都卜勒超音波在臨床上最主要的應用就是人體血流的量測。造成聲波散射的最主要成份是紅血球，這是因為紅血球的數量比白血球多約600倍，而血小板之反射截面約比紅球小1000倍。一般人體內血流流速最高約為每秒數公尺，但大部份血流流速在每秒一公尺以下。
以Dopplor shifting的原理可以測出血流速度，又可測出血管道直徑，也可以算出血流量：
Blood Flow(血流量) =Velocity×Area(血流速度×面積)<=(1/2)×(F′/F)×(C/cosθ)×(d/4)π
其中F:Doppler Shift
F:超音波之頻率
C:超音波速度在血液中為一常數(1540m/sec)
θ:超音波及血管之角度
d :血管直徑
以上的公式可算出血流量也指出血流速度。血流的Velocity及Amount在心臟生理方面為心臟科醫師診斷的重要依據。
壹●前言
本篇小論文主要在說明，藉由研究血液凝結時間的物理測試方法，進而分析各種控制變因如使用藥物、維生素、茶或咖啡等或運動習慣對血液凝結時間的影響，打造出改善心血管疾病的途徑，並且論及運動及日常藥物如何影響血液凝結時間，而能從根本—營養與運動方面著手，進而得到改善的效果。
第一部分說明凝血機制，可分為外在與內在途徑，以及內在途徑中的凝血因子的作用方式與重要性。第二部分解釋血液凝結時間的物理測試方法與臨床上血液凝結時間的定義與分類，如何設計一套使用便利且量測結果在可接受的精度，並顧及可攜性與便利性。第三部分提及各種控制變因對血液凝結時間的影響，如重要的營養成份、藥物與運動等，提供心血管疾病患者或潛在患者如何維持自己的血液凝結功能，並注意自己的運動及日常藥物使用。
一、研究動機
在腦血管與心血管疾病中有一個共通的問題，即是因血管栓塞所導致的疾病，在腦部血管栓塞就會造成腦中風，在心臟的血管栓塞則為心肌梗塞。治療腦栓塞與心肌梗塞最常見的藥物就是抗凝血藥及抗血小板製劑；因為高脂血症的病人是這類疾病的高危險群，所以降血脂藥的使用也很普遍。我的家族中有心血管病史的長輩或平輩佔大多數，爺爺的兄弟共四人全曾中風，並因此失去性命。我的父親年僅四十四歲便已動過冠狀動脈繞道手術；面對這麼恐怖的家族魔咒，令我想要了解它的發生原因與機制，投身這方面的研究來了解它與對抗它，並進而培養自己在科學研究方面的興趣。本來這個題目在我高二的時候，就已經在我的腦海中形成，我原先預備以這個題目參加科展，與老師討論後發現科展的安全規定不能從事血液相關實驗，所以就放下來。上了三年級
二、研究目的
為了研究中風與其他血管栓塞引起的心血管疾病的原因，所以需了解血液凝結的路徑及控制因素。如流體力學與血球、血液、血管的基本知識，及血液黏滯性等由物理因素引起的血液性質，與剪應力改變對於內皮細胞的影響，而產生血栓、凝血機制，動脈硬化病變等，啟發了本研究的動機。
我將由研究血液凝結時間的物理測試方法之差異性，進而分析各種控制變因如使用藥物、維生素、茶或咖啡等或運動習慣對血液凝結時間的影響，藉此將可以提供正確的治療甚或是預防的依據。
貳●正文
一、資料蒐集
人體出血的凝血機制(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(Fibrinolysis)。這三個部分形成了血液中的凝血與止血機制。在正常的血液運行下，人體內出血的傷口很快止住了之後，會被溶纖反應(Fibrinolysis)再次打通血管，使正常的血管通行無阻。如果血管中內皮細胞出現了病變，或是血液在流動中的剪應力（Shear Stress）異常了，都會讓凝血機制無法正常作用，因而使得血流受到阻礙栓塞，在血管中出現血栓等異常表現。
在出血10~30秒左右後，會開始血液凝固(Blood Coagultion)的反應。這是一個複雜的過程，可分為3階段。其中第1階段凝血因子來源不同，可分為外在途徑及內在途徑；第2及第3階段則為共同途徑。外在途徑(Extrinsic Pathway)指由身體受傷之組織釋放出組織凝血質(Tissue Thromboplastin)而啟動。
啟動反應的凝血因子是來自血管以外之周圍組織，故名之為外在途徑，其過程較內在途徑短。最終生成凝血酶原致活素(Thromboplastin)。而內在途徑(Intrinsic Pathway)指所有之凝血因子皆來自血管之內故稱為內在途徑。由血中血小板接觸受傷管壁上之膠原纖維啟動活化第XII因子，再加入Ca² ，I、Ⅸ、Ⅷ及Ⅶ因子，最終形成血小板凝血質(Platelet Thromboplastin)，其過程較複雜。（註一、新編GUYTON生理學）
因此，了解凝血機制中三種機轉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了異常，最後找出解決病變血管的方法和治療。並達到下列三大目的：
1. 了解血液凝結的的成因及對凝結時間的量測方法，並且發展在週邊有限的資源裡實用簡便的量測方法。
2. 了解影響血液凝結的控制變因與對血液凝結時間的影響程度，並且用簡單的實驗觀察輔助了解科學研究實事求是之精神。
3. 了解各種控制變因對血液凝結的機制，並且思考可能的防治對策。
（註二、節錄自Yale University School of Medicine Heart Book）
為能深入了解血液凝固作用(Blood Coagultion)與其控制變因，我將針對四大方向去查資料：
1.血液凝結時間如何量測？
2.那些藥物會影響血液凝結？
3.血型、血糖值與血液凝結的關係？
4.運動與血液凝結的關係？。
資料蒐集的目標是透過搜尋引擎來找，中文部份包括全國博碩士論文與醫用生理學，西文資料以期刊與網站資料為主，礙於英文專有名詞瞭解不足，初期確實有障礙，且相關資料都太老舊，部份研究血液導電性與血液凝結時間的關係報告早在民國初年即出現，顯示這一百年來，科學家們投入的人力與物力，早已獲得豐盛的成果。為了能有效地在課餘時間蒐集資料，我先找了幾篇最近的期刊文章，由其參考文獻再延伸出去，果然就找到上述四大方向的許多相關資料。
二、文獻探討
血液凝結時間量測方法
1.電流法
電流法利用纖維蛋白原無導電性而纖維蛋白具有導電性的特點，將待測樣品作為電路的一部分，根據凝血過程中電路電流的變化來判斷纖維蛋白的形成。由於該電流法的不可靠性及單一性，很快被更靈敏、更易擴展的光學法所淘汰。
2.光學法（比濁法）
光學式血凝儀是根據凝固過程中濁度的變化來測定凝血的。根據不同的光學測量原理，又可分為散射比濁法和透射比濁法兩類。
A.散射比濁法：散射比濁法是根據待驗樣品在凝固過程中散射光的變化來確定檢測終點的。在該方法中檢測通道的單色光源與光探測器呈90°直角，當向樣品中加入凝血啟動劑後，隨著樣品中纖維蛋白凝塊的形成過程，樣品的散射光強度逐步增加，儀器把這種光學變化描繪成凝固曲線，當樣品完全凝固以後，散射光的強度不再變化。通常是把凝固的起始點作為0%，凝固終點作為100%，把50%作為凝固時間。光探測器接收這一光的變化，將其轉化為電信號，經過放大再被傳送到監測器上進行處理，描出凝固曲線。當測定含有干擾物（高脂血症、黃疸和溶血）或低纖維蛋白原血症的特殊樣本時，由於本底濁度的存在，其作為起始點0%的基線會隨之上移或下移，儀器在資料處理過程中用本底扣除的方法來減少了這類標本對測定的影響。但是這是以犧牲有效信號的動態範圍為代價的，對於高濁度標本並不能有效解決問題。
B.透射比濁法：透射比濁法是根據待測樣品在凝固過程中吸光度的變化來確定凝固終點。與散射比濁法不同的是該方法的光路同一般的比色法一樣呈直線安排：來自光源的光線經過處理後變成平行光，透過待測樣品後照射到光電管變成電信號，經過放大後在監測器處理。當向樣品中加入凝血啟動劑後，開始的吸光度非常弱，隨著反應管中纖維蛋白凝塊的形成，標本吸光度也逐漸增強，當凝塊完全形成後，吸光度趨於恒定。血凝儀可以自動描記吸光度的變化並繪製曲線，設定其中某一點對應的時間為凝固時間。
C.雙磁路磁珠法:早期的是在檢測杯中放一粒磁珠，與杯外一根鐵磁金屬杆緊貼呈直線狀，標本凝固後，由於纖維蛋白的形成，使磁珠移位元而偏離金屬杆，儀器據此檢測出凝固終點。這類儀器也可稱為平面磁珠法。早期的平面磁珠法雖能有效克服光學法中樣品本底干擾的問題，但也存在著靈敏度低等問題。雙磁路磁珠法的測試原理如下：測試杯兩側的有一組驅動線圈，它們產生恒定的交替電磁場，使測試杯內特製的去磁小鋼珠保持等幅振盪運動。凝血啟動劑加入後，隨著纖維蛋白的產生增多，血漿的粘稠度增加，小鋼珠的運動振幅逐漸減弱，儀器根據另一組測量線圈感應到小鋼珠運動的變化，當運動幅度衰減到50%時確定凝固終點。
就濁度測量原理而言，散射比濁法更為合理、準確。在這類儀器中，光源、樣品、接收器成直角排列，接收器得到的完全是濁度測量所需的散射光。而在透射比濁法中，光源、樣品、接收器成一直線排列，接收器得到的是很強的透射光和較弱的散射光，前者是有效成份，後者應扣除，所以要進行信號校正，並按經驗公式換算到散射濁度。此法雖儀器簡單，但精度較差。
此外，從全國博碩士論文網中也查到有人用生物晶片來作血液凝結時間之研究 -「微血液凝血生物晶片之研究」。另外一篇則是利用微流體血液凝結時的光學變化來研究 -「應用微流體光碟分析儀於凝血脢原時間檢測」。（註四、應用微流體光碟分析儀於凝血酶原時間檢測。）
表 1 血凝儀作用原理與專利狀況
| 美國專利號碼 | 發明人 | 專利名稱 | 原理 | 專利日期 |
| 4640896 | Peter C. Farrell etc. | Whole Blood Clotting Timer | 透射比濁法 | 02/03，1987 |
| 4659550 | Kurt Schildknecht etc. | Method and Apparatus for Measuring Blood Coagulation Time | 散射比濁法 | 04/21，1987 |
| 4876069 | Siegfried Jochimsen etc. | Blood Clotting Time Measuring Apparatus | 透射比濁法 | 10/24，1989 |
| 5167145 | David M. Butler etc. | Measurement of Blood Coagulation Time Using Infrared Electromagnetic Energy | 透射比濁法 | 12/01，1992 |
| 5298224 | Thomas M. Plum etc. | Apparatus for Determination of The Coagulation Time of A Blood Sample | 透射比濁法 | 03/29，1994 |
| 5580744 | Stephen E. Zweig etc. | Test Article And Method for Performing Blood Coagulation Assays | 散射比濁法/干涉法 | 12/03，1996 |
| 5601995 | Thomas Exner etc. | Apparatus And Method for Detecting Coagulation Time of In Blood Samples | 光學法/電流法 | 02/11，1997 |
（註三、整理自http://www.uspto.gov/）
在此我要提出兩種現階段我可以使用的實驗方法：電阻法與Sliding method兩種。
A. Sliding method需要準備的器具有採血針、載玻片、計時器等。為了準備這些器材，我將腦筋動到父親的攜帶式血糖儀，裡面就附有採血針，而載玻片、計時器等都是家裡現有的。實驗步驟也蠻簡單的，用採血針刺耳垂，採血，並滴於載玻片上，每30秒用採血針挑一次，直到纖維出現。
表 2 運動前血液凝結時間量測結果
| 取樣日期 | Sliding method | 電阻法 | 備註 |
| 10/25 | | | |
| 10/26 | | | |
| 10/27 | | | |
| 10/28 | | | |
| 10/29 | | | |
| 10/30 | | | |
表 3 運動後血液凝結時間量測結果
取樣日期 Sliding method 電阻法 備註 10/25 10/26 10/27 10/28 10/29 10/30
我們做了這個實驗發現約3-5分鐘便完成了，只是結果並不很精準。
B. 電阻法需要準備的器具有電阻計，載玻片， 計時器等。因為血液的導電度極低，原先我採用三用電錶量，卻量不到值。後來換了電阻計量測範圍大了許多，才有改善。
由於時間的限制與安全規定，我無法進行實驗，但是從資料中引發我的一個想法，現行的一些量測方法均以光跟電來量血液凝結時間，是否可以超音波來量呢？ 血液凝結時應該會有黏滯性的變化，如果能用超音波來偵測血液黏滯性的變化，將可以作為血液凝結時間量測的標準。超音波於血液學的應用大多是研究血流的流速、流量或濃度，（註五、超音波技術探討血液濃度、血流、與血栓形成的關係。）我認為可以用超音波來測血液的黏滯性的變化，用以判斷凝血時間。我們可以應用超音波的散射、衰減和聲速這三種特性可以偵測血液凝結完成。據我推想血液凝結時會促使超音波衰減、聲速和散射增大。未來可以利用超音波來設計儀器連續自動偵測血液凝結時間。
三、分析討論
我們利用上述電阻法與Sliding method方法進行了一系列的血液凝結時間量測，由於父親每日均有服用抗凝血藥物保栓通，為求實驗之可靠性，我們都在晚上九時開始量測，先取一次血樣在兩片載玻片上各滴一滴血，並以兩種方法同時量測。 其次，請父親於跑步機上以預設的Program（坡度4、速度5.6）連續運動三十分鐘後，利用上述方法重複進行血液凝結時間量測並記錄其結果。（如上表2、3）
由以上實驗數據大致可以看出基本上Sliding Method量出之時間較短且較準確，電阻法則因量測儀器的關係，資料散亂度相當大。運動對血液凝結時間的作用幾乎無法從數據中看出有任何變化，這點與我從文獻中查到的結果大不相同。或許是運動量不足或運動強度不夠，以Sliding Method量到的時間大致都在五、六分鐘時觀察到纖維絲出現。而電阻法量到電阻變化的時間幾乎都在十四分鐘以後，且變化不太明顯，
參考文獻中運動對血液凝結的影響（註六、登山隊員攀登勒寧峰前後其運動能力及血球變化影響。），由登山隊員攀登勒寧峰前後其運動能力及血球變化可以了解，最大攝氧量(V‧O
參●結論
經過了這次分析研究，我對血液凝結有了更完整的認識。血液凝結時間的量測方法不論是物性的或化學性的，我都已經有了較深的體會，使用超音波的都卜勒效應，應可量測血液的黏稠度變化，進而得到血液凝結時間。
影響血液凝結的藥物，我也經由這次的研究，對抗凝血藥與血栓溶解劑作了完整的整理與分析。父親自四十歲後就長期服用降血壓、血糖的藥，三年前動了心臟繞道手術後，又多吃了保栓通這種抗凝血藥。我終於理解父親每天服下的那些藥是多麼的不尋常，這也說明了保栓通為甚麼要賣那麼貴而且還是自費呢!
糖尿病本身就會造成凝血功能不佳，保栓通更是助紂為虐，當然凝血功能會變差。但是影響的程度如何？在抗凝血藥物中最出名的便是Aspirin ，Aspirin的主要作用，是防止血小板(Platelet)凝結，使血液比較沒有粘性，血小板凝結(Clotting)是造成血管硬化(Arterdsclerosis)及阻礙血液流動的主要原因，因此改善血管健康情況，可以降低心臟發作，中風死亡的風險。
此外，肝素也有明顯的影響且很早就已經被臨床使用。低劑量的Heparin（肝素） 和 antithrombin III 結合後，可以抑制 Xa 凝血因子的活化，使凝血酵素原 (prothrombin) 無法轉化成凝血酵素 (thrombin) 而達到防止凝血的效果 而較高劑量的Heparin 能進一步抑制凝血酵素的活化，使纖維蛋白原 (fibrinogen) 無法轉化成纖維蛋白 (fibrin)，而阻擾凝血作用的繼續發生。
而Warfarin Sodium則可抑制肝臟內仰賴 vitamin K 的凝血因子的合成作用，即第 II、VII、IX 及 X 凝血因子。這些因子被漸漸耗盡後，而出現抗凝血作用。
維他命Ｋ是種脂溶性維生素，分成Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３三種，維他命Ｋ１來自日常飲食中的綠葉蔬菜；維他命Ｋ２來自腸道中之細菌合成，約佔人體維他命Ｋ之半數；維他命Ｋ３則為人工合成。維他命Ｋ具有凝結血液的功能，以避免一些較小的創傷或裂口所引起的過度流血以及體內的出血。維他命Ｋ具有強化抗發炎組織的細胞與細胞膜之功能，並與骨骼形成具有密切關係，所以吸收充足維他命Ｋ能有效預防骨質疏鬆症。
另外有血栓溶解劑如鏈球菌激酶（Streptokinase）、尿激酶（Urokinase）或組織胞漿素原活化劑（tissue plasminagen activator）等，已被證實可快速地將急性阻塞的部份動脈血管打通，對於心血管及週邊血管病變有很好的治療效果。
除了上述使用藥物、維生素等對血液凝結時間的影響外，還有血液的黏滯度會影響血液凝結時間。血液為非牛頓流體，而影響血液的黏滯度因素有：血比容( Hematocrit ) 、血漿中蛋白質、法林效應（Fahraeus-Lindqvist Effect）、逆轉效應（Inversion Phenomenon）與血液流速等。
血液中血球所佔的百分比稱為血比容(Hematocrit)，血比容越大，則血液相鄰各層間的磨擦力越大，而這各磨擦力便決定了血液的黏稠度，因此，隨著血比容的上升，血液的黏稠度也大幅度的上升。而血液在微小的血管中的黏滯效應，比在大血管時還要小，這種效應稱作Fahraeus-Lindqvist 效應。多半出現在直徑小於
肆●引註資料
一、期刊
1. Cristina P. Vicente， Li He， Mauro S. G. Pava˜o， and Douglas M. Tollefsen . （2004）.Antithrombotic activity of dermatan sulfate in heparin cofactor II–deficient mice. BLOOD， 104（13）， 13，3965-3970.
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3.
4. Desmond J. Fitzgerald 1 and Andrew Maree. （2008）. Aspirin and Clopidogrel Resistance. American Society of Hematology.114-120.
5. T. M. WILSON.（1907）. The Conductivity Of Blood In Coagulation. Bio-Chem. Jour.， v.2(7-8); pp. 377-382.
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二、博碩士論文
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2. 陳勝勇、蔡孟勳。（2003）。小波訊號處理於都卜勒超音波血液流量量測上之初步研究。中正大學機械工程學所。碩士論文。
3. 周豐藝、施桂月。（2001）。人類凝血脢調節素功能之分析。成功大學生物化學所。碩士論文。
4. 張詠銘、黃崧任。（2006）。微血液凝血生物晶片之研究。中正大學機械工程所。碩士論文。
三、書籍
1. Vennard、Streer。任碩/張俊盛譯。（1998）。基本流體力學。
2. 李旺祚主編、王秀伯等合譯。（2005）。新編GUYTON生理學。
3. Barry L. Zaret， Marvin Moser，
四、網址
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5. United States Patent and Trademark Office。取自http://www.uspto.gov/
