和梗死相关动脉通畅程度是影响左室扩张的重要因素。心室压力升高可导致室壁张力增加和梗死扩展的危险;而梗死相关动脉的通畅可加快瘢痕形成、增加梗死区组织充盈,减少梗死的扩展和心室扩张的危险。
①梗死扩展
不能以另外追加的心肌坏死解释的梗死区急性扩张、变薄使梗死区范围的增加称之为梗死扩展。其原因有:肌束之间的滑动减少了整个厚度的室壁心肌细胞数目;正常心肌细胞破裂;坏死区里组织丧失。其特征为梗死区不成比例地变薄和扩张,然后形成牢固的纤维化瘢痕。梗死扩展的程度与梗死以前的室壁厚度有关。先前的心肌肥大可防止心肌变薄。心尖部室壁最薄,是最易受到梗死扩展损伤的区域。
梗死扩展的发生,不仅增加了病死率,且心力衰竭和室壁瘤等非致命性并发症的发生率也明显升高。在死于AMI的病人中3/4以上有心肌梗死扩展,1/3——2/3是前壁ST段抬高型梗死。超声心动图是诊断梗死扩展的最好手段,可以查见心室的无收缩区延长。当扩展严重到一定程度时,最典型的临床表现是出现响亮的奔马律,以及出现肺淤血或原先的肺淤血恶化。心室破裂是梗死扩展最严重的后果。
②心室扩张
除了梗死扩展外,心室存活部分的扩张也与重构有重要关联。心室扩张在梗死发生后立即开始,并在以后持续数月,甚至数年。非梗死区的扩张可视为面向大范围梗死维持心搏量的代偿机制,对残余有功能的心肌的额外负担可能是引起心肌肥厚的原因。肥厚的心肌有助于代偿梗死产生的功能损害。某些病人在MI后数月所见到的血流动力学改善就因于此。存活的心肌最后也受损,导致心肌进一步扩张,心肌整体功能障碍,最后心力衰竭。非梗死区这种球形扩张虽能部分代偿维持心功能,但也使心肌除极趋于不一致,使病人容易发生致命性心律失常。
心肌重构的基础是表型的改变,这主要是由病理性刺激引起的胚胎基因的重新表达导致的,后者导致了心肌快速生长以代偿心肌梗死后心肌负荷的增加。心肌质量增加的部分是由于心肌细胞肥大。然而,这些蛋白的质量并不能满足对成人心肌的要求,最终导致心肌功能障碍。基因表达改变的另一后果是胶原沉积,引起弥漫性间质纤维化、血管周围纤维化和局灶性修复性纤维化。这导致心肌顺应性下降并出现舒张功能障碍。血管周围性纤维化影响了冠状动脉顺应性,降低了冠状动脉储备,而造成心肌缺血的加重。另外,纤维化还可能促发室性心律失常。纤维化组织是生命组织并含有活的细胞。因此,成纤维细胞能够持续分泌胶原,而巨噬细胞能够持续吞噬这些胶原。这些细胞消耗了大量的氧、能量和营养,从而导致做功心肌中相应物质的缺乏。这些因素导致了心肌的不断死亡和心室收缩功能的障碍。
在重构的心肌中存在着血管缺乏,进一步减少了对存活心肌细胞的氧和养分供应,并促使进行性的细胞死亡和重构。心肌细胞肥大还导致了线粒体密度的相对下降,造成能量生成不足和心肌功能障碍。
重构的心肌还存在Ca2 转运障碍,这是由于肌质网、Ca2 通道和Ca2 泵相对减少造成的。由于基因表达的改变,Ca2 转运蛋白的质量也有所下降,也促进了心肌功能障碍。
心肌重构的一个特征是肌动蛋白向运动缓慢的异构体的转换,这造成心肌收缩减缓并引起心肌功能障碍;其另一个重要特征是心肌细胞坏死和凋亡,它们能导致纤维化从而加重重构,这是由于损失的细胞被胶原代替以避免在心肌中出现间隙。
总而言之,心室重构是复杂的过程,开始于急性发病后,可于数月或数年仍继续在进行。如早期使闭塞的冠状动脉再通,减少梗死范围,硝酸酯类以及血管紧张素转化酶抑制药的应用,在梗死早期降低心室膨胀的压力,都能对心室扩张起到有益的作用。
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