醫(yī)學(xué)物理學(xué)課題研究模版

1、標題 流體力學(xué)與血液專業(yè)年級：組長學(xué)號、姓名、工作：組員學(xué)號、姓名、工作：例：20091140203 高啟鈞 （*方向文獻檢索、*知識點資料整理、內(nèi)容整合）說明：組長除了*方向文獻檢索、*知識點資料整理、內(nèi)容整合之外還應(yīng)負責統(tǒng)籌安排分工。摘要： 本報告首先介紹基礎(chǔ)物理流體力學(xué)與血球、血液、血管基本知識，接著深入講解血液粘滯與錢串等由物理因素引起的血液性質(zhì)，并介紹物理切應(yīng)力改變對于內(nèi)皮細胞的影響，并帶出血栓、凝血機制，動脈硬化等病變，結(jié)合物理因素引起的化學(xué)改變作用于生物體的結(jié)果，最后為治療動脈硬化的方法(含藥物治療與手術(shù)治療)。前言： 血液循環(huán)在人體中占有重要的角色，可以把新陳代謝所需的氧氣和營

2、養(yǎng)物質(zhì)輸送之組織，并把代謝產(chǎn)生的廢物從組織中回收，具有交換和運輸?shù)淖饔茫?jīng)由血液不停循環(huán)流動，才使組織、細胞維持正常功能，使人體內(nèi)環(huán)境保持相對穩(wěn)定。血液在血管內(nèi)的流動符合流體力學(xué)，藉由流體力學(xué)的分析顯示出血液獨特的液體特性，再由此切入探討諸多相關(guān)疾病，并研究根本的治療預(yù)防方式，改善目前廣為流行的血液相關(guān)病變。一、相關(guān)的物理理論知識點：. 流體力學(xué)基本物理公式介紹1. 血液中相關(guān)的力血液中相關(guān)的力量 a垂直管壁的壓力pressureb管壁細胞抵抗撕裂的張力tensile stressc平行管壁的剪應(yīng)力shear stress這一次我們討論作用在血管內(nèi)皮細胞上的力主要是剪應(yīng)力剪應(yīng)力 shear s

3、tress:如果一個切線力p作用在如上圖的平面頂端，它會使得此平面以一個相對于下方平面的速度u移動。和上方平面相連接的流體將會以和平面一樣的速度移動（即no- slip condition）同樣的緊鄰下方的流體也相同于下方平面的速度，此時它和下方平面一樣，是靜止的。所以一個速度梯度即產(chǎn)生了，就如上圖所示。我們將此切線力和它作用的平面的比值定義為剪應(yīng)力，shear stress。而速度梯度即為u/h，h指的是上下平面的距離；速度梯度也就是剪應(yīng)率（rate of shear）。一般說來，剪應(yīng)率是被定義為du/dy，y如上圖所示，指的是和作用力p方向的垂直距離。粘滯系數(shù)定義為剪應(yīng)力和剪應(yīng)率的關(guān)系，

4、其關(guān)系式如下: 是剪應(yīng)力，是粘滯系數(shù)，r為剪應(yīng)率。 我們將剪應(yīng)力及剪應(yīng)率得這個關(guān)系式對各個流體做圖，可得以下這個圖:圖中有各式各樣的流體，讓我們來看看圖中這從原點出發(fā)，并呈一直線的流體。這樣的流體我們定義為牛頓流體。牛頓流體的剪應(yīng)力對剪應(yīng)率的比值恒為一定值。圖中的斜率即代表所謂的粘滯系數(shù)，故牛頓流體的粘滯性是固定的，反之亦然。但是大多數(shù)的流體皆不是牛頓流體，亦即它們的粘滯性是會改變的，這些流體歸類為非牛頓流體，如上圖所示的其他流體皆是。他們的剪應(yīng)力對剪應(yīng)率的比值稱為apparent viscosity，它并不是一個常數(shù)，會隨情況而變。2.流體性質(zhì)a 連續(xù)方程式b 白努利方程式c poiseui

5、lles lawd 血流阻力e 層流和亂流a 連續(xù)方程式:對于一般的流體，我們通常把此流體視為是不可壓縮的，換言之即這個流體的密度將保持固定，所以這流體的質(zhì)量對體積的時變率為零。根據(jù)這樣的前提，流進一平面的流體和流出另一平面的流體的質(zhì)量是一定的，又流體的密度是保持固定，所以我們可以得到以下的式子：a1 v1 = a2 v2 = q (constant) a表截面積，v表流速，本來兩邊還要各乘一個密度，由于密度一樣故略之。此定理在生理上的意義顯示，在流量固定的情形之下，管徑越大的血管其血流速越慢。然而，同種血管在人體中其實是維持并連的關(guān)系，以確保其中血流特性的一致，因此，在計算血管截面積時，必須

6、以總面積做為準。這也就是為何單一截面積最小，但是總截面積卻最大的微血管擁有最慢的流速，此一特性有助于人體間物質(zhì)的微循環(huán)和交換。b 白努利方程式p1 pa, v1 m/s, 和 z1 m 是指在一處的壓力速度及高度，而p2, v2, 和 z2 分指另一處的壓力速度高度.。當我們的流體符合1.不可壓縮流2.穩(wěn)定流3.無粘滯性4.沿著同一流線時，此式成立。白努利方程式的內(nèi)涵為流體內(nèi)的任兩點力學(xué)能為固定，力學(xué)能包含位能以及動能，假設(shè)無熱能散失，則流體的流動其總能不變，只是位能轉(zhuǎn)成動能，動能轉(zhuǎn)成位能這樣的形式變化，力學(xué)能是不變的。另外當流體是在同一水平面上流動時，式子中的高度差則變?yōu)?，所以可以得到一點

7、的流速越快，其壓力就越小這樣的關(guān)系。 c poiseuilles law考慮一在管中流動的液體如下（此流體需為牛頓液體、層流，且管壁不具彈性）:將此公式帶入血液的流動，則可以發(fā)現(xiàn)血流量會與壓力差與血管半徑的四次方成正比、而與血液的粘滯度與血管長度成反比。對人體生理而言，血液的粘滯度與血管長度變化不大，血壓通常也在一定的范圍以內(nèi)，因此，血管的半徑就成為決定性的因素，因為只要血管半徑增加一倍，血流量就會變成原來的十六倍。故人體的會借著微調(diào)血管的半徑，就可以針對不同的器官改變其血流量，例如在進食時，增加消化道的血流量，或是在運動時，增加骨胳肌的血流量。d 血流阻力與歐姆定律電學(xué)上由歐姆定律可得電阻r

8、為電壓對電流的比值，同樣的套在流體身上我們可將電壓想成壓力差，而電流即血流。所以由poiseuilles law:所以決定血流阻力最主要的因素為血管半徑的大小，管徑略為增加，則血流阻力大幅下降。血流阻力亦受血液粘度及血管長度影響，血液粘度越大，血管長度越長，則血流阻力越大。而同樣的這阻力也同電學(xué)一樣的串并聯(lián)公式:由上述的公式可以知道單條微血管的阻力很大，因為其管徑非常小，但是在經(jīng)過無數(shù)條微血管分岔并聯(lián)之后，微血管的阻力反而變小了。而小動脈的半徑僅比微血管大，但是分岔又沒有多到可以彌補半徑的不足，所以小動脈血流的阻力反而是所有血管中最大的。e 層流和亂流由reynolds number (re)

9、 : re=vd/ =流體密度 v=平均流速 d=直管內(nèi)徑 =液體之粘滯度當算出來的數(shù)值小于2100時，此時則為層流（laminar flow）；若數(shù)值大于2100時，此時亂流（turbulent flow）開始發(fā)生。由雷諾系數(shù)我們可以得知在如流速快或者密度大的地方亂流易發(fā)生。在人類的血液中，血液流速快的地方、血管壁有不規(guī)則之處和血管分岔處都易發(fā)生亂流的情況。二、相關(guān)的生理學(xué)理論知識點：ii. 粘滯度與血液(一.)血液的成份：血液是一種很特殊的流體，是固相與液相的混合體，固相即血球(formed elements)，液相即血漿(plasma)，包括91%的水，7%的蛋白質(zhì)與2%的鹽類、糖以及其

10、他物質(zhì)。正是由于血液中懸浮著多種有形成份，它顯示出異常的粘性，使得血液呈現(xiàn)出非牛頓流體的特征。(1.) formed elements：血球種類正常含量細胞核功能紅血球男：420540萬/mm3女：360500萬/mm3無攜帶氧氣和二氧化碳白血球0.51萬/mm3有防御疾病血小板1540萬/mm3無與凝血有關(guān) (2.) plasma將血液中的formed element去除之后所剩下的液體稱為血漿，血漿有91.5%的水和8.5%的溶質(zhì)組成。在血漿溶質(zhì)中，含量最多的是血漿蛋白質(zhì)，其余為非蛋白質(zhì)的含氮物質(zhì)、食物分子、呼吸氣體、及電解質(zhì)等物質(zhì)。血漿蛋白質(zhì)可以分為以下三類：(a)血漿白蛋白(album

11、ins)(55%)：是造成血液粘滯性的因素之一，亦是構(gòu)成血液膠體滲透壓的主要成分。(b)血漿球蛋白(globulins)(35%)：球蛋白可分為、和三種亞型，其中、-球蛋白主要參與脂類或脂溶性物質(zhì)的運輸。-球蛋白是淋巴細胞分泌的抗體，參與機體的免疫反應(yīng)。(c)纖維蛋白原(fibrinogen)(7%)：配合血小板參與血液凝固的機轉(zhuǎn)。(二.)血液的粘滯度(viscosity)()：因分子間的吸引力導(dǎo)致分子之間欲產(chǎn)生相對運動時，形成一個與運動相反的阻力，成為粘滯力。可由牛頓粘性定律：=(du/dy)來看。其中為剪應(yīng)力，是由切線力作用于表面所形成的，定義為=f/a=作用力f/平行作用力方向的面積a。

12、為粘滯度。du/dy為速度梯度。 粘滯度產(chǎn)生的原因:1.分子間凝聚力(主要影響液體)。2.分子動量傳遞(主要影響氣、液體)分子碰撞交換動量，使低速層變快，高速層減慢其凈效應(yīng)傾向于減緩高速流層與加速低速流層的剪力，一般氣體粘性隨溫度之增高而增加，而液體的粘性隨溫度增高而減少。(a)牛頓流體：在定溫定壓下，流體的動力粘滯系數(shù)為定值不會隨速度梯度(du/dy)而改變著稱之。如：水、油、苯等。(b)非牛頓流體：不為定值，而會隨速度梯度改變者稱之。(c)膨脹流體：隨速度梯度遞增稱之。如淀粉溶液 血液為非牛頓流體，而影響血液的粘滯度因素有 1.血比容( hematocrit ) 2.血漿中蛋白質(zhì) 3.法林

13、效應(yīng)（fahraeus-lindqvist effect） 4.逆轉(zhuǎn)效應(yīng)（inversion phenomenon） 5.血液流速 (1.) hematocrit(血比容)：血液中有好幾種懸浮的細胞，其中主要是紅血球，他對血液的力學(xué)性質(zhì)能產(chǎn)生明顯的影響。如果紅血球在非等滲透液體里，或在強烈的湍流終究會變形、破裂而發(fā)生溶血，紅血球還有聚集的傾向，這會影響血液在低剪應(yīng)變率時的粘性和它的沉降速度。而血液中血球所占的百分比稱為血比容(hematocrit)因此，若有一個人她的血比容是40，則表示這個人血液中血球占的比例是百分之40，其他部份則是血漿。血比容對血液粘滯度的影響：血比容越大，則血液相鄰各層

14、間的磨擦力越大，而這各磨擦力便決定了血液的粘稠度，因此，隨著血比容的上升，血液的粘稠度也大幅度的上升，如果我們考慮水的粘稠度為1，則在正常的血比容下，人類全血的粘稠度為3，這表示讓水和全血通過想同的管子時，全血所需的壓力為水的3倍。注意：當血比容上升到60或70時，血液的粘滯度變成約為水的10倍，此時的血液在流經(jīng)血管時，會大大受阻。(2.)血漿中的蛋白質(zhì)的濃度與種類也會影響血液粘稠度，但是這些影像與血比容的影響相較之下顯得不太重要，所以在大多數(shù)研究中并不與已考慮，由上圖可以得知血漿的粘稠度約為水的1.5倍。(3.) fahraeus-lindqvist effect：由于循環(huán)系統(tǒng)中的大部分阻力

15、來自非常小的血管，因此我們特別需要了解血液粘稠度如何影響血液在這些血管中的流動。血液在微小的血管中的粘滯效應(yīng)比在大血管時還要小，這種效應(yīng)稱作fahraeus-lindqvist 效應(yīng)。他出現(xiàn)在直徑小于1.5mm的血管中，此效應(yīng)明顯到使全血的粘稠度小到約僅是大血管中的一半時，排列成行所造成的。也就是說，紅血球在通過這些小管時，并不會隨便移動，而是排成一整串的東西，因而排除了血液本身內(nèi)部所造成的粘滯阻力。fahraeus-lindqvist effect可能的原因推測： (a.)血液流經(jīng)較細的血管時，近管壁處易形成無紅細胞的血漿層，從而降低了流動阻力。因為血管越細，管壁與管心處的切變率和流速相差越

16、大，紅細胞受到指向管心的力矩也越大，紅細胞越易向軸集中，從而形成貼壁的血漿層，對血液的流動起著“潤滑”作用，降低了血液粘度。(b.)血液從主干血管流至兩分支血管時，紅細胞易進人流速快的較粗分支血管內(nèi)，因此較細分支血管內(nèi)血漿成分較多，其血液粘度較低，有人將這一現(xiàn)象稱為血漿撤流作用(plasma skimming effect)。(c.)部分微血管管徑過窄，只能容許紅血球成一列通過，使得內(nèi)部摩擦降到最低。 (4)逆轉(zhuǎn)效應(yīng)（inversion phenomenon）：血液粘度隨管徑變小而降低是有限度的；當管徑小到一定程度時，粘度不僅不再降低，反而急驟增高，這種現(xiàn)象稱為逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象(inversion p

17、henomenon)，此時的血管半徑為臨界半徑。生理情況下，臨界半徑為紅細胞向軸集中現(xiàn)象和法林效應(yīng)多發(fā)生在快速流動的血管內(nèi)，如微動脈和毛細血管。但血流速度減慢時，既使在微動脈內(nèi)，也有可能不出現(xiàn)法林效應(yīng)。血管臨界半徑也不是固定不變的，并明顯地受紅細胞變形性和聚集性的影響。在病理情況下，紅細胞變形性降低或聚集性增高，均可導(dǎo)致臨界半徑顯著增大，甚至高達正常的幾十倍，此時，由于多數(shù)微血管內(nèi)血液粘度急驟增高，必將導(dǎo)致微循環(huán)的嚴重障礙。(5.)血液流速：當血流的速度下降時，血液的粘稠度會急遽的上升。由于小血管中的血流速度非常慢，（通常小于每秒1mm），所以血液的黏稠度可因此而提高10倍。這種效應(yīng)部份導(dǎo)因于

18、紅血球彼此間及與血管壁間的粘附力所致。換句話說，在流速快的血管中，紅血球會被拉成較長的形狀，類似梭形，此時血球間的相互作用也比較小，也就不容易堆積或擠壓；反之，當流速變慢時，紅血球則變得比較圓，因此血球與血球間也比較容易相互發(fā)生作用，而堆積在一起，形成所謂的錢串。在low shear rates接近靜止狀態(tài)下，紅血球易聚集呈”錢串樣”，甚至多維結(jié)構(gòu)狀聚集體，此時聚集體的流動阻力很大，因此血液開始流動時粘度很高。 在mid-shear rates血液流動較快時，壓力足夠?qū)⒀蚍珠_。在high shear rates 聚集的紅細胞團塊在不斷增大的剪應(yīng)力作用下逐漸分散、變形 粘滯力低 以下是常見的血

19、液流通異常造成的病變討論：今將重點放在動脈、靜脈與微血管的血栓問題，探討物理性的流體變化對血管壁造成的影響，以及其所引發(fā)的一連串的連鎖效應(yīng)，并介紹常見的應(yīng)對方式。iii. 凝血機制前言：在血液中，凝血機制(hemostasis)包含三個部分進行：血液凝固作用(blood coagultion)、血小板凝集(platelet aggregation)、溶纖反應(yīng)(fibrinolysis)。這三個部分形成了血液中的凝血機轉(zhuǎn)，在正常的血液運行下，人體內(nèi)出血的傷口很快止住了之后，馬上被溶纖反應(yīng)打通了血管，使正常的血管通行無阻；但是，如果血管中內(nèi)皮細胞出現(xiàn)了病變，或是血液在流動中的剪應(yīng)力異常了，這些情況

20、都會讓凝血機制無法正常作用，因而使得血流受到阻礙，血管中出現(xiàn)血栓等異常病態(tài)表現(xiàn)。因此，了解凝血機制中三種機轉(zhuǎn)的作用方式是必須的，這樣我們可以對正常的血液流體有個正確的認識，也可以了解到何種因素改變了會使得血管和血液的互動出現(xiàn)了異常，最后找出解決病態(tài)血管的方法和治療。1. 血液凝固作用正常血流不會產(chǎn)生血液凝固作用（coagulation）因為在正常切應(yīng)力下,內(nèi)皮細胞會分泌抗凝血因子抑制血液凝固及血小板凝集在正常切應(yīng)力下：內(nèi)皮細胞表面分子hspg活化antithrombin 3號因子,抑制9.10.11號凝血因子內(nèi)皮細胞表面分子thrombomodulin接上thrombin使得proteinc活

21、化,進而抑制10.13號凝血因子之作用內(nèi)皮細胞分泌tfpi抑制tissue factor之作用,抗血液凝固然而,當切應(yīng)力過低時,內(nèi)皮細胞無法釋放足夠的抗凝血因子,因而形成血栓在正常切應(yīng)力下：內(nèi)皮細胞會分泌no跟prostacyclin(一種前列腺素),藉由增加血小板內(nèi)的camp,抑制血小板凝集,no及prostacyclin亦可以作用在平滑肌上,而使血管舒張.在正常切應(yīng)力下內(nèi)皮細胞亦會分泌tpa進行溶纖反應(yīng),tpa促使plasminogen變成plasmin血纖維蛋白溶脢,而plasmin促使纖維蛋白降解,而達到溶纖的目的.在低切應(yīng)力下：內(nèi)皮細胞分泌no跟prostacyclin的量銳減,而導(dǎo)

22、致血小板容易凝集,而使阻力上升,流速更慢,容易形成血栓thrombus.且低減應(yīng)力會使內(nèi)皮細胞分泌一些生長因子如pdgf及endothelin-1促使平滑肌增生,而使血管管腔變小.血液凝固機制：hspg活化atiii抑制thrombin形成thrombomodulin會抓住thrombin使proteinc活化而抑制thrombin之外在因子.tfpi(tissue factor pathway inhibitor) 抑制thrombin之內(nèi)在因子.整體來說內(nèi)皮細胞在正常切應(yīng)力下會抑制凝血反應(yīng).2. 血小板凝集作用(platelet aggregation)血小板在血液中能夠和發(fā)生異常反應(yīng)，或

23、是出現(xiàn)傷口的內(nèi)皮細胞結(jié)合，再進行催化血液凝固作用以及加速血小板自己之不可逆之凝集，因此達到凝血、止血的目的。由外而內(nèi)激活outside-in stimulation在異常的剪應(yīng)力(shear)之下，血小板會受到這樣不正常的血流剌激活化。在高剪應(yīng)力之下的血流里，血流在血管中流動快速，如此會讓單層的內(nèi)皮細胞的排列不那么緊密，使得一種叫做vdf(von willebrand factor)的次內(nèi)皮基質(zhì)(sub-endothelial matrix)暴露出來?？焖倭鲃拥难髟斐傻母呒魬?yīng)力不只會讓內(nèi)皮細胞變得不緊致，還會剌激血小板上的醣蛋白gpib/ix的蛋白構(gòu)形改變，使得此醣蛋白的活性接合位暴露出來，

24、而給予vdf與gpib/ix接合的機會，藉由此種方式讓血小板被激活，開始影響血小板內(nèi)部反應(yīng)。由內(nèi)而外激活inside-out stimulation血小板內(nèi)部因受到vdf與gpib/ix的剌激，開始由細胞骨架將血小板內(nèi)的許多囊泡和一些醣蛋白推向外面，進而促進更多血小板聚集。被細胞骨架推向血小板外的囊泡內(nèi)含有許多物質(zhì)，比如說：adp、ga2+、txa2等促凝血物質(zhì)，這些物質(zhì)不只可以促進血液凝固作用，還是吸引周圍在循環(huán)中的血小板的重要因子。其他血小板在被這些在囊泡中被釋放之物質(zhì)影響后，也會將自身的囊泡往外釋放，藉此放大原本的凝集訊息；還有血小板內(nèi)的醣蛋白gpiib/iiia會被推到血小板表面，于是

25、許許多多被激活的血小板便以醣蛋白gpiib/iiia互相接合，以達到血小板聚集而止血與促凝血的目的。3. 溶纖反應(yīng)(fbrinolysis)當正常的凝血機制作用后，常常會留下很多的纖維蛋白在被修復(fù)處，如果這此處的血塊不被處理的話，會使得血管中的管徑變小，如此一來造成高剪力的血流又使得血小板凝集，進而引發(fā)不可逆的凝血作用。有鑒于此反應(yīng)，人體內(nèi)就有另一種機制來當清道夫的角色，把不要的凝血廢物降解去除，那就是溶纖反應(yīng)的功用啰!內(nèi)皮細胞在接受到過多的thrombin，thrombin與位于內(nèi)皮細胞上的一種蛋白thrombomodulin接合，可以阻斷血液凝固反應(yīng)進行；還有內(nèi)皮細胞在正常的剪力下會釋放出

26、一種調(diào)結(jié)物質(zhì)，稱為t-pa(tissue plasminogen activator)，此種物質(zhì)會去激活plasminogen成為plasmin，而plasmin這種蛋白就像一把剪刀一般，可以把凝血作用和血小板凝集作用后的產(chǎn)物作降解，讓血塊成為被降解的物質(zhì)讓血液代謝掉，因此，人體就可以有正常的血凝固保護傷口，而又可以使血管內(nèi)回復(fù)原狀，這就是人體內(nèi)的平衡。4. 血栓血栓可分為動脈與靜脈血栓。動脈血栓(或白血栓)的形成主要與動脈硬化(atherosclerosis)有關(guān)。靜脈血栓(或紅血栓)可能因靜脈血流緩慢或心臟受傷時形成，它含紅血球、血小板與大量的纖維蛋白。血液凝血和血栓的形成皆使用相同的機制

27、。動脈血栓由于動脈粥狀硬化，血管壁增厚，造成血管腔變狹窄，由白努力定律可知，會造成血液流速變快，使內(nèi)皮細胞一直被沖刷，血小板粘連部分顯露出來，更容易與血小板結(jié)合，血小板開始堆積凝結(jié)，行凝血反應(yīng)，溶血因子tpa等來不及溶血，血小板持續(xù)堆積，形成血塊，越來越大堵住血管即是血栓 靜脈血栓血流流速慢使得紅血球，堆迭形成錢串，造成粘滯性增加，形成low shear stress，shear stress無法刺激內(nèi)皮細胞釋放足夠的no及pgi2，使得血小板開始進行凝血反應(yīng)，它含紅血球、血小板與大量的纖維蛋白。靜脈血栓不穩(wěn)定，容易被血流沖走而形成栓子(embolus)。后者可能會被血流帶到肺部、腦部或身體的

28、其它器官，到腦部血管即造成中風(fēng)，到心臟即是心肌梗塞 。 三、相關(guān)的醫(yī)學(xué)知識點：iv. 動脈粥狀硬化atherosclerosis 動脈粥狀硬化癥即是許多脂質(zhì)、膽固醇和其他物質(zhì)堆積在動脈管壁，造成動脈管壁增厚變硬，管腔變狹窄，進而影響到血液流動的疾病。 首先介紹正常的血管壁：血管壁有三層內(nèi)膜(intima),中膜(media),外膜(adventitia)。其中內(nèi)膜層的表面為單一層的內(nèi)皮細胞( endothelial cells)，內(nèi)皮細胞下面則是結(jié)締組織。內(nèi)膜層和中膜層間有個稠密的彈性膜，稱為內(nèi)彈性薄層( internal elastic lamina)，中膜層和外膜層間也有個彈性膜，稱為外彈

29、性薄層( external elastic lamina)。外膜層則由結(jié)締組織和神經(jīng)纖維等構(gòu)成。在動脈粥狀硬化中，管壁增厚即是指內(nèi)膜層變厚。接著介紹ldl： 由上圖ldl的結(jié)構(gòu)中可看出它可以攜帶500多個膽固醇分子。而ldl在動脈粥狀硬化癥扮演相當大的角色。在動脈粥狀硬化癥當中，ldl會變成氧化ldl，這個氧化的過程與自由基的參予相關(guān)，總共分成三個過程：initiation, propagation, termination.經(jīng)由這三個過程，ldl oxidized ldl. 許多致病因素( risk factor)會導(dǎo)致動脈粥狀硬化，像是化學(xué)類的高血壓( hypertension)、抽煙、高

30、脂質(zhì)血液( hyperlipidemia)、高類半胱氨酸血液( hyperhomocysteinemia)，與糖尿病( diabetes)等與物理類的因素血液動力學(xué)的障礙都會直接影響內(nèi)皮細胞的功能，導(dǎo)致血管發(fā)炎與內(nèi)皮細胞的損害和功能不正常( endothelium dysfunction)。這次的報告主要注重在物理因素和粥狀硬化間的關(guān)系。 當shear stress 過低時，內(nèi)皮細胞功能不正常，不會分泌抗凝血物質(zhì)( no, pgi2等)和抗氧化的物質(zhì)，并且使內(nèi)皮細胞通透性增加，此時ldl很容易變成oxidized ldl，并且因為內(nèi)皮細胞通透性增加而穿過內(nèi)皮細胞，進入血管壁的內(nèi)膜層(intim

31、a)。另外一方面，內(nèi)皮細胞會表現(xiàn)更多的細胞粘著分子( adhesion molecule)，使得管腔中的白血球藉由這些粘著分子穿越內(nèi)皮細胞進入血管壁的內(nèi)膜中，并且分化成巨噬細胞( macrophage)。巨噬細胞又吞噬許多脂質(zhì)和氧化ldl后會轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽毎? foam cell)，而這些泡沫細胞會積聚脂肪物質(zhì)。慢慢的，這些充滿脂肪的泡沫細胞會聚集在一起，導(dǎo)致動脈管壁內(nèi)膜層增厚。 白血球透過細胞粘著分子進入內(nèi)膜層的過程，需要經(jīng)過幾個步驟。首先會勾住，因為粘著分子有很多種，有分為很粘的，也有比較不粘的，通常白血球會先被較不粘的粘著分子勾住，此時白血球會繼續(xù)往前滾滾滾，和不粘的粘著分子斷掉，但不粘的

32、粘著分子又激發(fā)較粘的粘著分子勾住白血球，最終會由一個最粘的粘著分子抓住白血球，然后白血球就藉由此最粘的粘著分子鉆入血管壁。 另一方面，經(jīng)由粘著分子和氧化ldl等刺激，由巨噬細胞、活化的血小板等產(chǎn)生的細胞素(cytokines)和生長因子( growth factor)都會促使原本在中膜層( media)的平滑肌細胞移到內(nèi)膜層( intima)，使動脈管壁增厚。此時動脈管壁中有許多泡沫細胞、平滑肌細胞、t細胞、脂肪物質(zhì)等堆積，形成所謂的脂肪斑塊( fatty streak)，在顯微鏡的觀察下可以看到很多黃色的斑紋，即證明在脂肪斑塊中富含許多脂肪物質(zhì)。另外，巨噬細胞分泌的細胞素(ex: il-1)

33、可以使更多白血球進入內(nèi)膜層，有些細胞素( tnf)可以使堆積在內(nèi)膜的細胞雕零死亡并繼續(xù)堆積在內(nèi)膜層中，更近步更多的細胞堆積，生成所謂的fibrous cap。一連串由白血球遷移到堆積、平滑肌細胞遷移堆積的病變過程使得血管壁越來越厚，動脈粥狀硬化即稱之。動脈粥狀硬化產(chǎn)生后，血管壁越來越厚，血官腔相對越來越狹窄，血流經(jīng)過此段管壁時，由 截面積速度=定值 可知道，此段血流速度相對較快，相對應(yīng)的shear stress忽然升高，容易造成擾流( turbulent flow)。血流太快沖刷血管壁，使血管壁容易受傷，血小板在受傷處堆積，會引發(fā)動脈血栓?？梢妱用}粥狀硬化與血栓是息息相關(guān)的病變。四、相關(guān)的解決

34、方案：v. 冠狀動脈硬化的診斷和治療診斷冠狀動脈心臟疾病最常用的方法是利用運動心電圖耐量試驗，或加上核子心臟造影測試，去檢查心臟有否缺氧。如測試的結(jié)果為不正常的話，醫(yī)生便會安排心導(dǎo)管進行冠狀動脈血管造影，檢查血管是否狹窄或阻塞的情況，此為現(xiàn)行的所謂“黃金診斷的標準”。但有部份人需要進一步的冠狀動脈血管內(nèi)超音波檢查才能真確診斷。真正要確定冠狀動脈有無阻塞或評估阻塞的嚴重程度，目前醫(yī)學(xué)上唯一的方法，就是心導(dǎo)管檢查，此一檢查還可以判斷心臟收縮力，心臟內(nèi)壓力的變化，瓣膜異常(狹窄或閉鎖不全)的嚴重度等。要完成此項檢查，首先需找到動脈血管，可以由鼠蹊部的股動脈，手腕的撓動脈或手肘的肱動脈等血管穿刺法來完

35、成。之后以一條細長的管子，至大動脈與心臟交接處找到左，右冠狀動脈的開口，注射顯影劑，以照像即可以清楚的看到冠狀動脈的分布情形，而由不同角度的光攝影，可清楚地分辨出冠狀動脈狹窄的部位及其嚴重程度。此一檢查是冠狀動脈心臟病確定診斷的方法，但也有一定程度的危險性，包括血管穿刺部位的損傷，大血管的傷害，心律不整，動脈栓塞癥及顯影劑過敏等可能的并發(fā)癥。藥物治療:主要是使用t-pa和aspirint-patissue plasminogen activator (tpa)是一種絲胺酸蛋白脢，其分子量為70000 daltons，在血漿中的濃度大約是每升5微克。tpa主要是由內(nèi)皮細胞合成，然而其他細胞如單核

36、球.巨核血球.間皮細胞.肥大細胞.血管平滑肌細胞.神經(jīng)元細胞等亦可分泌。血液中的tpa大多和其主要抑制劑-. plasminogen activator inhibitor-1 (pai-1)結(jié)合，而未結(jié)合與結(jié)合者會快速的在血漿中被清除因其半生期只有三到四分鐘。 冠狀動脈疾病.心肌梗塞和中風(fēng)被認為與tpa的濃度有關(guān)。tpa的升高也可以預(yù)測是否靜脈血栓有再發(fā)生的可能，也與抗胰島素有關(guān)?？挂葝u素是一種風(fēng)險因子，與動脈粥狀硬化相關(guān)。 許多研究顯示使用tpa治療中風(fēng)會導(dǎo)致以下結(jié)果:l 在中風(fēng)病發(fā)的三小時內(nèi)，tpa可用來治療血塊導(dǎo)致的栓塞。l 使用tpa治療的病人有11%13%比沒有使用者在數(shù)個月內(nèi)更有

37、可能被治愈。l tpa并沒有明顯的減低在得到中風(fēng)后死亡的機率。在六個月內(nèi)，有21%使用tpa的病患死亡；而沒有使用此療法的則有23%的死亡率。l tpa無法減低在未來得到另一次中風(fēng)的機率。l 使用tpa的病患在中風(fēng)的最初36小時會有身體其他部位的少量出血。副作用 出血是tpa的主要副作用。如果tpa被給予有腦內(nèi)出血的人，將會提高十倍的機率會導(dǎo)致病發(fā)，增加死亡的機率。因此在給予治療前，分辨病患的中風(fēng)是因為血栓造成，亦或是血管出血就成了極重要的課題。x光斷層照相(ct)可用來確認是否腦內(nèi)有出血。aspirin 阿斯匹靈會抑制一種叫cyclooxygenase的酵素，而cyclooxygenase的

38、作用是制造一種發(fā)炎物質(zhì)，名為prostaglandins?；ㄉ┧?arachidonic acid)是一種脂肪酸，可以構(gòu)成細胞膜。當發(fā)炎連鎖反應(yīng)啟動時，細胞開始把花生烯酸轉(zhuǎn)變成prostaglandins。阿斯匹靈可以抑制這個反應(yīng)。 經(jīng)由阿斯匹靈，一種重要的prostaglandins(thromboxane)的量會減少。thromboxane與血小板堆積進而堵塞血管有關(guān)。若沒有thromboxane，血小板不能凝結(jié)成塊，流血時間會延長。我們還有其他機制可以凝結(jié)血液，然而若有時常使用阿斯匹靈的人應(yīng)避免進行手術(shù)。副作用 最常見的副作用是腸胃不適。在人類這是很常見的問題，因此常使用其他的止痛劑來

39、替代，如tylenol, aleve等。很重要的一點是應(yīng)避免使用這些非阿斯匹靈的藥物在寵物身上，因為很可能造成胃潰瘍。阿斯匹靈是一種安全的非類固醇消炎藥，其在醫(yī)療上的應(yīng)用很廣，也鮮少發(fā)生阿斯匹靈用量過多的情形。使用阿斯匹靈會永久抑制血小板的凝血功能。手術(shù)治療:主要分為血管擴張術(shù)和血管繞道手術(shù)血管擴張術(shù)介入性心臟病學(xué)，除了用藥物控制癥狀外，最有效的方法稱為血管再造。醫(yī)師通常會為冠狀動脈心臟疾病患者，施行經(jīng)過皮膚下、穿管式的冠狀動脈氣球擴張整型術(shù) (ptca)。醫(yī)生會在病人大腿的上部，腹股溝處，穿刺小孔，置放一塑膠導(dǎo)管鞘，再將一氣球?qū)Ч?，引?dǎo)進入冠狀動脈血管病變狹窄處，再將氣球充氣擴張，膨脹的球囊

40、，將積聚造成阻塞的脂肪粥樣瘤擠向血管內(nèi)壁，因而擴大血管內(nèi)徑，以增加血流的暢通。其手術(shù)成功率約百分之九十；但據(jù)統(tǒng)計資料顯示，大約有一半的病患在接受ptca手術(shù)后36個月，再做心導(dǎo)管檢查，發(fā)現(xiàn)有血管再度發(fā)生狹窄的現(xiàn)象。另外重要的是有百分之五至八的ptca病患，在擴張術(shù)過程中會有嚴重血管內(nèi)膜剝離，而造成急性血管阻塞的緊急危險。這些有剝離的病患有百分之六十以上需要緊急外科開刀作繞道手術(shù)(cabg)，并有可能并發(fā)心肌梗塞或死亡之危險。 在某些合適的病人，醫(yī)生會建議在進行ptca手術(shù)的同時，植入冠狀動脈內(nèi)血管支架，以增加血管內(nèi)徑的方式，來減低血管再發(fā)狹窄的機會，成效約百分之五十。另外對于預(yù)防急性血管阻塞的

41、療效則大于百分之九十以上。 冠狀動脈血管支架是一細小的不銹鋼管狀物，兩節(jié)連接，長約1.5公分。在ptca手術(shù)中，植入病者血管狹窄處，令血管保持原來管徑之擴張狀態(tài)，可顯著增加血液流通量，有效的減少冠狀動脈心臟疾病的癥狀。該支架將永久的留在患病體內(nèi)，13個月后血管內(nèi)皮細胞會生長將其覆蓋，不再暴露于血管中。 7年來的臨床經(jīng)驗沒有嚴重的后遺癥報告。 血管繞道手術(shù)冠狀動脈心臟病患，在適量的藥物治療仍無法改善心絞痛癥狀或運動時呼吸困難情形下，目前多數(shù)可以前述的經(jīng)心導(dǎo)管介入性治療(包含氣球擴張或血管支架置放)來改善冠狀動脈狹窄，如無法以經(jīng)心導(dǎo)管介入性治療(包含多次再狹窄或介入性治療的禁忌癥)，唯一的選擇便是

42、以開心手術(shù)的冠狀動脈繞道手術(shù)來達到延長病患壽命，改善心絞痛及呼吸困難等生活品質(zhì)的目的。 顧名思義，繞道手術(shù)是以一段血管來改善阻塞部位的血流，最好的比喻是如同臺北開車上了高速公路在泰山收費站大塞車，而新竹以下是通暢無阻的，那么多開一條北二高對交通改善必定非常的大，但如果新竹以下，臺中、嘉義一路也都塞車的話，那么改善的空間就非常有限。繞道手術(shù)所用的血管，多以病患本身血管為主，人工血管由于冠狀動脈血管管徑不大(約2.5 至3 毫米左右)，再阻塞率太高，還是以病患本身的動脈或靜脈為主要繞道手術(shù)血管的來源。動脈在左胸部肋骨內(nèi)側(cè)有左內(nèi)胸動脈，在右胸部肋骨內(nèi)側(cè)有右內(nèi)胸動脈，另外可以左手臂的撓動脈(因手臂至手

43、掌動脈支配有撓動脈及尺動脈兩條，取其中一條在大多數(shù)病患并不影響血流)，或胃部的動脈等，外科醫(yī)師在考慮這些動脈作為繞道手術(shù)的血管，必須將傷口的復(fù)原，病患阻塞血管的位置、嚴重度及將來血管的再阻塞率等一并綜合判斷。一般社會大眾所熟知的以大腿的血管來作為繞道手術(shù)的血管，那就是以大腿的靜脈血管來作為繞道手術(shù)的血管，來改善冠狀動脈血流，左右大腿均有許多段靜脈可供外科醫(yī)師使用。動脈和靜脈的差別，最大在于再阻塞率，以腳部靜脈作為繞道手術(shù)血管，每年的阻塞率約為5%，一般十年后約有一半的靜脈血管會阻塞，因此繞道手術(shù)后絕對不是心臟病已經(jīng)好了，需要好好跟醫(yī)師配合，戒煙及控制好血壓，血糖及血脂異常等等，才能維持血管長期

44、的暢通率。五、結(jié)論：由上述報告中可知道，從血液流體動力學(xué)的角度討論，當血管中物理性質(zhì)改變時，會影響到化學(xué)分子的表現(xiàn)，間接影響生理的調(diào)節(jié)。在正常健康的情況下，人體會有適當?shù)恼{(diào)解方式，使其維持恒定。一旦超過人體調(diào)解能力，會造成不正常的生理病變。正如此報告詳述內(nèi)容，人體有正常的血液流動機制，并促使許多畫學(xué)分子調(diào)解血液恒定。一旦血液流體因素出問題(shear stress不正常)，影響后續(xù)相關(guān)的生理功能 (凝血機制)，造成疾病 (血栓、動脈粥狀硬化等)。由此可知，人體生理正常恒定功能是由物理、化學(xué)、生物機制組成。問題與討論：1. 在身體的血管里面，阻力最大的是什么樣的血管？a:若就單一條血管而言，阻力

45、最大的是微血管，因為他的管徑是最小的，套到公式里可知他阻力最大。至于若就身體里的各種血管網(wǎng)而言，阻力最大的是小動脈，因為微血管在身體內(nèi)是以并聯(lián)的形式分布，所以阻力減低。而小動脈的管徑比起微血管來大不了多少，但是他在身體內(nèi)的并聯(lián)較少，所以他阻力比微血管還大，是最大的。2. 大動脈處的壓力是最大的，那他阻力為什么不是最大的？a:首先要澄清一下，壓力并不等同阻力，阻力是壓力再除以流量。所以雖然大動脈壓力是最大的，但是他的管徑大，通過的流量也大，所以阻力在計算之后就沒那么大了。3. 在身體里面，哪些地方容易發(fā)生亂流？a:由雷諾數(shù)可知當數(shù)值大于2100時會出現(xiàn)亂流，而當流速極快或粘滯力過低時，數(shù)值都會變大。另外在血管分支處以及當血管凹凸不平處的流動因為流速及密度會有極大的不同，所以也會有亂流出現(xiàn)的可能?？偟亩?，一般在血液流速極快以及粘滯力不足和血管分支以及血管不規(guī)則處都有可能出現(xiàn)亂流。4.血液因為壓力關(guān)系而會向血管中央移動，在總體積不變下，中央的血球不會太多而有更多摩擦嗎?答：血球是呈現(xiàn)扁平圓盤狀，在血管管壁附近，因為流速慢會使