生理學：微循環與淋巴系統（The Microcirculation and Lymphatic System）

一、微循環 Microcirculation

1️⃣ 定義 Definition

• 微循環（microcirculation）：指小動脈末端到小靜脈起始端之間，負責物質交換與局部灌流分配的血管網系，核心舞台在毛細血管（capillaries）與其前後端的調控結構。

2️⃣ 組成 Components

• 小動脈（arteriole）：提供上游壓力與阻力來源，決定進入微循環的灌流量（perfusion）。
• 後小動脈／化生小動脈（metarteriole）：介於小動脈與毛細血管之間，平滑肌呈間斷分布，可調控毛細血管入口的開關節奏，參與血管運動（vasomotion）。
• 前毛細血管括約肌（precapillary sphincter）：位於毛細血管起始端的平滑肌環，決定哪些毛細血管此刻有血流，因此直接影響交換面積與Kf（capillary filtration coefficient）。
• 毛細血管（capillary）：主要交換場所，負責水、電解質、葡萄糖、氣體等在血液與間質之間移動。
• 動靜脈分流／旁路（arteriovenous bypass）：血液可由較短路徑直接進入小靜脈端，用於快速調整局部血流分配，減少對交換區的灌注波動。

二、毛細血管壁 Capillary Wall

1️⃣ 基本結構 Structure

• 內皮細胞（endothelial cell）：形成毛細血管主要屏障，決定通透性（permeability）。
• 內皮細胞間隙（intercellular cleft）：水溶性物質主要擴散通道，許多小分子沿此路徑通過毛細血管壁。
• 基底膜（basement membrane）：提供結構支撐與過濾層特性，影響大分子移動阻力。
• 小窩（caveolae，又稱 plasmalemmal vesicles）：內皮膜內陷小囊，與大分子跨細胞運輸相關；其內含小窩蛋白（caveolins），可與膽固醇互動並聚合形成小窩結構。

2️⃣ 作用 Functions

• 決定可擴散物質的大小篩選（size selectivity）：細胞間隙較利於水與小分子；大分子需更少量通路或跨細胞運輸。
• 決定水的濾出能力：毛細血管孔洞數量與大小、以及有血流通過的毛細血管數目，會共同影響整體濾過能力，最後被整合為Kf。
• 器官差異化過濾設計：例如腎小球毛細血管（glomerular capillaries）具有窗孔（fenestrae），讓小分子與離子可大量濾出，但血漿蛋白仍多被限制。

三、毛細血管血流與血管運動 Flow in Capillaries—Vasomotion

1️⃣ 血管運動定義 Definition

• 血管運動（vasomotion）：毛細血管血流呈間歇性開—關變化，原因是化生小動脈與前毛細血管括約肌的間歇性收縮與放鬆。

2️⃣ 主要調控因子與作用 Mechanism & Function

• 組織氧濃度（tissue oxygen concentration）是重要調控因子：當組織耗氧增加導致氧濃度下降，毛細血管開啟頻率變高、每次開啟時間變長，讓更多氧與營養被帶入組織，同時促進代謝產物移除。
• 作用重點：
• • 配對供需（supply-demand matching）：讓灌流量隨代謝需求調整。
  • 動態調整交換面積：開啟更多毛細血管等同於增加可交換表面積，功能上會提高Kf的有效值（因為有更多血管在參與交換）。

四、毛細血管液體交換 Capillary Fluid Exchange（Starling Forces）

1️⃣ 四大力量 Four Starling Forces

以下力量共同決定水分跨毛細血管壁的淨移動方向（net movement）：

• 毛細血管靜水壓（capillary hydrostatic pressure, Pc）
• • 作用：把水推向血管外，促進濾出（filtration）。
• 間質液靜水壓（interstitial fluid hydrostatic pressure, Pif）
• • 作用：當Pif為正值，會把水推回血管內；當Pif為負值，反而會有向外吸拉的效果，趨向促進濾出。
• 血漿膠體滲透壓／血漿致膠滲透壓（plasma colloid osmotic pressure / oncotic pressure, Πp）
• • 作用：主要由血漿蛋白造成，透過滲透作用把水拉回血管內，促進再吸收（absorption）。
• 間質液膠體滲透壓（interstitial fluid colloid osmotic pressure, Πif）
• • 作用：由間質蛋白造成，透過滲透作用把水拉向血管外，促進濾出。

2️⃣ 淨濾過壓 NFP（Net Filtration Pressure）

• 淨濾過壓（NFP）定義：四力加總後的結果，正值代表淨濾出，負值代表淨再吸收。
• 公式：
• • NFP = Pc − Pif − Πp + Πif

3️⃣ 濾過係數 Kf（Capillary Filtration Coefficient）

• Kf（capillary filtration coefficient）：整合毛細血管通透性（permeability）與可用交換表面積（surface area）的量，表示在某個NFP下，毛細血管膜能濾出水的能力，常以 ml/min/mmHg 表示。
• 公式：
• • Filtration（濾過率）= Kf × NFP

五、四大力量

1️⃣ 毛細血管靜水壓 Pc（Capillary Hydrostatic Pressure）

（1）Pc是什麼

• Pc：毛細血管內血液對血管壁施加的壓力，屬於推力，傾向把液體推出血管外。

（2）如何測量與典型範圍

• 微管插管法（micropipette cannulation）：以玻璃微管直接插入毛細血管量測，得到不同部位的壓力梯度：
• • 動脈端約 30–40 mmHg
  • 靜脈端約 10–15 mmHg
  • 中段約 25 mmHg
• 不同組織差異大：
• • 腎小球毛細血管可高達約 60 mmHg
  • 腎小管周圍毛細血管（peritubular capillaries）約 13 mmHg

（3）Pc為何會改變

• Pc受到上游與下游阻力、靜脈壓、血流分配影響，Pc升高時：
• • NFP更偏正值 → 濾出增加 → 間質液增加 → 淋巴負荷上升 → 超過負荷即出現水腫風險（edema risk）。

2️⃣ 間質液靜水壓 Pif（Interstitial Fluid Hydrostatic Pressure）

（1）Pif是什麼

• Pif：間質液對周圍結構施加的壓力，會影響水從毛細血管移動的方向：
• • Pif為正：形成向內推力，幫助液體回到毛細血管
  • Pif為負：呈現吸力效果，傾向讓液體離開毛細血管

（2）量測方法與典型值

• 常用方法包含：微管測量（micropipette）、植入多孔囊（implanted perforated capsules）、棉線芯法（cotton wick）。
• 鬆散皮下組織（loose subcutaneous tissue）一般略低於大氣壓，平均約 −3 mmHg。

（3）Pif常呈負值：淋巴抽吸效應

• 淋巴系統會移除多餘液體與蛋白等，當液體進入末端淋巴毛細管後，淋巴管壁會自動收縮並將液體推入循環，整體形成輕微的抽吸，造就間質壓略為負值的常態。

3️⃣ 血漿膠體滲透壓 Πp（Plasma Colloid Osmotic Pressure / Oncotic Pressure）

（1）Πp的本質

• 滲透壓由無法自由通過半透膜的溶質造成；在毛細血管層級，主要無法輕易通過孔洞的是蛋白質，因此血漿蛋白成為Πp主要來源。
• 又稱致膠滲透壓（oncotic pressure）。

（2）正常值與組成來源

• 正常人血漿Πp約 28 mmHg：
• • 約 19 mmHg來自蛋白分子本身的滲透效應
  • 約 9 mmHg來自Donnan效應（蛋白結合陽離子導致額外滲透壓）

（3）不同血漿蛋白的作用差異

• 滲透壓取決於分子數；同樣重量下，分子量越小 → 分子數越多 → 產生的滲透拉力越大。
• 白蛋白（albumin）分子量較小且含量高，因此對Πp貢獻最大：血漿總Πp約八成來自白蛋白。

4️⃣ 間質液膠體滲透壓 Πif（Interstitial Fluid Colloid Osmotic Pressure）

（1）蛋白如何進入間質

• 多數毛細孔洞小於血漿蛋白分子，仍有少量蛋白會：
• • 經部分孔洞漏出
  • 透過小囊泡跨細胞運輸（transcytosis）進入間質

（2）Πif的作用核心

• 間質蛋白會把水拉向血管外，等同促進濾出的滲透力，若間質蛋白累積，Πif上升，濾出趨勢更強，水腫風險上升。

六、Kf的器官差異與意義（分類標準：通透性＋表面積）

1️⃣ 全身與組織尺度的Kf

• 全身毛細血管濾過係數（whole body Kf）可用每mmHg的淨不平衡力造成的濾出量來表示
• 0.3 mmHg的不平衡可對全身造成2 ml/min的淨濾出，換算得到全身Kf的概念值。
• 以每100g組織表示時，一般組織約 0.01 ml/min/mmHg/100g，但不同器官可差到百倍以上。

2️⃣ 器官Kf的典型排序

• 小：腦、骨骼肌（brain, muscle）
• 中：皮下組織（subcutaneous tissue）
• 大：腸道（intestine）
• 極大：肝臟、腎小球（liver, glomerulus）
• 原因：毛細血管表面積大小、孔洞數量與開放程度差異。

七、間質液與間質凝膠 Interstitial Fluid & Interstitial Gel

1️⃣ 間質液的兩種存在型態（功能差異）

• 凝膠型（gel fluid）：水分被束縛在蛋白多醣網（proteoglycan meshwork）中，幾乎沒有大於極小尺寸的自由液腔隙。
• 游離液（free fluid）：可自由流動的液體，易堆積於組織間隙，形成明顯水腫外觀。

2️⃣ 間質凝膠的關鍵作用

• 阻止液體快速流動與聚集：蛋白多醣絲狀結構形成巨大阻力，使液體不易在組織間流成一灘。
• 負壓範圍內組織順應性很低（low compliance）：當Pif在負值範圍變動時，凝膠不易被壓縮，間質總液量改變不大，因此不易形成大量游離液。
• 一旦Pif進入正壓範圍，游離液會快速增加：正壓把蛋白多醣絲推開，組織順應性變高（high compliance），少量壓力上升即可累積大量游離液，水腫會變得明顯且進展更快。

八、淋巴系統 Lymphatic System

1️⃣ 主要任務 Core Roles

• 回收血漿漏出的蛋白與水分：循環系統會有少量蛋白與液體滲出到間質，淋巴系統把這些漏出量帶回血液，維持血漿量與間質液量的平衡。
• 維持間質壓偏負值：透過淋巴泵送與回收，形成間質液輕微負壓環境，降低液體堆積傾向。
• 運送腸道脂肪等營養：淋巴是腸胃道吸收營養的重要路徑，尤其幾乎所有飲食脂肪會先進入淋巴；高脂餐後胸導管淋巴脂肪可達1%–2%。
• 運輸大顆粒與免疫監控：甚至細菌等大顆粒可擠入淋巴毛細管內皮細胞間隙進入淋巴，通過淋巴結（lymph nodes）時多被移除與破壞。

2️⃣ 末端淋巴毛細管的特殊構造 Special Structure of Lymphatic Capillaries

• 內皮細胞重疊形成瓣膜樣結構（valve-like openings）：利於間質液在壓力變化下單向進入淋巴腔。
• 末端與較大淋巴管皆具瓣膜（valves）：防止回流，確保淋巴往回流入血液循環方向前進。
• 固定絲（anchoring filaments）：把淋巴毛細管拉附在周邊組織上；當間質壓上升、組織腫脹拉扯時，固定絲可把淋巴管壁拉開，增加開口以利大分子進入淋巴，提升清除間質蛋白的能力。

3️⃣ 淋巴的形成 Formation of Lymph

• 淋巴（lymph）來源：由流入淋巴管的間質液形成，因此剛進入末端淋巴毛細管的淋巴成分幾乎等同間質液。
• 蛋白濃度差異（理解器官來源很重要）：
• • 多數組織間質液蛋白約 2 g/dl，其淋巴蛋白濃度接近此值。
  • 肝臟淋巴蛋白可高至 6 g/dl；腸道淋巴約 3–4 g/dl。
  • 因約三分之二淋巴來自肝與腸，胸導管淋巴混合後蛋白多為 3–5 g/dl。

4️⃣ 淋巴流量 Rate of Lymph Flow（數值＋調控）

（1）基礎流量

• 休息狀態胸導管約 100 ml/hr，其他通道約 20 ml/hr，全身總淋巴流量約 120 ml/hr，約 2–3 L/day。

（2）間質壓對淋巴流的作用

• 間質液靜水壓（Pif）上升會提升淋巴流量
• 在動物測量中，當Pif略高於大氣壓（0 mmHg）附近時，淋巴流量可達接近最大值，反映壓力把更多間質液推入淋巴入口的效果。

九、臨床連結 Clinical Correlations

1️⃣ 組織水腫 Extracellular Edema 的兩大路徑

• 細胞外水腫（extracellular edema）常見原因分兩大類：
• 1. 血漿液體跨毛細血管異常漏出到間質
  2. 淋巴回流失敗導致液體無法回到血液（淋巴水腫，lymphedema）

2️⃣ 濾出增加會發生的三種典型變化

• 濾過率表達式：Filtration = Kf × (Pc − Pif − πc + πif)
• 會讓濾出增加的典型變化：
• • Kf上升：通透性或有效表面積增加 → 濾出能力大增。
  • Pc上升：向外推力增加 → 濾出上升。
  • 血漿膠體滲透壓下降（πc下降）：向內拉力變弱 → 水更容易留在間質 → 水腫風險上升。

3️⃣ 淋巴水腫Lymphedema為何特別嚴重

• 當淋巴管阻塞或喪失，間質中漏出的蛋白缺乏其他路徑移除 → 間質蛋白濃度上升 → Πif上升 → 把更多水拉到間質 → 水腫加劇。
• 例：絲蟲感染（filarial nematodes, Wuchereria bancrofti）可造成嚴重淋巴阻塞與象皮腫（elephantiasis）；重大手術移除淋巴管也可引發局部水腫，後續部分可因淋巴再生而改善。