循環生理暨血行力學

文：張國柱（ Chang ， Kuo-Chu ）          台大名譽教授     日期： 2018/08/30   人體的循環系統大致可分為體循環和肺循環，這兩個循環是以串連的方式相互連結。今以體循環為例，做如下的討論。   動脈管的分類： 以功能的觀點而言，體循環的動脈管可分為：（ 1 ）近心端的主動脈或大動脈，其管壁所含的彈性素（ elastin ）比膠原蛋白（ collagen ）高出甚多，彈性佳，故稱為彈性管（ elastic arteries ）；（ 2 ）遠心端靠近組織或器官的小動脈或細動脈，富含血管平滑肌，故稱肌性血管（ muscular arteries ）。肌性血管可利用血管平滑肌的收縮或舒張，調控進入組織或器官的血流量，為血管阻力的主要發生所在，故又稱為阻力性血管（ resistance vessels ）。此外小動脈或細動脈管壁所含的彈性素比膠原蛋白低甚多，較不具彈性。   動脈壓穩態參數的定義 動脈血壓波的最高點稱為收縮壓（ systolic pressure ， P s ），最低點稱為舒張壓（ diastolic pressure ， P d ）。若對一整個週期的血壓波求得面積，再除以週期，便可得到平均動脈壓（ mean arterial pressure ， P m ）。若只計算收縮期的平均壓，則稱為平均收縮壓（ mean systolic pressure ， P ms ）；若只計算舒張期的平均壓，則稱為平均舒張壓（ mean diastolic pressure ， P md ）。此外，收縮壓與舒張壓之間的差值稱為脈搏壓（ pulse pressure ， PP ）。   動脈壓穩態參數的生理意義 （1）   若 P ms 愈高，則心臟必須做更多的功，以便將血液從左心室壓送到動脈循環。此時心臓會消耗更多的氧，導致心臟氧的需求量（ oxygen demand  ）增加。   （2）   若 P md 愈低，則冠狀動脈的血液灌流量會下降。此時心臟所得到的氧會降低，導致心臟氧的供應量（ oxygen supply ）不足。   （3）   若 P m 愈高，在血流不...

文：張國柱（ Chang ， Kuo-Chu ）          台大名譽教授     日期： 2018/08/29   循環系統大致可分為體循環和肺循環，這兩個循環是以串連的方式連結在一起。以體循環為例，其組成包含：（ 1 ）具幫浦射血功能的左心室；（ 2 ）具緩衝血量功能的主動脈和大動脈；（ 3 ）具調控組織灌流的小動脈和細動脈（血管阻力的主要所在）；（ 4 ）行物質交換的微血管；（ 5 ）具有較弱血管阻力的細靜脈和小靜脈；（ 6 ）具儲存大量血液的大靜脈。循環系統具有連續性的血流，並有一套調控機制用以穩定各組織或器官所需的血流，因此當參與調控血流的心血管發生病變而導致機制失能時，便會危害組織或器官的功能。   動脈管的物理性質 主動脈和大動脈的管壁中層具有含量較高的彈性素，因此又稱為彈性血管（ elastic arteries ）；而周邊的小動脈或細動脈則具有較多的血管平滑肌，又稱為肌性血管（ muscular arteries ）。由於主動脈靠近心臟，因此任何造成主動脈和大動脈管壁硬化的因素，都會影響到心臟的舒張功能，傷害心臓的收縮功能，增加心臟的收縮負荷（ systolic loading ），造成心肌氧耗 - 氧供的失衡（ myocardial oxygen consumption-supply imbalance ），導致心衰竭。周邊細小動脈則可透過血管平滑肌的收縮或舒張，調控進入組織或器官的血量，因此又稱為阻力性血管（ resistance vessels ）。阻力性血管所產生的阻力與組織或器官的缺氧有關：阻力性血管病態性地收縮產生過高的血管阻力時，會降低血液供應而造成組織或器官的缺氧；反之，血管阻力太低而有太多的血液流入組織或器官時，則會造成微血管的高血壓，進而傷害組織或器官。   循環系統中的連續性血流 從血流（ blood flow ）的觀點而言，左心室的射血是間歇性的（ intermittent ）動作：「收縮期，血液由左心室壓送至動脈管；舒張期，左心室則無射血動作，反而是從左心房而來的填血動作」。然而循環系統的血流必須是連續性，因此將左心室間歇性的射血轉化為循環系統的連續性血流，主動脈和大動脈管就扮演著唯一關鍵的角色。   左心...

文：張國柱（ Chang ， Kuo-Chu ）          台大退休教授   日期： 2018/8/18   流行病學與臨床横向研究顯示： 動 脈硬化（ arterial stiffening ）是慢性腎臟病（ chronic kidney disease ， CKD)  全因死亡與心血管死亡的的獨立危險因子。   由   Moens-Korteweg  方程式可知：動脈硬化可提高脈波的傳播速度（ pulse wave velocity ， PWV ）。主動脈   PWV  的增加能夠提高心臟的耗氧量、降低心臟氧的供應量，造成心肌氧耗與氧供的失衡，最終導致心肌缺氧、心室肥厚以及心臟衰竭等危害生命的後果（請參考【 動脈重塑、動脈硬化對心臟 - 血管交互作用的傷害 】）。由此可知主動脈 PWV 的量測非常重要，因它可提供腎臟病患有關心血管病變的重要資訊。   動脈硬化與慢性腎臟病 對  CKD  和   晚期腎臟病（ end-stage renal disease ， ESRD)   而言，動脈硬化總是和動脈管徑的增加、內層 - 中層（ intima-media ）的增厚、管壁物性的改變（如彈性層的鈣化、膠原蛋白的增加、膠原蛋白的交叉連結、細胞凋亡、血管平滑肌的稀疏、發炎）等因子所導致動脈彈性的降低有關。對  ESRD  而言，主動脈  PWV  雖然具有預測病患全因死亡率和心血管死亡率的能力，但亦須了解老化對 ESRD 的影響。研究顯示： ESRD  病患的年齡若小於 60 歳，那麼當主動脈之  PWV  高於  12 m/s  時所呈現的管壁硬化，便能夠提供相當有意義的預測訊息；但若病患年齡大於 60 歳，這個預測關聯性便沒有那麼重要了，因為老化也是導致動脈硬化的一個重要因素，干擾了腎臟病變與動脈硬化之間單純的相關性。   早期的  CKD  和低於 60 歳的  ESRD  所呈現的動脈重塑與動脈硬化意謂著：應該及早量測 ...

文：張國柱（ Chang ， Kuo-Chu ）          台大名譽教授   日期： 2018/08/04   人體的心臟能夠自發性地產生動作電位的節律點，稱之為竇房結（ sinoatrial node ， SA node ）。竇房結使得心臟可以規律性地跳動，以每分鐘計，便是我們所熟悉的心跳（ heart rate ， HR ）。由於竇房結受到交感神經和迷走神經所支配，因此心跳也受自律神經系統所調控：刺激交感神經可加快心跳，刺激迷走神經則可減慢心跳。此外心跳亦受多種生理機制所調控【請見心率篇（ 5 ）：心率的調控】。 心跳可提供自律神經系統在竇房結靜態活性的總體指標 。   人體有一種心律不整，屬於正常的生理現象，稱之為竇性心律不整（ sinus arrhythmia ），因與呼吸有關，又稱為呼吸竇性心律不整（ respiratory sinus arrhythmia ），其特徵是：吸氣時，交感神經的活性增加，加快了心跳；呼氣時，迷走神經的活性增加，減慢了心跳。因此心臟在這一跳與下一跳之間的時間間隔並不一樣，有些微的差距，這就是所謂的心跳變異（ heart rate variability ， HRV ）。 ，   注意：心跳與心跳變異的高低對疾病的預後往往背道而馳：心跳過快容易造成個體的死亡，而心跳變異過低則會增加個體猝死的機率。   心跳 竇房結自發性地產生規律的去極化（ depolarization ）與再極化（ repolarization ）的現象，謂之本質心跳（ intrinsic heart rate ， HR 0 ），這是因為離體心臟在合適的養分供應下，可以自行跳動的原故。在動物或人體的心臟，除了竇房結所產生自發性的搏動外，竇房結亦受自律神經系統所調控，對心跳有所影響：刺激交感神經可加快心跳，刺激迷走神經則可減慢心跳，兩者互相拮抗。以數學式來表示活體的心跳如下：   HR ＝   m  ×  n  ×  HR 0   m 代表交感神經的影響（＞ 1 ）， n 代表迷走神經的影響（＜ 1 ）。   正常人平靜時，心跳每分鐘約 60 到 100 次，但有報告指...