高原心臟病主要由慢性缺氧引起的右心功能受損。左心室是否亦受累，或受累程度如何尚不清楚。低壓低氧是發生高原心臟病的根本，而低氧性肺動脈高壓和肺小動脈壁的增厚或重建(remodeling)是發病機制的中心環節或基本特征。
肺動脈高壓
經臨床和動物模型的研究慢性高原病特別是高原心臟病的肺動脈壓有異常升高。長期持久的低氧性肺血管收縮和肺動脈高壓，使右心后負荷逐漸加重，并發生右心室代償性肥厚。當病程繼續發展，心臟儲備力進一步減退；同時缺氧可損傷心肌細胞，使心肌收縮力減弱，心輸出量降低，最終導致右心衰竭。關于低氧性肺血管收縮的機制，雖進行了許多研究，確切的機制尚未清楚。
(1)血管活性物質的作用：肺對血管活性物質的控制和調節具有獨特的作用。肺血管內皮細胞是分泌和合成血管活性物質的重要場所，可合成并釋放具有舒縮血管作用的兩類物質，從而對血管張力有重要調控作用。在舒張血管方面最重要的是前列腺素(prosta glandin PG)和一氧化氮(nitric oxide NO)亦稱內皮舒張因子(en dothelium relaxing factor，EDRF)；而在收縮血管方面有內皮素(endo thelin，ET)和血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ)。PG廣泛存在于哺乳動物的各類組織和體液中，其肺組織中含量最高。使用PGIS轉基因治療原發性肺動脈高壓和其他血管性疾病得到良好的效果。
ET由血管內皮細胞合成和分泌。人體有3種ET即ET-1、ET-2和ET-3。其中ET-1是公認的最強肺血管收縮劑，由21個氨基酸組成的多肽。研究表明無論急性或慢性缺氧均可刺激內皮細胞合成并釋放ET，從而使肺血管強烈收縮。血漿ET-1濃度的增高與組織缺氧程度有關。高原居民特別是高原紅細胞增多癥病人ANP的含量顯著升高，ANP可擴張血管，減少靜脈回流，阻止肺動脈高壓的發生。在慢性缺氧下，ET-1可促使肺小動脈平滑肌增殖肥厚，從而進一步增高肺動脈壓。另外高原肺水腫和高原紅細胞增多癥病人的血管緊張素轉化酶的含量比高原正常人高3～4倍，說明急慢性缺氧可促使肺血管內皮細胞合成ACE，并加速血管緊張素I轉化為血管緊張素Ⅱ及降解舒血管物質而使肺血管收縮。
(2)細胞膜離子通道作用：已知細胞膜離子通透性的變化，以及由此而引起的離子跨膜電位，對肺血管舒縮起重要作用。體內血氧分壓的高低可調節離子通道的活性；離子的變化對肺血管各有不同的作用如細胞內K+濃度增加可舒張血管；而Ca2+濃度的增加能收縮血管細胞外K+和Ca2+在平滑肌細胞膜上有競爭性抑制作用；低氧可抑制肺動脈平滑肌細胞膜的K+內流，細胞膜靜息電位去極化及Ca2+流加速，致使細胞內游離Ca2+濃度增加，從而促使肺血管平滑肌收縮，肺動脈壓增高。抑制Ca2+內流的鈣拮抗劑(異搏定)可有效地治療肺動脈高壓說明Ca2+與肺動脈高壓的發生有一定關系。
肺血管結構重建
動物實驗及臨床資料證實，長期嚴重缺氧使肺血管出現形態學的改變，其主要表現為肺小動脈中層肥厚及無平滑肌的細小動脈(直徑＜100μm)肌性化。低氧性血管收縮是導致肺小動脈肌化的初始機制；肌層增厚可進一步促進肺小動脈的阻力增加收縮力增強使肺動脈壓力更為增高。在高原心臟病尸檢中，肺小動脈壁明顯增厚，尤其是中層平滑肌增加，血管壁厚度占血管外徑之百分比增大另外，肺血管內皮細胞腫脹，呈圓形向管腔突出，或與管壁呈垂直排列。肺血管的重建，亦常發生于原發性肺動脈高壓，慢性心肺疾病等，但形態學的改變在某些方面不同于單純缺氧所致的高原心臟病，如肺血管壁的增厚主要以內膜增殖和外膜纖維化為主，慢性肺泡性缺氧所致的肺血管重建主要表現在血管平滑肌細胞的增殖或游走。
(1)VEGF可由肺泡巨噬細胞、血管平滑肌細胞和內皮細胞合成，它有兩個特異性受體，即Flk-1和Flt-1存在于內皮細胞中。VEGF的活性需依賴于HlF-1，慢性缺氧使HlF-l的合成增加，進而促使VEGF的基因轉錄加速，VEGF的合成并釋放。用免疫組織化學染色肺心病病人肺小動脈平滑肌細胞VEGF-Flt出現陽性，而且血管壁越厚免疫反應就越強。Tuder和Christon分別發現在慢性低氧性肺動脈高壓動物模型中VEGF-Flk受體mRNA明顯增高，肺小動脈中層平滑肌細胞的VEGF-Flt-1呈強陽性，提示VEGF可參與缺氧性肺血管重建過程。
(2)轉化生長因子-β1(TGF-β1)：是一種多功能的生長因子。TGF有3種類型：TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3；TGF-β1為分子量25KD的二聚體。它存在于血小板、肺臟等多種組織中；對肺血管平滑肌、血管內膜及肺間質等有較強的增殖及纖維化作用。移居高原大白鼠肺小動脈和細支氣管周圍的單核細胞，巨噬細胞和中性粒細胞對抗TGF-β1抗體呈強陽性，而在高原鼠兔未發現此種反應。另外，原發性肺動脈高壓和肺心病病人的肺血管平滑肌細胞對TGF-β1也出現陽性。TGF-β1可能由多種細胞分泌，如肥大細胞、內皮細胞、中性粒細胞和肺泡巨噬細胞等，它的活性需要依賴其他細胞因子的存在。
(3)肥大細胞類胰蛋白酶(mastcell tryptase)：早期的研究證實吸入低氧氣體的大鼠肺血管周圍肥大細胞密度增加，并出現脫顆粒，被認為肥大細胞釋放某些介質如組胺等，使肺血管收縮。隨著免疫組織化學及分子生物檢測技術的發展，發現肥大細胞除了釋放舒縮血管介質外，還合成和釋放很多生長因子，其中Tryptase和chymase(胃促胰酶)是大家熟悉的肥大細胞分泌的多肽生長因子。Tryptase于1981年首次從人體肺組織肥大細胞中提純的丙氨酸蛋白酶，分子量為110～140KD，是一種大分子復合物。哮喘病人和吸煙者的肺泡灌洗液中Tryptase的含量極高。Heath等發現在玻利維亞世居高原人肺組織中特別是管壁增厚的小動脈周圍有大量的肥大細胞堆積，并提出肥大細胞對血管重建的作用似乎比縮血管的作用更重要。
高原心臟病尸檢病理報道極少。其病理學的主要特點是心臟體積增大，重量增加；右心房、右心室擴張肥厚，右心室重量占全心67%(正常為30%)，肺小動脈中層增厚，部分病人血管內膜纖維化、中小肺動脈廣泛阻塞性血栓形成肝臟充血腫脹。光鏡下可見心肌特別是右室乳頭肌和右心室壁有嚴重肌纖維變性、壞死、鈣鹽沉積及瘢痕形成。電鏡下見肌原纖維溶解、破壞、線粒體腫脹、空化。有的可見致密顆粒，內質網擴張和糖原顆粒減少等。肺血管的改變表現在肺小動脈中層肥厚及無平滑肌的細小動脈(直徑＜100μm)肌性化。血管壁增厚除了中層平滑肌細胞增殖血管內膜和外層纖維組織亦出現增生；有的小動脈內皮細胞腫脹、突向管腔致使血管腔變窄甚至阻塞。