一、運動時骨骼肌血流（Skeletal Muscle Blood Flow During Exercise）
1️⃣ 核心概念
- 骨骼肌血流（skeletal muscle blood flow）：供應骨骼肌氧氣（oxygen, O₂）與養分（nutrients），並帶走代謝產物（metabolic byproducts）的血流量。
- 運動性充血（exercise hyperemia）：運動時骨骼肌血流增加的現象；主要驅動力來自局部代謝需求上升（local metabolic demand）與局部血管舒張（local vasodilation）。
- 局部血流調控（local blood flow regulation）：以組織代謝狀態為訊號，調整小動脈（arterioles）、前毛細血管括約肌（precapillary sphincters）與微循環（microcirculation）阻力，匹配供需。
2️⃣ 骨骼肌在運動時需要更高血流的原因
- 氧消耗上升（increased oxygen consumption）：肌纖維收縮需要 ATP（adenosine triphosphate），ATP 生成需求提高，促使氧利用上升。
- 代謝產物增加（accumulation of metabolites）：代謝加速使局部產生更多代謝終產物，這些物質可改變血管平滑肌張力（vascular smooth muscle tone），引發舒張。
- 擴散距離與交換面積需求（diffusion distance & surface area requirement）：肌肉活動時為了提升氧與葡萄糖（glucose）等交換效率，需要更多毛細血管灌流（capillary perfusion）。
3️⃣ 微循環層級的關鍵變化
- 毛細血管募集（capillary recruitment）
- 定義：原本灌流不足或關閉的毛細血管，在運動時轉為開放、灌流增加。
- 生理意義：
- 增加交換表面積（increased exchange surface area），提升氧、葡萄糖、脂肪酸（fatty acids）等進入肌肉的速率。
- 降低有效擴散距離（reduced diffusion distance），改善肌纖維周邊的氧梯度。
- 減少單一毛細血管流速過高造成的交換不足，讓灌流與交換更匹配。
- 前毛細血管括約肌開放（opening of precapillary sphincters）
- 定義：位於毛細血管入口處的小型平滑肌結構放鬆，使更多毛細血管參與灌流。
- 影響：微循環阻力下降（reduced microvascular resistance），局部血流上升。
4️⃣ 局部化學因子與缺氧對血管的影響（Local Chemical Factors & Hypoxia）
- 局部缺氧（local hypoxia）
- 定義：肌肉活動造成局部氧分壓（partial pressure of oxygen, PO₂）下降。
- 重要性：缺氧是強力的血管舒張訊號，會啟動多條路徑促進小動脈與微循環舒張，使血流上升以補足供氧。
- 代謝性血管舒張物質（metabolic vasodilator substances）
- 常被納入運動時局部舒張訊號的候選物質範圍包括：離子變化與代謝產物上升（例如鉀離子 potassium ion, K⁺；腺苷 adenosine；乳酸 lactic acid；二氧化碳 carbon dioxide, CO₂；磷酸鹽 phosphate 等）。
- 共同邏輯：肌肉代謝越旺盛，局部化學環境越偏向促進血管平滑肌放鬆，造成血管阻力下降→血流增加→供需更接近。
5️⃣ 交感神經（Sympathetic Nervous System）與骨骼肌血流的整合
- 交感活性上升（increased sympathetic activity）是運動時全身反應的一部分，會提高動脈壓（arterial pressure）並重新分配血流。
- 在運動肌肉內，局部代謝性舒張訊號通常足以讓灌流上升並維持氧供；同時交感造成的全身血壓上升也能提升灌流壓差（perfusion pressure），支持肌肉血流。
- 整體重點：運動時的血流分配屬於全身神經體液調控與局部代謝調控共同作用的結果。
二、運動時心輸出量（Cardiac Output During Exercise）
1️⃣ 核心定義與組成
- 心輸出量（cardiac output, CO）：每分鐘心室射出的血量。
- 公式：CO = 心率（heart rate, HR） × 每搏量（stroke volume, SV）
- 心率（HR）：每分鐘心跳次數；運動時常因交感活性上升而增加。
- 每搏量（SV）：每次心室收縮射出的血量；受前負荷（preload）、收縮力（contractility）、後負荷（afterload）影響。
2️⃣ 運動時 CO 上升的主要機制
- 心率上升（increased HR）
- 交感神經釋放去甲腎上腺素（norepinephrine）與腎上腺髓質釋放腎上腺素（epinephrine），提高竇房結（sinoatrial node）自律性與傳導（conduction），使 HR 上升。
- 心肌收縮力上升（increased contractility）
- 交感 β 受體（beta-adrenergic receptors）活化促進鈣動力學（calcium handling），提升收縮力，讓 SV 增加。
- 心肌代謝率上升也會提高氧需求，並驅動冠狀血流增加以供應心肌（見後述冠狀循環）。
- 靜脈回流增加（increased venous return）
- 靜脈回流增加能提升前負荷，使心室舒張末期容積（end-diastolic volume, EDV）增加，透過法蘭克－史達林機制（Frank–Starling mechanism）提高 SV。
- 運動時促進靜脈回流的關鍵來源通常包含：
- 骨骼肌幫浦（skeletal muscle pump）：肌肉收縮擠壓靜脈，使血液往心臟方向推進。
- 呼吸幫浦（respiratory pump）：吸氣時胸腔負壓促進靜脈回流。
- 交感靜脈收縮（sympathetic venoconstriction）：提高靜脈張力，推動血液回流並改變全身循環充盈狀態。
三、冠狀循環（Coronary Circulation）
1️⃣ 基本定義與任務
- 冠狀循環（coronary circulation）：供應心肌（myocardium）氧氣與能量底物，並清除代謝產物的循環系統。
- 冠狀動脈（coronary arteries）的功能目標：讓冠狀血流與心肌代謝需求（myocardial metabolic demand）匹配，特別在運動、情緒壓力、心率上升時，必須快速調整。
2️⃣ 冠狀血管層級與分布重點
- 心外膜冠狀動脈（epicardial coronary arteries）：位於心臟表面，屬於較大血管段。
- 肌內動脈（intramuscular arteries）：進入心肌內部的血管段，直接受心肌收縮壓迫影響。
- 心內膜下血管叢（subendocardial arterial plexus）：靠近心室內膜側，較容易在心室收縮時受到壓迫，因此在供血不足時常較脆弱（臨床上常見心內膜下缺血的風險概念）。
3️⃣ 冠狀血流的關鍵特性：與心週期同步（Phasic Coronary Flow）
- 期相性血流（phasic flow）：冠狀血流在心臟收縮期（systole）與舒張期（diastole）呈現明顯差異。
- 生理基礎：收縮期心肌張力上升會壓迫肌內血管，舒張期壓迫解除，血流更容易通過。
- 臨床意義：心率升高會縮短舒張期時間（diastolic time），在冠狀狹窄（coronary stenosis）或供血已受限時，可能更容易引發缺血相關症狀。
四、冠狀血流調控（Regulation of Coronary Blood Flow）
1️⃣ 代謝性調控是主軸（Metabolic Control as the Dominant Mechanism）
- 最重要的控制因子：心肌氧消耗（myocardial oxygen consumption）
- 當心肌活動增加，代謝率上升，局部代謝訊號會促進冠狀小動脈舒張，使血流增加以滿足需求。
- 代謝性調控可在數秒內壓過神經對冠狀血管的直接作用，維持供需平衡。
- 腺苷（adenosine）在冠狀缺氧中的角色
- 在嚴重冠狀缺血（severe coronary ischemia）時，ATP 會依序降解為 ADP（adenosine diphosphate）、AMP（adenosine monophosphate）與腺苷（adenosine）。
- 心肌細胞膜對腺苷具有一定通透性，腺苷可擴散到血液中。
- 釋放出的腺苷被視為促進冠狀小動脈舒張的重要物質之一。
- 腺苷並非唯一機制（adenosine is not the only mechanism）
- 阻斷腺苷作用的藥理研究無法完全消除活動增加引發的冠狀舒張反應。
- 其他血管舒張機制仍須納入理解框架。
2️⃣ 自主神經對冠狀血流的影響（Autonomic Control of Coronary Blood Flow）
- 直接作用（direct effects）：神經傳遞物質直接作用於冠狀血管壁。
- 間接作用（indirect effects）：神經先改變心臟活動（心率、收縮力、代謝率），再由代謝性調控帶動冠狀血流改變。
- 交感刺激（sympathetic stimulation）
- 釋放去甲腎上腺素與腎上腺素，提升心率與收縮力，增加代謝率；隨後啟動局部調控，使冠狀血流大致與代謝需求成比例上升。
- 受體分布與直接血管反應： 冠狀血管同時有α 受體（alpha receptors）與 β 受體（beta receptors）。
- 心外膜冠狀血管偏向 α 受體，肌內動脈可偏向 β 受體；因此交感刺激理論上可導致輕度整體收縮或舒張，臨床上常見為收縮傾向。
- 血管痙攣型缺血（vasospastic myocardial ischemia）：部分人 α 收縮效應較強，交感過度驅動時可能出現冠狀痙攣並伴隨心絞痛。
- 迷走刺激（vagal stimulation）
- 乙醯膽鹼（acetylcholine）使心率變慢，對收縮力有輕度抑制，降低心肌耗氧；因此間接造成冠狀血流下降的趨勢。
- 乙醯膽鹼對冠狀動脈也有直接擴張作用。
3️⃣ 心肌代謝特性（Special Features of Cardiac Muscle Metabolism）
- 能量來源偏好（energy substrate preference）
- 靜息條件下，心肌能量約 70% 來自脂肪酸（fatty acids）。
- 缺氧或缺血時的代謝轉換（metabolic shift in ischemia）
- 在無氧或缺血條件下，心肌依賴無氧糖解（anaerobic glycolysis）供能。
- 無氧糖解會消耗大量血糖並生成大量乳酸，乳酸堆積與缺血環境被認為與心臟疼痛機制相關。
- 腺苷流失與細胞傷害（adenosine loss and cellular injury）
- 嚴重缺血可使 ATP 分解並產生腺苷外漏；在心肌梗塞等情境下，約 30 分鐘內可流失相當比例的腺嘌呤鹼基（adenine base）。
- 新合成腺嘌呤的速率偏慢（2%/hour），使缺血超過一定時間後，即使恢復血流，細胞仍可能已不可逆受損或死亡。
五、缺血性心臟病（Ischemic Heart Disease）
1️⃣ 定義與重要性
- 缺血性心臟病（ischemic heart disease）：冠狀血流不足（insufficient coronary blood flow）導致心肌氧供低於需求，造成心肌功能障礙、疼痛、心律不整，嚴重時引發心肌梗塞與死亡。
2️⃣ 主要病因：動脈粥樣硬化（Atherosclerosis）
- 動脈粥樣硬化（atherosclerosis）：脂質（特別是膽固醇 cholesterol）沉積於內皮下（subendothelial），伴隨纖維化（fibrous tissue invasion）與鈣化（calcification），形成粥樣斑塊（atherosclerotic plaques），向血管腔內突出，造成狹窄或阻塞。
- 常見發生部位：主要冠狀動脈起始數公分處常是斑塊形成部位。
3️⃣ 急性冠狀動脈阻塞（Acute Coronary Artery Occlusion）
- 定義：短時間內冠狀動脈血流突然大幅下降或中斷，多發生於已有冠狀動脈疾病者，正常冠狀循環者極少出現。
- 兩大機制分類
- 血栓形成（thrombus） 斑塊破裂穿破內皮（plaque rupture through endothelium）後與血流直接接觸，表面不平整促使血小板黏附（platelet adhesion）、纖維蛋白沉積（fibrin deposition）、紅血球捕捉（RBC trapping），血塊逐步增大至完全阻塞。
- 血栓若脫落並在更遠端分支阻塞，稱為冠狀動脈栓塞（coronary embolus）。
- 冠狀動脈痙攣（coronary artery spasm） 可能因斑塊邊緣直接刺激血管平滑肌，或局部神經反射導致血管壁過度收縮。
- 痙攣可能促發續發性血栓（secondary thrombosis）。
4️⃣ 側枝循環（Collateral Circulation）
- 基本結構特徵
- 正常心臟的大冠狀動脈之間很少存在大型交通枝（large communications）。
- 在 20–250 μm 的小動脈之間可見許多吻合（anastomoses）。
- 急性阻塞後的時間序列變化
- 大血管突然阻塞後，小吻合在數秒內開始擴張；但最初側枝流量通常仍不足以完全維持供血，常低於維持心肌存活所需的一半。
- 8–24 小時內側枝直徑擴大幅度有限。
- 之後側枝流量開始增加，第 2–3 天可達倍增，約 1 個月內可達正常或接近正常冠狀血流。
- 慢性狹窄時的側枝發育
- 斑塊多年逐步造成狹窄時，側枝可同步發育，使患者可能缺乏明顯急性發作。
- 當病變進展超過側枝供血能力，或側枝也產生粥樣硬化時，心肌工作輸出受限並可導致心衰竭，是老年人心衰竭常見原因之一。
六、心肌梗塞（Myocardial Infarction, MI）
1️⃣ 定義與範圍
- 心肌梗塞（myocardial infarction）：急性冠狀動脈阻塞後，阻塞遠端血流幾乎停止；當局部血流為零或低到無法維持心肌功能，該區稱為梗塞區（infarcted area）。
2️⃣ 梗塞早期的組織與微循環變化
- 阻塞後不久，少量側枝血流開始滲入梗塞區，加上局部血管擴張，使區域出現血液鬱積與過度充盈（stagnant blood overfilling）。
- 心肌纖維耗盡剩餘氧，血紅素去氧化，梗塞區呈藍褐色（bluish-brown hue），局部血管看似充血擴張但實際有效灌流不足。
- 隨後血管壁通透性上升、滲漏液體造成組織水腫（edema），細胞代謝下降導致心肌細胞腫脹（cell swelling），在幾小時嚴重缺血後細胞死亡。
3️⃣ 心肌存活所需氧供與最低血流門檻
- 心肌僅維持存活需要約 1.3 ml O₂/100 g/min；正常靜息左心室每分鐘可獲得約 8 ml O₂/100 g 的輸送量。
- 若仍有 15%–30% 的正常靜息冠狀血流，心肌可能維持不死亡；大型梗塞中心區因側枝幾乎不存在而更容易壞死。
4️⃣ 缺血持續時間與不可逆傷害：腺苷與腺嘌呤流失
- 嚴重缺血時 ATP 逐步降解並產生腺苷外漏；30 分鐘內可流失約一半腺嘌呤鹼基，而新生合成速率有限，使血流恢復後仍可能無法避免細胞死亡。
七、急性心肌梗塞後的恢復階段（Stages of Recovery）
1️⃣ 缺血範圍大小的功能差異
- 小範圍缺血（small area ischemia）：可能沒有明顯細胞死亡，但部分心肌會因營養不足而暫時失去收縮功能（temporarily nonfunctional）。
- 大範圍缺血（large area ischemia）
- 中央區在 1–3 小時內可能因完全無供血而快速死亡。
- 死亡區周邊可形成不收縮且常伴衝動傳導失敗（failure of impulse conduction）的非功能區，再外圈為仍能收縮但較弱的輕度缺血區。
2️⃣ 壞死區擴大與側枝改善並存
- 梗塞後數天內，死細胞區可能因邊緣區長時間缺血而擴大；同時外圈區因側枝動脈通道擴大而部分恢復功能。
- 約數天到 3 週內，多數非功能區心肌會恢復或死亡；同時纖維組織形成逐步增加。
3️⃣ 纖維化與疤痕形成（Scar Formation）
- 缺血可刺激纖維母細胞（fibroblasts）生長並促進纖維組織增生，壞死心肌逐漸被纖維組織取代形成疤痕（scar）。
八、心肌梗塞的重要併發症（Major Complications）
1️⃣ 心室破裂（Rupture of Infarcted Area）與心包填塞（Cardiac Tamponade）
- 梗塞後第一天左右破裂風險相對低；數天後死肌纖維退化，心壁變薄並在每次收縮時外凸與牽張（systolic stretch），牽張惡化可導致破裂。
- 破裂後血液進入心包腔造成心包填塞（cardiac tamponade），心臟外部受壓使血液無法流入右心房，心輸出量驟降並可快速致死。
2️⃣ 心室顫動（Ventricular Fibrillation, VF）與猝死風險
- 心室顫動（VF）屬於最嚴重心律不整之一，若 1–3 分鐘內未終止，常導致致命結果；VF 時心室缺乏協調收縮，幾乎無有效搏出量，腦灌流快速中斷，4–5 秒內可失去意識，數分鐘內全身組織不可逆損傷開始發生。
- 誘發因子包含心肌缺血（ischemia of the heart muscle）或傳導系統缺血（ischemia of the specialized conducting system）等。
九、心絞痛（Angina Pectoris）與缺血疼痛的生理基礎
1️⃣ 缺血疼痛相關代謝環境
- 在缺血與無氧代謝下，心肌無氧糖解增加，乳酸累積；乳酸被視為缺血疼痛相關因素之一。
- ATP 分解與腺苷產生、外漏同時出現；腺苷參與冠狀舒張，也與缺血時的細胞後果與症狀背景密切相關。
十、治療：藥物與介入／手術（Treatment of Coronary Artery Disease）
1️⃣ 藥物治療（Drug Treatment）
- 急性心絞痛緩解：短效血管擴張劑（short-acting vasodilators）
- 硝化甘油（nitroglycerin）與其他硝酸鹽類（nitrate drugs）可在急性發作時提供即時緩解。
- 慢性穩定型心絞痛（chronic stable angina pectoris）可能受益的藥物類別
- ACE 抑制劑（angiotensin-converting enzyme inhibitors）
- ARB（angiotensin receptor blockers）
- 鈣離子通道阻斷劑（calcium channel blockers）
- 雷諾嗪（ranolazine）
- β 阻斷劑（beta blockers）用於長期治療
- 例：普萘洛爾（propranolol）。
- 機轉：阻斷交感 β 腎上腺素受體，抑制交感對心率與心肌代謝的提升，降低壓力或運動時額外氧需求，進而減少心絞痛發作次數與嚴重度。
2️⃣ 手術治療：冠狀動脈繞道手術（Coronary Artery Bypass Grafting, CABG）
- 適用情境：冠狀動脈狹窄多位於少數離散點，其餘血管相對正常者。
- 作法：取上肢或下肢的皮下靜脈段，從主動脈根部（root of aorta）接到阻塞遠端的冠狀動脈分支（beyond the blockage），常同時做 1–5 條繞道。
- 效果重點：多數患者術後心絞痛緩解；若手術前心臟損傷未過重，可接近正常預期壽命；若已嚴重受損，效益下降。
3️⃣ 介入治療：冠狀動脈血管成形術（Coronary Angioplasty）
- 目的：在完全阻塞前打開部分阻塞血管。
- 作法：將約 1 mm 直徑的球囊導管送入冠狀動脈，球囊跨越狹窄處後高壓擴張，使病變血管段被撐開。
- 效果：術後血流常可增加 3–4 倍；超過 75% 病人症狀可緩解至少數年，但部分仍會在後續需要繞道手術。
- 其他新式方法：包含使用雷射導管溶解病灶等，持續發展中。
