一、體液區室的定義與標準 Body Fluid Compartments
1️⃣ 細胞內液（Intracellular Fluid, ICF）
- 定義：存在於全身所有細胞內部的水與溶質總和，視為一個大型液體區室，因為不同細胞的細胞內液成分濃度高度相近。
- 量的標準（以 70 kg 成人男性為例）
- 全身總液體約 42 L
- ICF 約 28 L
- ICF 約佔體重 40%
2️⃣ 細胞外液（Extracellular Fluid, ECF）
- 定義：所有位於細胞外的體液總和。
- 量的標準（以 70 kg 成人男性為例）
- ECF 約佔體重 20%
- ECF 約 14 L
3️⃣ 細胞外液的主要分區與分類標準 Major Subdivisions of ECF
- 間質液（Interstitial fluid）
- 定義：位於血管外、細胞間隙內的液體。
- 比例：ECF 的 超過四分之三
- 量：約 11 L
- 血漿（Plasma）
- 定義：血液的非細胞成分（noncellular part of blood），位於血管內腔。
- 比例：ECF 的 接近四分之一
- 量：約 3 L
- 血液作為獨立區室（Blood as a separate compartment）
- 分類標準：血液被循環系統所包圍，具有獨立「腔室」特性，因此被視為獨立液體區室，且血容量對心血管動力學（cardiovascular dynamics）調控特別重要。
- 平均血容量（adult average） 約佔體重 7%，約 5 L
- 約 60% 為血漿
- 40% 為紅血球（紅血球內液屬 ICF）
二、血漿與間質液的交換與「成分相近」原因 Plasma–Interstitial Exchange
1️⃣ 毛細血管膜孔隙（Capillary membrane pores）的選擇性通透
- 作用：促進血漿與間質液之間的持續交換（continuous exchange）
- 血漿與間質液透過毛細血管膜的孔隙持續交換物質。
- 孔隙對幾乎所有 ECF 溶質高度通透，形成快速混合。
- 蛋白質（proteins）例外，因毛細血管對血漿蛋白通透性低，導致血漿蛋白濃度高於間質液。
2️⃣ Donnan 效應（Donnan effect）造成血漿與間質離子微差
- 名詞定義：由於血漿蛋白帶有淨負電荷，對可擴散離子的分布造成偏移。
- 作用機轉
- 血漿陽離子（cations）略高：蛋白負電荷可結合 Na⁺、K⁺ 等，使血漿陽離子濃度約高出間質液 約 2%。
- 血漿陰離子（anions）略低：蛋白負電荷對陰離子產生排斥，間質液陰離子濃度略高於血漿。
- 臨床近似處理：多數情境可將血漿與間質液離子濃度視為接近相同。
三、ECF 與 ICF 的主要成分與定義 Constituents of ECF and ICF
1️⃣ 細胞外液主要離子組成（ECF major ions）
- 特徵：含大量 鈉（Sodium, Na⁺） 與 氯（Chloride, Cl⁻），並含相當量 碳酸氫根（Bicarbonate, HCO₃⁻）；鉀、鈣、鎂、磷酸鹽、有機酸離子含量較少。
- 生理意義：ECF 的組成由多種機制嚴密調節，尤其由腎臟（kidneys）調控，使細胞長期處於電解質與營養濃度適合的環境以維持最佳細胞功能。
2️⃣ 細胞內液主要離子組成（ICF major ions）
- 細胞膜通透性基礎
- 對水（water）高度通透
- 對多數電解質（electrolytes）通透性低
- ICF 的典型成分特徵
- Na⁺、Cl⁻ 含量低
- Ca²⁺ 幾乎沒有
- K⁺ 與磷酸鹽（phosphate）含量高
- 蛋白質（proteins）含量高，約為血漿的近四倍
四、體液區室體積的測量方法 Measurement of Compartment Volumes
1️⃣ 指示劑稀釋原理（Indicator-dilution principle）
- 定義：將指示劑放入欲測量的區室，等待均勻分布後，測量其稀釋程度，以質量守恆（conservation of mass principle）推算區室體積。
2️⃣ 常用指示劑與適用區室（依分布特性分類）
- 總體液（Total body water, TBW）：可由可在全身水分均勻分布的指示劑測得（本章後續以區室推算方式延伸）。
- 細胞外液（ECF）：例 22Na、125I-iothalamate、thiosulfate、inulin。
- 血漿量（Plasma volume）：例 125I-albumin、Evans blue dye (T-1824)。
- 血容量（Blood volume）
- 例 51Cr-labeled red blood cells
- 也可用公式：blood volume = plasma volume / (1 − hematocrit)
- 間質液量（Interstitial fluid volume）
- 計算定義：ECF volume − plasma volume
- 細胞內液量（ICF volume）
- 計算定義：total body water − extracellular fluid volume
3️⃣ 血比容（Hematocrit）的定義與測量標準
- 定義：血液中紅血球所佔的體積分率（fraction of blood composed of red blood cells）。
- 測量方法：離心（centrifuging）後紅血球沉積於管底形成緊密堆積層。
- 測量誤差來源：紅血球未能完全緊密堆積，約 3%–4% 血漿仍夾在細胞間，使「真實血比容」約為「測得血比容」的 約 96%。
- 典型值
- 男性約 0.40
- 女性約 0.36
- 重度貧血可降至 0.10
- 紅血球增多症（Polycythemia）可升至 0.65
五、滲透壓與滲透平衡 Osmosis, Osmotic Pressure, and Equilibrium
1️⃣ 滲透相關名詞定義
- 滲透濃度（Osmolality）：以「每公斤水的滲透莫耳數」表示（osmoles/kg H₂O）。
- 滲透度（Osmolarity）：以「每公升溶液的滲透莫耳數」表示（osmoles/L solution）。
- 臨床近似規則：體液屬稀薄溶液，osmolality 與 osmolarity 差異小，可近似互用；臨床與後續章節多以 osmolarity 為主。
2️⃣ 滲透作用（Osmosis）的方向判定標準
- 細胞膜特性：對水高度通透，對多數溶質通透性低。
- 方向規則：當膜兩側存在「溶質濃度差」，水會朝向「溶質濃度較高」的一側擴散，直到兩側水濃度達到平衡。
- 加入 NaCl 至 ECF 的後果
- ECF 溶質濃度上升
- 水由細胞內穿過細胞膜移向 ECF
- 直到內外水濃度平衡
- 從 ECF 移除 NaCl 的後果
- ECF 溶質濃度下降
- 水由 ECF 進入細胞內
- 直到平衡
3️⃣ 滲透壓（Osmotic pressure）的定義與計算基礎
- 定義：阻止滲透作用所需施加的壓力差。
- van’t Hoff 定律（van’t Hoff law）應用
- 可估算溶液的「潛在滲透壓」（potential osmotic pressure），前提為膜對該溶質不通透。
- 關鍵換算
- 每 1 mOsm/L 的不通透溶質濃度梯度，可在細胞膜兩側產生約 19.3 mmHg 的滲透壓
4️⃣ 0.9% 生理食鹽水（0.9% sodium chloride）計算示範（定義導向）
- 0.9% 的定義：每 100 mL 溶液含 0.9 g NaCl，等同 9 g/L。
- 莫耳濃度（molarity）
- NaCl 分子量 58.5 g/mol
- 9 g/L ÷ 58.5 g/mol ≈ 0.154 mol/L
- 滲透度（osmolarity）
- NaCl 解離成 Na⁺ 與 Cl⁻，每 1 分子等同 2 osmoles
- 0.154 × 2 = 0.308 Osm/L = 308 mOsm/L
- 潛在滲透壓
- 308 mOsm/L × 19.3 mmHg/(mOsm/L) = 5944 mmHg
5️⃣ 滲透係數（Osmotic coefficient）與「有效滲透度」修正
- 修正原因：Na⁺ 與 Cl⁻ 在溶液中存在離子間吸引（interionic attraction），導致其行為偏離理想假設。
- 滲透係數定義：用來修正 van’t Hoff 估算值的校正因子。
- NaCl 的滲透係數：約 0.93
- 實際滲透度：308 × 0.93 ≈ 286 mOsm/L
6️⃣ 體液總滲透度與主要貢獻者
- 三大區室總滲透度：血漿、間質液、細胞內液的總滲透度皆約 300 mOsm/L。
- 血漿略高的原因：血漿蛋白造成血漿滲透作用略高，血漿約比間質與細胞內液 高約 1 mOsm/L。
- ECF 滲透度主要來源
- 約 80% 由 Na⁺ 與 Cl⁻貢獻
- ICF 滲透度主要來源
- 近一半由K⁺貢獻，其餘由多種細胞內物質共同構成
7️⃣ 細胞內外等滲維持的核心原因 Isotonicity Maintenance
- 決定因素：ICF 與 ECF 的相對分布主要由「較小溶質」的滲透效應所主導，特別為 Na⁺、Cl⁻ 與其他電解質。
- 關鍵膜特性
- 細胞膜對水高度通透
- 細胞膜對 Na⁺、Cl⁻ 等小離子通透性相對低
- 結果：水可快速跨膜移動，使ICF長期維持與ECF等滲（isotonic）狀態。
六、低鈉血症與高鈉血症對細胞體積的調節 Hyponatremia/Hypernatremia and Cell Volume
1️⃣ 低鈉血症（Hyponatremia）下腦細胞的體積調節
- 慢性形成（over several days）的細胞反應
- 腦與其他組織會將 Na⁺、Cl⁻、K⁺ 以及 有機溶質（organic solutes） 例如 glutamate 從細胞內移出至 ECF
- 作用：降低細胞內滲透活性溶質量，減少水分持續進入細胞，降低組織腫脹程度
- 治療風險：矯正過快造成神經損傷
- 若快速加入高張溶液矯正，腦細胞回收溶質的速度可能跟不上
- 可發生與脫髓鞘（demyelination）相關的滲透性神經元損傷
- 矯正速率標準 24 小時內上升幅度 小於 10–12 mmol/L 48 小時內上升幅度 小於 18 mmol/L
2️⃣ 高鈉血症（Hypernatremia）造成細胞縮小 Cell Shrinkage
- 嚴重症狀常見條件：血漿 Na⁺ 快速且大幅上升，常在 >158–160 mmol/L 才出現嚴重症狀。
- 防禦反應
- 引發強烈口渴（thirst）
- 刺激 抗利尿激素（Antidiuretic hormone, ADH） 分泌
- 兩者共同減少 Na⁺ 濃縮失控
- 常見誘因分類
- 主要水分流失（primary loss of water）：造成 ECF 脫水與 Na⁺ 濃縮
- 中樞性尿崩症（central diabetes insipidus）：ADH 分泌不足，腎臟排出大量稀尿，水分流失導致 NaCl 濃縮
- 腎性尿崩症（nephrogenic diabetes insipidus）：腎臟對 ADH 反應不足
- 單純脫水：攝水少於流失，例如長時間劇烈運動大量出汗
七、水腫總論 Edema: Excess Fluid in the Tissues
1️⃣ 水腫（Edema）的定義與分類
- 定義：體組織內存在過量液體。
- 主要發生區室
- 多數情況以細胞外液區室（ECF compartment） 的液體累積為主
- 也可能包含細胞內液累積（intracellular fluid accumulation）
八、細胞內水腫 Intracellular Edema
1️⃣ 易導致細胞腫脹的三大條件與其作用機轉
- （1）低鈉血症（Hyponatremia）
- 作用：ECF 滲透度下降，水向細胞內移動，導致細胞容積上升（腦組織特別敏感）。
- （2）組織代謝系統受抑制（Depression of metabolic systems of the tissues）
- 定義：細胞 ATP 產生能力降低，影響需能量的離子運輸。
- 作用鏈 離子幫浦（ionic pumps）功能下降 細胞內原本持續滲漏進入的 Na⁺ 無法被有效排出 細胞內 Na⁺ 上升引起水進入細胞 最終形成細胞腫脹
- （3）細胞營養不足（Lack of adequate nutrition to the cells）
- 定義：供給細胞的氧與養分不足，影響正常代謝。
- 典型例子：局部血流下降（decreased blood flow） 氧與養分輸送下降 若血流低到無法維持正常代謝，細胞膜離子幫浦受抑 Na⁺ 無法排出，水因滲透作用進入細胞，形成腫脹
九、細胞外水腫 Extracellular Edema（Interstitial Edema）
1️⃣ 定義與兩大總原因
- 定義：過量液體累積於細胞外空間，尤其為間質空間（interstitial spaces）。
- 兩大總原因
- （1）液體由血漿跨毛細血管異常外漏到間質（abnormal leakage across capillaries）
- （2）淋巴系統回流失效，間質液無法回到血液（failure of lymphatics），稱為淋巴水腫（lymphedema）
- 臨床最常見近端原因：毛細血管過度濾過（excessive capillary fluid filtration）
2️⃣ 毛細血管濾過率的決定式與每一項的功能意義
- 濾過率公式（capillary filtration rate）
- Filtration = Kf × (Pc − Pif − πc + πif)
- 各變項定義與作用
- Kf（capillary filtration coefficient）
- 定義：毛細血管濾過係數，為「通透性（permeability）」與「表面積（surface area）」的乘積。
- 作用：Kf 上升代表單位壓力差下可濾出的液體量上升，導致濾過增加。
- Pc（capillary hydrostatic pressure）
- 定義：毛細血管靜水壓。
- 作用：Pc 上升增加由血管內推向間質的驅動力，使濾過增加。
- Pif（interstitial fluid hydrostatic pressure）
- 定義：間質液靜水壓。
- 作用：Pif 上升會抵抗毛細血管外濾，降低 Pc 與 Pif 的差值，減少濾過；Pif 降低則濾過傾向增加（以公式的負號體現）。
- πc（capillary plasma colloid osmotic pressure）
- 定義：血漿膠體滲透壓（由血漿蛋白造成的滲透吸力）。 作用：πc 提供把水拉回血管內的力量；πc 下降會使回吸力下降，導致濾過傾向上升。
- πif（interstitial fluid colloid osmotic pressure）
- 定義：間質液膠體滲透壓（由間質蛋白造成）。
- 作用：πif 上升會增加把水拉到間質的力量，促進濾過。
3️⃣ 會提升毛細血管濾過的變化分類
- Kf 增加
- Pc 增加
- πc 降低
- 任一項變化都會使 Filtration 增加，進而增加間質液量，水腫更容易形成。
十、淋巴系統在水腫中的核心控制作用 Lymphatics and Edema Control
1️⃣ 淋巴液（Lymph）的來源與組成標準
- 來源定義：淋巴液來自流入淋巴管的間質液，因此「剛進入終末淋巴管（terminal lymphatics）的淋巴」組成近似間質液。
- 蛋白濃度標準
- 多數組織的間質液蛋白濃度平均約 2 g/dL
- 多數組織流出的淋巴蛋白濃度也接近此值
- 肝臟淋巴蛋白可高至 6 g/dL
- 腸道淋巴蛋白可達 3–4 g/dL
- 胸導管（thoracic duct）淋巴常約 3–5 g/dL
2️⃣ 正常淋巴流量（Rate of lymph flow）
- 靜息時胸導管約 100 mL/hr
- 其他管道回到循環約 20 mL/hr
- 總淋巴流量估計約 120 mL/hr
- 約 2–3 L/day
3️⃣ 間質壓力對淋巴流的調節（Effect of interstitial fluid pressure）
- 正常狀態：當間質壓力比正常值更負時，淋巴流量很低。
- 壓力上升至接近 0 mmHg 時：淋巴流量可上升超過 20 倍。
- 作用結論：任何可使間質液壓力上升的因素，若淋巴管功能正常，會使淋巴流量上升。
- 包含：Pc 上升、πc 下降、πif 上升、毛細血管通透性上升
- 高壓平台（plateau）現象
- 當間質壓力上升到 高於大氣壓 1–2 mmHg，淋巴流量不再持續上升。
- 機轉：組織壓力一方面促進液體進入淋巴毛細管，另一方面壓迫較大淋巴管外壁而阻礙淋巴流，兩效應達到平衡，使流量達平台。
4️⃣ 淋巴幫浦（Lymphatic pump）的作用機制
- 瓣膜（valves）結構功能
- 淋巴管全程存在瓣膜，提供單向流動條件。
- 收集淋巴管的自動泵送（collecting lymphatic automatic pump）
- 當淋巴管被液體擴張（stretched），管壁平滑肌自動收縮。
- 每一段位於相鄰瓣膜之間的淋巴管可視為獨立自動幫浦： 輕微充盈引發收縮 液體被推送經下一個瓣膜進入下一段 下一段充盈後再收縮，逐段推進至回流入血
- 胸導管等大淋巴管可產生 50–100 mmHg 的壓力。
- 外在間歇壓迫造成的泵送（external intermittent compression）
- 重要來源：
- 骨骼肌收縮（skeletal muscle contraction）
- 身體部位運動（movement）
- 鄰近動脈搏動（arterial pulsations）
- 外物壓迫組織（external compression）
- 運動對淋巴流量的影響
- 運動時淋巴幫浦活性上升，淋巴流可增加 10–30 倍
- 休息時淋巴流緩慢，接近 0
5️⃣ 終末淋巴毛細管的特殊結構與其作用
- 錨定絲（Anchoring filaments）與內皮細胞接縫的功能
- 當組織間質液增加導致組織腫脹，錨定絲牽拉淋巴毛細管壁，使液體更容易經由內皮細胞接縫進入毛細淋巴管。
- 當組織被壓迫，管內壓上升使內皮細胞重疊邊緣關閉，形成單向閥樣效果，推動淋巴向前進入收集淋巴管。
- 淋巴毛細管內皮的收縮性成分
- 內皮細胞含少量 actomyosin filaments
- 可出現節律性收縮，對淋巴推進提供額外幫助。
6️⃣ 淋巴系統控制「間質蛋白濃度、體積、壓力」的作用鏈
- 基本前提：少量蛋白會持續自血毛細管滲漏至間質，回到循環的路徑主要依賴淋巴，經靜脈端回收的比例極低。
- 作用鏈條
- 間質蛋白累積 → πif 上升
- πif 上升使毛細血管濾過趨勢增加 → 間質液量與 Pif 上升
- Pif 上升顯著提高淋巴流量 → 把多餘液體與蛋白帶走，降低間質負擔
十一、組織間質凝膠與組織順應性在抗水腫的作用 Interstitial Gel, Compliance, and Anti-edema
1️⃣ 正常間質壓力與「開始大量累積」的門檻
- 正常間質液靜水壓（normal interstitial fluid hydrostatic pressure）：約 −3 mmHg。
- 開始出現大量液體累積的條件：Pif 需要上升約 3 mmHg 才會開始大量累積。
- 由此推得的抗水腫安全因子（safety factor）之一：約 3 mmHg，其來源為負壓範圍內的低順應性（low compliance）。
2️⃣ 間質凝膠（Interstitial gel）的定義與功能
- 凝膠狀態（gel form）的定義
- 在正常負壓範圍內，間質液幾乎全部以凝膠形式存在。
- 液體被束縛在 蛋白聚醣網狀結構（proteoglycan meshwork） 中，形成極小的自由液體空間。
- 凝膠對液體累積的抑制作用
- 凝膠結構使液體在組織內流動困難，降低液體快速聚集形成可流動自由液體空間的可能性。
- 在負壓範圍內，間質液體積變化小，呈現低順應性特徵。
3️⃣ 壓力進入正壓範圍後的變化：自由液體增加與高順應性
- 正壓範圍的特徵
- 當 Pif 上升至正壓，組織變得高順應性（high compliance）。
- 少量額外壓力上升即可允許大量液體累積。
- 累積的多數為「自由液體（free fluid）」，因自由液體空間被擴大。
4️⃣ 蛋白聚醣絲（Proteoglycan filaments）的兩項核心作用
- （1）維持細胞間距（spacer）以促進交換
- 細胞膜對多數營養與離子擴散受限，細胞間距提供血毛細管與細胞之間的交換路徑。
- （2）降低組織內液體快速流動
- 蛋白聚醣絲限制液體在組織間隙中的快速移動。
- 嚴重水腫時自由液體通道增加，液體更易移動，抬高肢體可降低局部水腫量。
十二、抗水腫的三大安全因子 Safety Factors That Prevent Edema
1️⃣ 低組織順應性（low tissue compliance）在負壓範圍
- 安全因子量化：約 3 mmHg
2️⃣ 淋巴流量增加（increased lymph flow）
- 作用
- 當液體開始在組織累積，淋巴流量可增加 10–50 倍
- 增加的淋巴流能帶走大量液體與蛋白，阻止 Pif 上升進入正壓範圍
- 安全因子量化：約 7 mmHg
3️⃣ 間質蛋白被沖洗下降（Washdown of interstitial fluid protein）
- 定義：濾過增加時，Pif 上升促進淋巴流增加；在多數組織，因毛細血管對蛋白通透性低、淋巴對蛋白清除能力高，間質蛋白濃度會隨淋巴流增加而下降。
- 作用
- 間質膠體滲透壓 πif 降低
- 淨濾過力下降
- 促進水腫停止擴大
- 安全因子量化：約 7 mmHg
4️⃣ 總安全因子（total safety factor）
- 總和：3 + 7 + 7 = 17 mmHg
- 意義：周邊組織的毛細血管壓力可上升約 17 mmHg 才會出現明顯水腫，理論上相當於正常值接近加倍的範圍。
十三、淋巴水腫 Lymphedema（Failure of Lymph Return）
1️⃣ 定義與嚴重性來源
- 定義：淋巴管阻塞或缺失導致「液體與蛋白」無法從間質回到血液。
- 加重機轉
- 蛋白滲入間質後缺乏替代移除路徑
- 間質蛋白濃度上升 → πif 上升
- πif 上升會把更多液體從毛細血管拉向間質，使水腫加劇。
2️⃣ 常見原因分類（依病理事件）
- 感染造成淋巴阻塞
- 例：絲蟲感染（filarial nematodes, Wuchereria bancrofti）
- 可導致嚴重淋巴水腫與象皮病（elephantiasis），男性可出現陰囊腫大稱 hydrocele
- 腫瘤或手術造成淋巴管移除或阻塞
- 例：根治性乳房切除術（radical mastectomy）移除大量淋巴管，導致乳房與上肢區域蛋白與液體移除受限，水腫常呈暫時性，因部分淋巴管可再生。
十四、體內潛在腔隙的積液：積液（Effusion）與腹水（Ascites）Potential Spaces
1️⃣ 潛在腔隙（Potential spaces）的定義與例子
- 定義：兩表面幾乎相互接觸的腔隙，中間僅有薄層液體以利滑動。
- 例子：胸膜腔（pleural）、心包腔（pericardial）、腹膜腔（peritoneal）、滑液腔（synovial，包括關節腔與滑囊 bursae）。
2️⃣ 潛在腔隙與毛細血管交換的特性
- 腔隙表面膜對水、電解質，甚至蛋白的通行阻力小，與周圍間質液交換容易。
- 因此每個潛在腔隙可視為大型組織間隙，鄰近毛細血管濾出的液體可進入間質，也可進入腔隙。
3️⃣ 潛在腔隙蛋白的移除
- 蛋白可由毛細血管滲漏進入潛在腔隙，移除途徑以淋巴為主。
- 多數潛在腔隙與淋巴管直接或間接相連；胸膜腔與腹膜腔可有大型淋巴管直接起源於腔隙本身。
4️⃣ 積液（Effusion）與腹水（Ascites）的定義
- 積液（Effusion）定義：當鄰近皮下組織發生水腫時，水腫液常同時聚集於潛在腔隙，該腔隙內的水腫液稱 effusion。
- 腹水（Ascites）定義：腹腔內的 effusion。
- 嚴重量化：嚴重腹水可累積 20 L 或更多。
十五、臨床整理
1️⃣ 由濾過過多導向水腫的最短路徑
- Filtration 增加（Kf↑、Pc↑、πc↓ 任一項）
- → 間質液量上升
- → Pif 上升
- → 淋巴流上升（在一定範圍內）
- → 若超過淋巴移除能力、或組織進入正壓高順應性範圍
- → 自由液體累積顯著增加
- → 臨床可觀察到的水腫形成
2️⃣ 淋巴阻塞導向重度水腫的關鍵差異點
- 淋巴功能受損
- → 間質蛋白無法被有效移除
- → πif 上升
- → 促進更多液體由毛細血管移出
- → 水腫更嚴重、更持續
