一、組織血流調控 Core Concepts of Tissue Blood Flow Regulation
1️⃣ 組織血流（Tissue blood flow）的定義
- 組織血流（Tissue blood flow）：血液在單位時間內灌流到特定組織的量，直接決定該組織獲得氧氣（Oxygen）與代謝原料（Metabolic substrates）的速度，並決定代謝產物被移除的效率。
- 血流調控的目標
- 讓供應量與需求量在局部達到動態平衡。
- 需求上升時，局部阻力下降，血流上升。
- 需求下降時，局部阻力上升，血流下降。
- 局部調控特別重要的原因
- 不同器官在同一時間的代謝強度差異很大。
- 單靠全身平均血壓無法精準滿足各組織即時需求。
二、局部血流調控的基本架構 Local Control of Blood Flow in Response to Tissue Needs
1️⃣ 局部調控（Local control）的定義
- 局部調控（Local control）：血管在組織內依照該區的化學環境與物理狀態改變，自主調整血管張力（Vascular tone），進而改變局部血流。
- 作用時間尺度
- 急性調控（Acute control）：秒到分鐘級反應。
- 長期調控（Long-term control）：小時、天到週級調整。
2️⃣ 血流調控的主要作用位置
- 小動脈（Arterioles）
- 小動脈口徑的微小變化即可大幅改變阻力，原因在於阻力對半徑變化高度敏感。
- 小動脈擴張時：阻力下降 → 灌流增加 → 組織氧與養分供應增加。
- 小動脈收縮時：阻力上升 → 灌流下降 → 組織供應下降。
- 前微血管括約肌（Precapillary sphincters）
- 直接決定微血管床（Capillary bed）內可被灌流的毛細血管數量。
- 括約肌放鬆時：更多毛細血管開放 → 擴大交換面積 → 促進氧氣與營養交換。
- 括約肌收縮時：灌流通道減少 → 交換面積下降 → 減少局部交換。
三、急性局部血流調控 Acute Control of Local Blood Flow
1️⃣ 代謝增加會提高血流 Increases in Tissue Metabolism Increase Tissue Blood Flow
- 當組織活動變強，細胞對 ATP 的需求上升，代謝速率上升，局部就會出現一組可被血管感知的變化：
- 氧氣被消耗更快
- 代謝產物生成更多
- 離子與酸鹼狀態改變更明顯
- 這些變化會把血管平滑肌（Vascular smooth muscle）的收縮程度往下降方向推動，結果形成血管擴張與血流上升。
2️⃣ 氧氣不足會提高血流 Reduced Oxygen Availability Increases Tissue Blood Flow
- 氧氣可用性下降（Reduced oxygen availability）
- 細胞進行氧化代謝需要氧氣，氧氣不足代表「供應」低於「需求」。
- 對血管而言，氧氣不足是一個強烈訊號，代表必須提高灌流把更多氧氣送入該區。
- 氧氣不足引發血流增加的連鎖效果（以局部交換為主）
- 血管擴張 → 局部灌流增加 → 毛細血管血液更新速度提升 → 組織間液（Interstitial fluid）與血液間的氧擴散梯度得以維持。
- 灌流增加同時加速代謝產物的清除，降低抑制性環境累積。
3️⃣ 血管擴張物質理論 Vasodilator Theory for Acute Local Blood Flow Regulation
- 血管擴張物質理論（Vasodilator theory）
- 當代謝增加，組織會產生或累積一群可擴張血管的物質（Vasodilator substances）
- 這些物質在局部濃度上升後，使小動脈與前微血管括約肌放鬆，讓血流增加以符合需求。
- 腺苷（Adenosine）
- 腺苷常被視為代謝旺盛時的重要訊號分子，原因在於它與能量代謝密切連動。
- 當細胞 ATP 需求提升，ATP 分解代謝的動態變快，腺苷在局部更容易累積。
- 腺苷濃度上升可降低血管平滑肌張力，讓血管管徑擴大，快速改善供氧與底物供應。
4️⃣ 氧需求理論 Oxygen Demand Theory for Local Blood Flow Control
- 氧需求理論（Oxygen demand theory）
- 血管擴張的直接驅動力在於氧供應是否足以滿足組織需求。
- 當氧供應偏低，血管平滑肌就更傾向放鬆，讓灌流增加以修正供需落差。
- 微循環
- 讓局部氧張力（local oxygen availability）與前微血管括約肌開閉狀態建立緊密耦合。
- 氧偏低時括約肌開放比例上升，氧偏高時括約肌收縮比例上升。
5️⃣ 其他營養素參與局部調控 Possible Role of Other Nutrients Besides Oxygen in Control of Local Blood Flow
- 局部血流調控可被視為供應-需求配對系統。
- 氧氣是代表性因子，在特定情境下，其他營養素也能參與調控。
- 生理意義
- 當某類代謝原料變成限制因子，局部調控就需要把更多血液帶入以補足該原料。
- 當原料供應充足，血流就不需要維持很高。
四、急性代謝性調控 Special Examples of Acute Metabolic Control
1️⃣ 反應性充血（Reactive hyperemia）
血流阻斷解除後的超量灌流
- 定義（Definition）
- 反應性充血（Reactive hyperemia）：組織血供短暫被阻斷後，一旦恢復供血，血流會在一段時間內高於原本基準值的現象。
- 形成原因（Mechanistic explanation）
- 阻斷期間，局部供氧下降與代謝產物累積同時發生。
- 小動脈與前微血管括約肌逐步偏向放鬆狀態，因為局部環境持續推動血管張力下降。
- 解除阻斷瞬間，血管仍維持在擴張狀態，導致阻力很低，血流快速衝高。
- 反應性充血的功能（Functions）
- 償還缺氧與缺料（Repay deficit）：把先前未能供應的氧氣與營養快速補回。
- 加速清除代謝產物（Washout）：把堆積的二氧化碳、酸性物質與其他代謝產物帶走，使局部環境回復到較能維持正常張力的狀態。
- 重新建立穩態（Restore local homeostasis）：當局部化學環境修正完成，血管張力才會逐步回到基準。
2️⃣ 主動性充血（Active hyperemia）
組織活動增加帶來的血流上升
- 定義（Definition）
- 主動性充血（Active hyperemia）：組織代謝速率上升時，局部血流同步上升的現象。
- 形成過程（Stepwise physiological meaning）
- 代謝上升 → 氧與底物消耗增加 → 局部氧可用性下降、代謝產物增加 → 血管張力下降 → 灌流增加。
- 主動性充血的作用（Actions）
- 及時供應（Real-time supply matching）：讓氧與底物供應追上突然增加的消耗速度。
- 維持交換效率（Maintain exchange efficiency）：微血管床開放比例上升，增加有效交換面積，讓擴散距離與梯度更有利於物質交換。
- 限制局部內環境惡化（Prevent local deterioration）：避免酸化與代謝產物堆積導致細胞功能下降。
五、動脈壓改變時的血流自動調節 Autoregulation of Blood Flow During Changes in Arterial Pressure
1️⃣ 自動調節（Autoregulation）的定義
- 自動調節（Autoregulation）：動脈壓上升或下降時，局部血流會朝向原本的需求水平回調，使血流變化幅度被壓縮在較小範圍。
2️⃣ 代謝性機制（Metabolic mechanism）
- 壓力突然上升時
- 初期血流因灌流壓上升而增加。
- 血流增加導致氧供應相對充足、代謝產物被沖淡，血管擴張刺激減少，血管張力回升，血流回落接近原本需求。
- 壓力突然下降時
- 初期血流因灌流壓下降而減少。
- 氧供應不足與代謝產物累積變明顯，血管擴張刺激增加，血管張力下降，血流回升以補償壓力降低。
3️⃣ 肌源性機制（Myogenic mechanism）
- 肌源性反應（Myogenic response）：血管平滑肌對血管壁張力（Wall tension）變化的直接反應。
- 壓力上升時
- 血管壁被撐開，平滑肌受到牽張刺激後收縮，管徑變小，阻力上升，血流被壓回。
- 壓力下降時
- 牽張減弱，平滑肌收縮驅動下降，管徑回到較大狀態，阻力下降，血流被拉回。
六、內皮衍生因子對血流的局部調控 Endothelium-Derived Relaxing or Constricting Factors
1️⃣ 一氧化氮（Nitric oxide, NO）
- NO 的來源（Source）
- 由健康的血管內皮細胞（Endothelial cells）生成與釋放。
- 由精胺酸（L-Arginine）與氧氣參與，經內皮型一氧化氮合成酶（Endothelial nitric oxide synthase, eNOS）產生NO。
- NO 的作用途徑（Action pathway）
- NO 擴散進入血管平滑肌細胞。
- 活化平滑肌內的可溶性鳥苷酸環化酶（Soluble guanylate cyclase）。
- 促進cGMP（Cyclic guanosine monophosphate）生成，進一步降低平滑肌收縮張力，導致血管舒張與阻力下降。
- NO 擴張的功能意義（Functional meaning）
- 降低局部阻力，提升灌流，使供氧與底物輸送更貼近需求。
- 對血流增加時的剪力（Shear stress）特別敏感，形成「流量上升 → NO 上升 → 血管更易擴張」的促通效應，幫助局部在高需求期快速放大灌流能力。
2️⃣ 內皮素（Endothelin）
- 內皮素（Endothelin）：由內皮細胞釋放的強力血管收縮物質，特別在內皮受損時釋放上升，造成明顯血管收縮。
- 生理意義
- 當血管受損，局部強收縮能降低出血風險，屬於保護性反應的一部分。
七、長期局部血流調控 Long-Term Blood Flow Regulation
1️⃣ 長期調控
- 急性機制反應非常快，但血流校正可能仍留下偏差。
- 動脈壓由 100 上升到 150 mmHg，血流先快速上升，接著在 30 秒到 2 分鐘內回落，但仍可能維持 10%–15% 的高於基準狀態，顯示急性調控仍有殘餘誤差。
- 長期調控在數小時到數週內逐步補上這段誤差，使血流更貼近組織真正需求。
2️⃣ 長期調控的結果
- 當動脈壓長期維持在較高水平，組織血流可在幾週內逐步回到接近正常值，讓 50–200 mmHg 的長期壓力差異對血流影響變得很小。
3️⃣ 血管性質改變帶來的調控方向
- 長期調控常涉及血管結構與血管數量的調整（例如血管新生與側枝循環形成），讓最大灌流能力能匹配組織在高需求時的極限需求，並在平常需求時維持適當的基準阻力。
八、體液性循環調控 Humoral Control of the Circulation
1️⃣ 體液性調控（Humoral control）的定義
- 體液性調控（Humoral control）：由分泌或吸收進入體液（Body fluids）的物質進行循環調節，包括循環性荷爾蒙（Circulating hormones）」與「局部生成因子（Locally produced factors）。
- 作用範圍
- 全身性（Systemic）：由腺體分泌後隨血流到達全身多處血管。
- 局部性（Local）：在局部組織生成，主要影響附近血管床。
九、體液性血管收縮物質 Vasoconstrictors
1️⃣ 正腎上腺素（Norepinephrine, NE）與腎上腺素（Epinephrine, Epi）
- NE屬於「特別強力」的血管收縮荷爾蒙；Epi整體收縮效力較弱，且在某些組織可造成輕度血管擴張。
- 主要作用（Actions）
- 小動脈收縮（Arteriolar constriction）：阻力上升，局部血流下降，血壓傾向上升。
- 靜脈收縮（Venoconstriction）：靜脈容量下降，回心血量上升，協助維持心輸出量。
- 分泌與釋放
- 交感神經興奮時，末梢釋放 NE 於組織內，同時刺激腎上腺髓質（Adrenal medulla）把 NE 與 Epi 釋放到血液，形成神經性＋循環性雙通道調控。
2️⃣ 血管張力素 II（Angiotensin II）
- Angiotensin II屬於強力血管收縮物質，極微量即可使動脈壓大幅上升。
- 主要作用（Actions）
- 強力收縮小動脈（Powerful constriction of small arterioles）：若發生於局部，該區血流可顯著下降。
- 全身周邊阻力上升（Increase total peripheral resistance）：多處小動脈同步收縮，造成動脈壓上升。
- 腎臟排鈉排水下降（Decrease sodium and water excretion by kidneys）：促使體液量支持血壓維持，讓血壓調節具有阻力＋體液量雙層效果。
3️⃣ 血管加壓素（Vasopressin / Antidiuretic hormone, ADH）
- Vasopressin（ADH）為極強的血管收縮物質，收縮效力甚至高於 Angiotensin II。
- 來源與釋放（Source and release）
- 在下視丘（Hypothalamus）神經細胞生成，經軸突運輸至腦下垂體後葉（Posterior pituitary）釋放入血。
- 主要作用（Actions）
- 血管收縮（Vasoconstriction）：在強烈失血等狀態，血中濃度可上升到足以明顯抵消動脈壓下降，使動脈壓接近恢復。
- 增加腎小管水再吸收（Increase water reabsorption in renal tubules）：提高體液量，支援循環灌流，因此可抗利尿（Antidiuretic）。
十、體液性血管擴張物質 Vasodilators
1️⃣ 緩激肽（Bradykinin）
- 緩激肽（Bradykinin）屬於激肽（Kinins）系統成員，形成後會造成強力血管擴張。
- 生成流程（Formation pathway）
- 血液或組織液中的 α2-球蛋白（α2-globulins）可被蛋白分解酶（Proteolytic enzymes）切割釋出激肽前驅片段。
- Kallikrein（激肽釋放酶）在組織受影響時由不活化型轉成活化型，活化後釋出 Kallidin，再轉換成 Bradykinin。
- 分解與存續時間（Inactivation）
- 緩激肽只維持數分鐘，會被羧肽酶（Carboxypeptidase）或轉換酶（Converting enzyme）等途徑失活，並受抑制因子限制活化反應的延伸。
- 主要作用（Actions）
- 強力小動脈擴張（Powerful arteriolar dilation）：局部阻力顯著下降，灌流大幅上升，1微克注入可使手臂血流增加到約 6 倍。
- 增加毛細血管通透性（Increased capillary permeability）：毛細孔徑變大，液體更易外滲，局部更易形成水腫（Edema）。
- 生理角色（Physiological roles）
- 在發炎組織（Inflamed tissues）中，緩激肽可同時驅動血流增加與液體外滲，讓免疫與修復相關物質更容易到達局部。
- 也被認為參與皮膚（Skin）及唾液腺與腸胃腺體（Salivary and gastrointestinal glands）的血流調節。
2️⃣ 組織胺（Histamine）
- 組織胺（Histamine）在幾乎全身各組織都可能釋放，特別在組織受損、發炎或過敏反應時明顯增加。
- 來源（Sources）
- 主要來自受損組織內的肥大細胞（Mast cells）
- 以及血液中的嗜鹼性球（Basophils）。
- 主要作用（Actions）
- 促進局部血管擴張與通透性增加，使免疫反應相關細胞與蛋白更容易進入局部組織間隙。
- 在過敏反應中，組織胺的作用可帶來快速、廣泛的局部循環變化，形成紅、腫、熱等表現的血流基礎。
