心源性休克的病理生理学
昆明医科大学第一附属医院 单可记翻译
重症行者翻译组
综述目的
描述心源性休克（cardiogenic shock ，心源性休克）的病理生理学，从主要途径到炎症机制和蛋白质组学特征。
最近发现
虽然心源性休克的经典病理生理学途径（即由于心输出量不足和外周血管收缩导致的器官灌注减少）由来已久，但是宏观和微观血流动力学在疾病的严重程度及其预后中的作用仅在最近几年才被广泛研究。此外，为了完成心源性休克病理生理学的复杂景象，细胞因子级联、炎症和蛋白质组学分析的研究最近也被提上了日程。
总结
了解心源性休克的病理生理学对其最佳治疗非常重要。
要点
· 心源性休克的特征是由每搏量和氧输送不足引起的外周血管收缩和严重的终末器官损伤。
· 心肌收缩力的显著降低会引发心源性休克综合征。
·全身炎症激活和血管张力降低改变了以往心输出量降低和外周血管收缩的经典血流动力学特征。
·在探究心源性休克个案的基础上和理解其病理生理学对于如何正确处理该综合征是至关重要的。
介绍
心源性休克（CS）的特征是由心输出量（CO）和氧输送（DO2）不足引起的外周血管收缩和严重的终末器官损伤。总体而言，心源性休克累及心肌收缩力的显著降低，而心肌收缩力的显著降低可渐进性、潜在地导致心输出量减少、血压降低以及进一步的冠状动脉缺血，所有这些都可能导致进一步的心肌收缩力降低和多器官衰竭。这个闭环有可能以死亡告终（图1）。
确定潜在病因可以在血流动力学复苏和稳定后启动特定的药物或机械治疗。目前的在案记录显示，高达81%的心源性休克患者有潜在的急性冠脉综合征（ACS）。因此，对于有冠心病危险因素的患者，急性冠脉综合征应该是初步诊断首要检查对象，在该检查中应包括出现症状后10分钟内的心电图。
众所周知，心源性休克会导致整个循环系统以及周围血管系统的急性和亚急性紊乱。四肢和重要器官的低灌注也很常见。如果激发事件是每搏量（SV）不足，则外周血管收缩可以维持组织灌注压，以改善冠状动脉和外周的灌注，同时也代表后负荷增加。这种情况因组织灌注改变和急性心脏损伤触发的全身炎症，进而会使病理性血管舒张而变得复杂化。心动过速经是室上速中最常见的类型，心动过速通常被认为是每搏量下降的一种重要代偿机制。
原发性心脏问题
经典的病理过程是严重的急性心肌梗死（AMI）后的心肌组织损伤，导致严重的左室功能不全。尽管病因可能不同，但心源性休克的病理生理涉及很多不同但又相互叠加的因素：最初的心脏受损，心输出量降低，中枢血流动力学改变[包括左室（LV）和右室（RV）充盈压力升高时压力和容量之间相互作用的变化]，微循环不稳，全身炎症反应，以及器官功能障碍。这些事件可以被认为是短暂的心源性休克阶段，根据最初心脏损伤的严重程度和/或治疗的早期实施，在此阶段中的每一个都可能被延迟。另外，在慢性心力衰竭（CHF）患者中，心律失常或呼吸道感染等诱发因素可导致心脏代偿功能的急性恶化，并演变为心源性休克。在无心血管基础疾病的患者中，若发生了心源性休克，则其结果往往更糟。
由于左室收缩力的急剧下降，心输出量减少，导致血压急剧降低，随后左室舒张末期压力升高。低血压引起代偿性血管收缩，功能性地将血容量转移到循环池，导致心脏充盈压升高，从而改变心室-动脉偶联（ventricular-arterial coupling，VAC）。全身血管的收缩最终导致后负荷增加和心功能降低。最终会导致外周组织和心脏本身的氧输送（DO2）严重减少。
组织微循环的改变也与患者30天的死亡率和脓毒症相关性器官衰竭评估（SOFA）评分的时间变化有关，这可以通过机械循环支持（MCS）来改善。心脏输出功（CPO = CO×BP）的严重减少是左室功能极度障碍的标志，心脏输出功低于0.53W是不良结果的强烈指标。
右室的作用
由于右室是一个“容积泵”，而不是一个“压力泵”，因此右室不能有效地耐受后负荷的急剧增加。由原发性收缩功能障碍或继发性前负荷/后负荷失衡引起的右室功能障碍可能是心源性休克的主要原因（如急性肺栓塞、单纯性原发性三尖瓣反流和右室心肌病）。同样，当右室功能障碍合并左室异常（如下壁心肌梗死相关的右室梗死、极重度肺动脉高压）时，也可导致心源性休克。严重右室功能障碍时，心源性休克可伴有或不伴有肺动脉高压。
右室衰竭导致的影响主要归因于“静脉充血”。由于静脉血管阻力低，静脉回流到右室的驱动压力也低（约5mmHg），但必须通过静脉压力的成比例上升来维持右室充血。为了维持心源性休克患者的静脉回流，右心房压力突然增至15 mmHg，这时需要组织的静脉压接近20 mmHg。通过降低灌注压力梯度（系统的动脉压与器官的静脉压力差），器官中的这种反向压力会显著损害其灌注。因此，前向血流不足是右室受损时终末器官灌注不足和静脉压升高的原因。最终，因为右室衰竭导致右室扩张，室间隔移向左室，损害左室充盈，并导致心内膜下缺血，如果这一变化持续存在则可进一步加剧全身灌注不足。肺动脉搏动指数[（肺动脉收缩压-肺动脉舒张压）/右房压]降低（肺动脉搏动指数< 0.9）时表明右室功能明显丧失。
心源性休克时微循环的变化
心源性休克患者早期出现微循环功能障碍。它与多器官衰竭的发展相关，并预示急性心梗合并心源性休克患者的预后较差。全身低灌注导致全身炎症，导致大量一氧化氮（NO）介导的血管扩张和全身血管阻力显著降低。其他诱导血管扩张的全身炎症介质包括白介素和肿瘤坏死因子-α。无论机制如何，这些炎性介质会抵消神经激素的某些方面正性肌力作用，从而导致全身血管阻力降低以及损害静脉扩张的潜力，这两者都可以降低血压，并使心源性休克的恶性循环持续发展。
由于微循环网络依赖于血流量，因此，心输出量的减少和血管张力的升高可能会降低毛细血管的反应性，导致细胞缺氧。
然而，即使在极度缺氧的情况下，线粒体的活性和功能也能维持数小时，动物模型显示线粒体功能最初被上调以满足代谢需求。储存在血液红细胞的NO生物学的改变可能导致血管收缩、血小板聚集和氧气供应不足；输血也可能导致炎症。
在心源性休克发病后的第2天，临床上20-40%的心源性休克患者会出现明显的炎症，这些炎症可导致最初的体循环血管阻力（SVR）降低。研究显示，在心源性休克开始后，可立即观察到细胞因子（白细胞介素-1、6、7、8、10）水平升高并与早期死亡率相关。促进血管扩张的局部原因包括NO介导的病理性血管舒张、血糖紊乱和晚期糖基化终末产物的突然升高--这些因素都与死亡的风险增加有关。不幸的是，对于心源性休克，尚无研究证明抗细胞因子治疗或抗NO治疗是成功的。
BUCKONG-SHOCK研究的一项亚组分析强调了微循环灌注参数与30天全因死亡率和肾脏替代治疗的综合临床结果之间存在重要且独立的相关性，尤其在微循环和大循环灌注参数之间的血液动力学不一致的患者中。尽管有关心源性休克微循环的研究很有诱惑力，但其对治疗性刺激的反应往往与结构性后果无关；旨在使心源性休克微循环正常化的干预措施目前尚无定论。
慢性心力衰竭急性发作
5%~12%的急性冠脉综合征患者合并心源性休克。机械性并发症（包括乳头肌断裂、室间隔缺损或心脏游离壁破裂）传统上被认为是晚期并发症，但通常出现在住院后24小时内。针对这样的诊断，需要高度警惕和迅速超声心动图检查。
慢性心衰可能处于急性失代偿状态，可占心源性休克病例的30%。这些患者经历了病情稳定性的下降，或者对基于指南的治疗的依从性较差，因此会导致他们的慢性病急剧恶化。血流动力学状态和对神经激素的敏感性往往差异较大，因此，在表现为心源性休克的慢性心力衰竭患者的治疗方面可能与非慢性心衰的治疗有较大区别。缩血管药物，如血管紧张素II、内皮素-1和去甲肾上腺素在心力衰竭患者的治疗中常常需要显著上调。
导致心源性休克的其他因素
其他情况可能会导致心源性休克不稳定和恶化（表1）。如果没有被发现或监测不足，晚期心脏瓣膜疾病和人工心脏瓣膜功能障碍也可以表现为心源性休克。尽管随着超声心动图技术和监测的改进，这种可能性变得越来越小。矛盾的是，在急性心肌炎中，病情最严重的患者康复的机会却最大，特别是年轻患者。临床症状的快速识别并迅速采取积极的血流动力学支持可能对这些患者的生存至关重要。
应激性心肌病或Takotsubo综合征越来越为人所熟悉，它与心源性休克有关，也可能需要机械循环支持，尽管有时它只会表现出轻微的心血管损害。在这种综合征中，左室功能障碍通常是一过性的。
甲状腺功能亢进和甲状腺功能减退也可能导致循环衰竭。与妊娠相关的心脏疾病，包括围产期心肌病和急性冠脉夹层也可表现为心源性休克。目前已经发现了很多其他导致心源性休克的原因，但这些原因通常比较少见（不到1%）。
2-6%的心脏术后患者合并心源性休克。其原因可能是心输出量不足（导致心肌冬眠、心肌顿抑或心肌保护不足）、全身血管扩张或上述的任何一种情况所致。
大约20-30%的心源性休克患者合并感染。
脓毒症或脓毒性休克中的多器官功能障碍是宏观血流动力学改变和微循环功能障碍共同作用的结果，并预示着患者预后不良。心肌抑制是导致脓毒症患者血流动力学改变的一个公认因素，也是脓毒性心肌病的特征。一些心肌抑制因子已被确认，包括炎症和致病相关因子。然而，一个关键的病理生理因素似乎是内皮功能障碍，内皮功能障碍是由炎症相关的内皮通透性增加引起的，并导致心肌细胞水肿和功能障碍。此外，此外，与NO代谢改变、氧化应激、线粒体功能障碍、自主神经失调和钙转运异常有关的机制都被认为参与其中。
肠道屏障的微循环损伤导致细菌移位增加，肠道往往是最先受到休克影响的器官之一。革兰氏阴性菌产生的脂多糖（内毒素）入血，导致细胞因子的发展和炎症，从而加速血流动力学障碍，直至多器官衰竭。此外，对心脏有抑制作用的镇静剂（如丙泊酚）、抗心律失常药、β-受体阻滞剂、利尿剂的不当使用以及右室休克时的容量负荷过大都可能是导致心源性休克心血管系统功能障碍的医源性因素。
心脏和血液循环之间的相互作用
床旁压力-容积（P-V）的测量越来越多地应用于临床实践中，以更好地解释心源性休克的病理生理机制，并定制其治疗方案。
PV环包含在收缩末期和舒张末期压力-容积关系（ESPVR和EDPVR）的限制范围内（图2A）。当心室收缩力迅速下降时，ESPVR向下和向右移动。BP（PV环降低的高度）、每搏量（PV环减小的宽度）和心输出量都会因为心室收缩力的降低而自动大幅降低（图2B）。左室舒张末压和肺毛细血管楔压也可见升高。
ESPVR的斜率称为左室弹性（ELv），等同于左室收缩力。在PV平面上连接收缩末期容积/压力点和舒张末期容积/零压点的直线的斜率称为动脉弹性（Ea），并与后负荷相关。Ea和ELv之间的关系称为心室-动脉偶联（VAC）（图3），其数值在生理条件下接近一致。然而，在急剧改变的血流动力学状态下，收缩力降低和/或后负荷增加均会导致心室-动脉偶联增大和心肌耗氧量增加。
心室-动脉偶联评估在急性心源性休克状态中的作用仍有待进一步探索。然而，我们在脓毒性休克患者床旁评估心室-动脉偶联的经验，以及追踪和预测治疗后血流动力学反应的经验表明，应提倡开展心源性休克患者左室弹性和心室-动脉偶联床旁评估的研究。评估心脏-循环的交互作用可以深入了解血流动力学监测数据背后的病理生理学，以进一步支持临床管理和重新评估。
压力感受器在血压中的敏感性减弱，并导致自主神经传出纤维从肾上腺释放肾上腺素。这些因素会加快心率（从而增加心输出量），增加心肌收缩力，并引起全身血管收缩。
静脉收缩也是心源性休克病理生理学的重要组成部分。它会使得静脉P-V曲线左移，从功能上将血液从非张力池转移到张力池，从而增加功能性循环血量，以提高中心静脉和肺静脉压力。此外，这些影响会导致PV环进一步右移，血压升高，但对心输出量的影响可以忽略不计。在这一点上，心输出量更容易受到因心率增快产生的驱动而增加。
心室重构是由持续的神经激素激活状态和充盈压升高所驱动的，其特征是左室逐渐增大但功能减弱。在PV平面上，重构表现为ESPVR和EDPVR右移，并表现为慢性心衰时全心大小、结构和功能的整体改变（图3C）。
有何新进展，未来在何方
蛋白质组学研究可能有助于更好地理解心源性休克的病理生理学，改善风险分层，并开发新的治疗方法。最近的研究发现了一种与多器官功能障碍、全身炎症和免疫激活有关的四蛋白复合物（CS4P）。心源性休克早期CS4P表达的变化将先于显性的多器官衰竭，并将患者归类为高死亡率风险患者。此外，较高水平的循环二肽基肽酶3 （DPP-3）与血流动力学恶化、难治性心源性休克以及90天的死亡率相关。
DPP-3是一种与炎性途径改变相关的胞质酶，可引起显著的正性肌力和负性血管舒张作用，在动物模型中可被逆转。
结论
心源性休克是一个由来已久的疾病，它可导致血流动力学衰竭和患者死亡。对心源性休克病理生理学进行推理和理解是制定针对其合适的治疗计划和临床管理的基石。正确识别血液动力学表型和理解细胞因子和炎症介质的作用对避免血流动力学参数的误解、防止其紊乱和限制其死亡率是至关重要的。提倡对心脏-循环交互作用以及细胞和蛋白质组学的病理生理学作用进行研究，以便更好地了解导致心源性休克的途径，更好地调整其未来治疗的努力方向。