缺氧型心肌梗塞

簡單的說心肌梗塞就像腦中風一樣的是一種超大型的急性缺氧傷害,有點像汽車的引擎因為沒機油而過熱燒掉一樣。

心肌梗塞是因為血液中的游離血栓,在專門供應心臟的血管網(冠狀動脈)中任一地方梗塞卡住,造成血流堵在卡住位置的前端瞬間形成高血壓。而在梗塞位置後端的所有心肌細胞則面臨完全無氧的局面,而被迫瞬間轉換成無氧呼吸代謝,在幾分鐘內因為能量掉落19倍而造成細胞直接死亡。離開遠一點的細胞可能有部分血液是透過其他血管的支援,所以雖然呈現嚴重的缺氧狀態,但細胞還不至於立刻凋亡。

問題就發生在當身體自發性的溶解血栓或者隨後的搶救所施打的強力溶解血栓藥物,都會讓血液快速的流入飢渴已久又虛弱無比的心肌細胞中,這個動作在醫學界稱為血液再灌流現象,這個搶救的動作雖然是必要,但是卻造成細胞的二度傷害,因為就像許久沒有發動的發電機或引擎一樣,一旦開始啟動,大量不完全燃燒的黑煙廢氣就即刻冒出四竄,同樣的,當急性缺氧的心肌細胞突然獲得到大量的氧氣供應時,細胞立刻重啟粒線體進行有氧呼吸,但這一開始將會釋出比平常多很多倍的自由基,而且當幾億顆細胞一起釋放時,這種破壞力比起完全缺血缺氧的情況還嚴重得多。

我從一位開業建築師的工作生涯,轉變成中年後重新再投入生物醫學科技的研究領域,其實最大的因素就是我父親因為心肌梗塞突然的逝去!這也成為我研究如何解決缺氧性疾病的最大動力。其實像這種引擎直接燒毀的重大事件,發生的機率其實還是相當的低。最可怕的是在那比頭髮還細18倍以上的心臟小血管或微血管的血栓梗塞,雖然大多數的心肌細胞都是在微血管網中所包覆,但是這種微小梗塞的事件幾乎隨時都在發生,而這才是我們心臟力漸漸衰退的最大原因!

陳志明博士醫學研究室

透過研究的分工與專業的演化下,陳志明博士分子醫學研究室在2013年底,嘗試的將幾項研究的重點項目,進行研究分類專業網站設置,目前我們的新設置的專業網站區分如下列三站:

一、陳志明博士分子醫學研究室
陳志明博士分子醫學研究室,是專注於探討心肌細胞及神經等細胞中鈉鉀離子幫浦作用(Na+/K+ATPase)的非營利性私人研究單位。本研究室堅持從天然植物發現新物質,透過分子生物醫學的研究手段,以解決人類慢性疾病的根源問題為目標。
二、高血壓研究室,網址:www.bloodpressure.tw

這是一個專門以研究高血壓的相關治療與預防策略之自由研究單位。這個研究網站除了是由本研究室所發起創立之外,還希望透過結合其他國內外研究單位、醫生、學者、出版商、研究生、與許多『只用降壓藥,找死』的讀者及更多為高血壓所苦的朋友相互互動所組成。

高血壓研究室專攻於各種高血壓原因及治療方法,以及現今降壓藥物對人體的損害。高血壓的新觀念已經成功讓很多人的狀況得到相當大的改善,本研究室更是積極推展高血壓的新觀念,能使所有人都能對高血壓的缺氧、與心臟衰退的發生具有正確的觀念及保健醫療態度,而成為真正健康的成年人!

三、台灣高山症與耐缺氧研究中心,網址:www.ams.org.tw

這是一個專門以研究高山症及相關高原反應症的自由研究單位。這個研究網站除了是由本研究室所發起創立之外,同時還結合一群熱愛高山旅遊及登山的國內外研究人員、醫生、學者、運動員、學生、登山友、退休人員、及各界社會工商人士等所組成,主要任務是針對當今科學界對高山症、高山肺水腫症、高山腦水腫症、高原反應等研究進行探討,目的是要讓所有要進入高山活動、攀登高山或高原旅遊的人,都能具備基礎的認識、能有萬全的預防準備,而能安全的、健康的完成與高山的相會!

缺氧型高血壓病理

血壓的主要目的是為了提供壓力差使氧氣及養份能有效及快速的輸送到達細胞內部,以滿足細胞進行有氧代謝的生物能量ATP產出,因此維持細胞基本能量需求的平衡是身體調控血壓的第一關鍵任務。而在成人時,從人體在25歲之後,每年的最大攝氧量(VO2max)平均將減少1%,因此當人體年齡到達45歲之際,最大攝氧量(VO2max)已減少20%以上。人類細胞在有氧代謝狀態下,一莫耳(mole)的葡萄糖可產出38個ATP生物能量,相反的,同樣單位的葡萄糖在無氧代謝狀態下卻只能產出2個ATP生物能量。也就是如果按照正常人體的細胞代謝方式,45歲的人體所能獲取的能量有80%是透過有氧代謝,同時20%則是透過無氧代謝所產出,因此若以細胞每獲取一個單位葡萄糖(或血糖)的情況下所產出的能量將是38ATP x 80%+2ATP x 20%=30.8ATP  ,和25歲的成人比較一下,已平均減少了19%的能量。因此在這個情況下由於能量產出不足,細胞則進入了所謂的慢性缺氧狀態。

組織器官內的細胞為了維持正常的機能,得藉由不同的調控機制來增加氧氣的獲取。最簡單的方式就如同以橡皮管澆灌花草的情況一樣,當水壓不足時,較遠處的花草將很難獲得正常的水,因此除了設法加大扭開水龍頭以增加水量之外,另外就是用手緊掐住水管以局部性的加大水壓,讓水可以噴到較遠的花草區域以補充不足。

而人體血壓的主要構成要素:一是心臟輸出血量(Cardio Output簡稱CO),另一是全部血管系統的阻力(Total Peripheral Resistance簡稱TPR)兩大區塊,而心臟輸出血量又是簡單地由每次打出的心臟射血量(Stroke Volume簡稱SV) 乘上每分鐘心跳次數(Heart rate簡稱HR) 所構成。因此就形成下面的簡單的血壓(Blood Pressure簡稱BP) 公式:

                               BP =CO x TPR

又可寫成                 BP=(SV x HR) x TPR

在加進:最大呼吸量(κ),細胞常態能量需求(δ),心肌收縮力(γ ),血管收縮因子(φ)等參數之後變成為

                             δ•BP=κ• (γ• SV x  HR)  x   φ• (TPR)

然而當隨著年齡的增加,心肌細胞的收縮力(γ )漸漸減退,使得心臟的射血量(SV)也漸漸減少,因此造成了身體的最大呼吸量(κ)也隨之降低,結果造成體細胞長期處在慢性缺氧的能量(δ)匱乏狀態下,細胞為了滿足原有的氧氣供應水平,勢必最低程度使血壓(BP)回復到原有的壓力水準以上。因此只剩下加大收縮血管(φ )以加大阻力(TPR),或者提高心跳次數(HR)兩個途徑,來補充因為缺氧所發生的能量生產差異。只不過因為提高心跳次數除了必須耗損更多能量,以及補充能量投放的準確度較差之外,同時還更容易折損身體最重要器官:心臟的壽命。因此除非必要,身體一般還是以收縮血管的策略作為最適當的代償反應動作。

當缺氧情況還不是相當嚴重之際,適當的血管收縮及微略增加的血管阻力,將使得血液循環速度加速,雖然造成心臟的前負荷加大,但同時也會增加了心臟的回流血量。依據法蘭克-史達林機制(Frank–Starling mechanisms ),心臟的輸出量(Cardio Output)也將加大,在這狀況下,缺氧的情況將獲得緩解,血管的收縮機制將消失,同時血管的阻力也隨之恢復正常。這是高血壓臨界期間所造成血壓起伏不定的現象。如果能夠適當的加強心臟輸出量(CO)的策略,而不施以擴張血管或減少水分等治療策略,患者應該可以進入良性循環,使缺氧型高血壓延後發生。

因此隨著年齡的增加,最大攝氧量VO2max呈現線性減少之外,身體、生活模式及環境的退化或惡化因子,也加劇了組織或器官細胞的缺氧,血管的收縮因子也將持續加大,如果這時加上血管的全部周邊阻力(TPR)的因子也加大時,血壓也將呈現異常偏高,而達到國際高血壓指南JNC7分類的二期到第三期階段。身體對這類情況的代償動作,除了適當加強血管的收縮因子(φ )之外,另外將開始增加心跳頻率(HR),以輔助減緩細胞缺氧及能量短少的問題,但同時也將縮短心肌細胞的壽命,而朝向難以逆轉的器官衰竭惡性循環之路。

沙棘提取物HIPZN 與預兆型偏頭痛

在我研究缺氧型偏頭痛的過程中,一直有一個非常痛苦的問題,就是實驗老鼠不會告訴我們它到底頭痛或不頭痛,所以為了解決這個科學上的疑惑, 我只能做人體臨床試驗,為了做這個實驗所投入的精神和花下的金錢實在是很難估計,不過到最後所得到的臨床數據卻是大大的震動我們實驗人員的神經波動,當然這個就不會造成傷腦筋的偏頭痛問題囉!

在我的人體臨床試驗當中我們將一項從珍貴植物沙棘中所提取出來物質,我取名為HIPZN, 來當做實驗的主要有效物質, 應用不同的劑量和其他有效的中草藥形成特殊的配方之後,進行人體試驗。

經過三個月在國家醫學中心進行人體試驗之後,經過分析和判斷發現沙棘萃取物HIPZN對於預兆型偏頭痛的發作頻率、以及痛感的減緩兩者都有非常明顯的功能。之後在我實驗室繼續研究這項提取物的作用機轉之後,發現這個HIPZN特別能夠抑制腦波的異常波動,很可能是透過抑制鈉鉀離子ATP通道的機制,將過度激化的波動頻率給緩和,同時也透過它對鈉鉀離子幫浦的抑制能力,強化了心肌細胞的 輸出力量,而使身體處在較不缺氧的狀態下, 或許這些機制可以解決預兆型偏頭痛的病患痛苦!

認識心臟

心臟是由心肌細胞、纖維組織與血管交結而成的一個器官。大體來說可分四個腔室,即左心房、右心房、左心室及右心室。左右心房的外壁較薄,主要用來收集由靜脈系統回流的血液,而以房中隔分隔開來。左右心室以室中隔分隔,其心肌壁較厚,主要藉由心肌細胞協同地以強而有力的收縮,將心房流入的血液射到動脈系統,可說是身體所有循環的原動力。若心肌有問題,則將影響其收縮力,並且造成血液循環不足,而難以應付其他器官正常運作的以應付需求(稱為心臟衰竭)。 心房與心室之間有一個瓣膜,藉以區分血液的流向,使血液不致逆流回到心房。右側的瓣膜有三瓣,稱為三尖瓣;左側則只有兩瓣,稱為二尖瓣。由於其形狀頗似教堂裡僧侶的帽子,所以也稱僧帽瓣。此外,左右心室分這些瓣膜的完整性對循環而言非常重要,若有病變(如風濕性心內膜炎)會導致開啟不暢(稱為狹窄),或關閉不完全(稱為閉鎖不全或逆流)如果持續惡化,終會引起一連串變化而造成心臟衰竭。

心臟功能運作

心臟是一個很神奇的器官,它是身體活動力的泉源。心臟每天24小時不停的以每分鐘60~100次規律地跳動著,藉由與它相連的動脈、靜脈與微血管所形成的循環系統,負擔全身各器官系統的活動,有道是牽一髮而動全身。只要心臟一停止跳動,人便會在短時間內死亡。要持續扮演這麼重要的角色,必須有絕對精密的幾種系統交替協同運作才行,這些系統就像是我們所住房子一樣,要有電力,水(血液)以及電信(神經及內分泌)等系統才能運作。

心臟電力系統

心臟就像是一個冷氣或冰箱的壓縮機一樣,是經過精密的設計,可以讓心室肌肉定時收縮,或擴張休息,以儲備能量作為下一次收縮之用。心室收縮有一種「全或無」的特點:簡單地說,心室的肌肉細胞,要麼就全部收縮,不然則就全部休息。要達到這種萬眾齊心的效果,就要有一套傳遞訊號的裝置(稱為心臟的傳導系統),將信號(微量的電流)經此系統傳至所有心室的細胞,以達到整齊劃一的收縮動作。另外,這項信號傳遞會在心房與心室交界處稍事停留,好讓心房的血液能在心室收縮的前一刻,流進心室從事最有效的收縮。

一般來說,心臟的傳導系統包括信號原始起點的竇房結、心房內傳導束、房室結及心室內的傳導束等。心室內傳導束又分為希氏束及左右束枝,在細分布到各個心肌細胞(圖23)。這個傳導系統中的任何部位發生問題,均會導致各式各樣的心律不整,包括起搏障礙與傳導障礙。

心臟血液供應

心臟除了類似壓縮機般系統的具有機械功能外,也相對的極其耗用能源。由於它本身也是一個肌肉組織,尤其是左心室強而有力的心肌系統,更有所有動力的來源,也因此它需要有自己的循環系統來大量供應氧氣與養分,並將新陳代謝所產生的廢物帶走。

心臟的血液循環包括動脈與靜脈(圖24),以及佈滿於心肌內的微血管。其中以動脈系統最重要,包括左右兩條動脈及其分支。由解剖學上來看頗像是一頂皇冠,所以便稱為冠狀動脈。左冠狀動脈從主動脈分出後不久即分為兩支,分別稱為左前降支與左迴旋支。前者沿左右心室的中間前進生長,主要供應血液給心室中隔及左心室前壁,後者則供應左心室後側壁血液。而右冠狀動脈除供應右心室外,也供應左心室的下壁及一部份心室中隔。

這些動脈若發生問題(最常見者為動脈硬化所導致的冠狀動脈病),使遠端的血液供應不足,就會引起心肌缺血,甚至壞死(稱為心肌梗塞)。這就是我們常說的冠心病了。至於心臟的靜脈系統,大抵沿著冠狀動脈分布,最後匯集到冠狀竇,再流入右心房。

心臟神經及內分泌調節

心臟的收縮功能的快慢,大都受到神經與內分泌系統的調控才能穩定地進行,以適應環境及生理循環所需。譬如,夜間睡眠時,心跳數下降,醒來時則加快。遇到緊急狀況時,能發揮身體的功能極限,以應付危險等。

一般來說,心臟沒有感覺及運動神經,只有自主神經系統分布其間,包括副交感神經(主要為迷走神經)及交感神經。前者使心跳變慢,後者則使它加快,並加強收縮力。

身體的內分泌器官,如甲狀腺與腎上腺。其所分泌的激素會直接經由血液循環送到心臟,以從事調解心臟活動的功能。有趣的是,心肌細胞本身也會分泌一些激素來作部份調解,若分泌量過多的時候,還可經由血液流到腎臟或肺臟調和全身的功能。

心律不整原因

心律不整基本上是指心臟的跳動節律或模式出了問題,可能心跳速率過慢,或者太快,也可能是心臟突然地多跳幾下,或者漏了幾次,而呈現不規則地跳動節奏等,這 些就稱為心律不整。正常狀況下,一般心肌細胞會受到外部電氣衝動的刺激,反覆進行去極化與再極化,並且持續週期性地收縮與舒張。

正常的心跳刺激是由右心房的竇房結產生,房竇結能自動產生電氣衝動刺激,往左右心房擴散,就會讓心房收縮。心房肌去極化形成的電氣衝動傳遞到房室結之後,每隔 0.1 秒左右,會經由希氏束將電氣衝動傳到左右心室。

這 一連串電器衝動,可以從心電圖清楚測得並且記錄。心電圖的一連串波形,通常會用 P開始的英文字母作記號。其中, P 波代表心房亢奮, QRS 波代表心室去極 化, T 波代表心室再極化。此外, QRS 波到 T 波為止,屬於心室收縮期(把血液送出心臟外)。 T 波結束到 Q 波為止,屬於舒張期(血液回流到心房及傳遞到心室)。