循環外篇：動脈管的物理性質與血管阻抗頻譜

台大張國柱

以功能的觀點言，動脈系統可分為彈性血管（elastic arteries）和阻性血管（resistance vessels）。由於主動脈和大動脈的管壁中層含有高量的彈性素（elastin），是為彈性血管，是循環系統中形成連續性血流的必要。此外主動脈具有彈性漸縮（elastic tapering）、幾何逐漸變細（geometric tapering）、以及血管分支（branching）等特性，是造成多重波反射（multiple wave reflection）的主因。另一方面，週邊的小動脈或細動脈則含有多量的血管平滑肌，是為肌性血管（muscular arteries）或阻性血管，是產生血管阻力的所在。因此討論動脈系統的物理性質時，必須將彈性血管、肌性血管以及波反射等特性納入考量。

對循環系統而言，動脈之血壓與血流的關係很是複雜，但可將動脈系統化約為線性且為非時變之系統（linear and time-invariant system），並以脈態的血流波作為系統的輸入訊號，脈態的血壓波作為系統的輸出訊號，那麼系統的脈衝響應（impulse response）便具備了描述並量化動脈管的力學特性。相對於時域（time domain）脈衝響應之頻率響應（frequency response）便是頻域（frequency domain）的動脈阻抗頻譜（impedance spectra）。

阻抗頻譜包括了動脈物理性質的穩態和脈態成分，而血管阻力僅為穩態成分。在人類和哺乳類動物實驗中發現：主動脈和肺動脈之血管阻抗均受物理刺激、化學藥物和生理病理等因素的影響而發生顯著的變化。這些証據可用來描述心室功能與動脈輸入阻抗（arterial input impedance）之間的關係，以體循環為例，動脈管的物理性質可影響主動脈根部之血壓對血流諧波振幅的比值，這一比值可決定性地影響心臟壓送血液進入動脈管的功能。

Milnor 主張使用主動脈輸入阻抗來量化左心室後負荷，而非使用時變的心室壓或壁應力。其優點如下：

（1）當血壓於射血期間隨時間而改變時，並不須要假設後負荷也需隨時間而改變，也就是說只要動脈系統的物理性質保持不變，那麼後負荷也就維持不變。至於血壓與血流在心週期內隨時間的變化，可視為心室與心室後負荷之間彼此交互作用的結果。

（2）阻抗頻譜展現了頻率相關與動脈波反射（arterial wave reflection）的特性，這是其它參數所難以表達的。

因此，主動脈輸入阻抗正是量化心臟外部因子、阻礙心室血流的最佳指標。