久站會讓腳浮腫,為什麼?
― 把腳部的血液送回心臟的,其實不是心臟
早上還輕鬆穿上的鞋子,到了傍晚卻變緊。長時間站立工作,或長時間移動之後,腳會又累又重。這不是錯覺,而是血液和水分堆積在腳部附近的狀態。奇妙的是,明明心臟一直不停地跳動,血液為什麼還會堆積在腳部呢?答案在於,從腳部回到心臟這段路的幫浦,其實不是心臟。
在電車上站著搖晃了約30分鐘。明明沒特別做什麼,下車時腳卻已經變重了。
但從那裡開始走路,過了幾分鐘後,那種沉重感就迅速減輕。有時走路甚至比坐著休息還要輕鬆。
休息時變重,活動時變輕。這個逆轉現象,正好告訴我們腳部的血液是怎麼回到心臟的。
原因大致有兩個
心臟推出的血液,在流經細小血管的過程中,幾乎失去所有衝力。到達腳部時,已經沒有向上推回的力量了。而且腳部比心臟低了1公尺以上,血液自身的重量也壓在那裡。
小腿肌肉每次收縮,穿過其中的血管就會被擠壓,血液被推向上方。血管內側排列著只能向上開啟的瓣膜,被推出的血液無法往下回流。走路這個動作本身,就是一個幫浦。
也就是說,站著不動的時候,這第二個幫浦是停止的。讓我們依序看下去。
腳部的血管,承受著血液的重量
把裝滿水的軟管垂直掛起,越下方的地方會從內側被撐得越緊。這是因為上方水的重量壓在那裡。人體內也發生著同樣的事。
站立時,腳踝的血管會承受從心臟高度到腳踝這段血液柱的全部重量,成為額外的壓力。後面的計算會證實,這個壓力大約是大氣壓的8分之1。血管像橡膠一樣柔軟,會因這股壓力稍微膨脹,血液便堆積在那裡。
而且,壓力一高,血液中的水分就會從血管最細的地方慢慢滲出。滲出的水分堆積在腳部組織裡,就是浮腫的真面目。圖1左側正表現了這個情形。
走路會變輕鬆,是因為幫浦開始運作
小腿常被稱為「第二個心臟」。這裡有粗大的血管穿行於肌肉之間,肌肉每次收縮,都會從外部用力擠壓血管。
不過,光靠擠壓,血液會同時往上往下逃逸。這時發揮作用的就是瓣膜。血管內側排列著相對而生的薄膜,由下往上的流動會開啟,由上往下的流動則會關閉。所以被擠壓的血液只能往上前進。
每走一步,這個動作就重複一次。走路時腳會變輕,是因為堆積的血液正被送回心臟。相反地,站著不動時,肌肉不收縮,幫浦就會停止,血液持續堆積。長時間久坐時也是一樣的道理,小腿不動就會出問題。
踮起腳尖、上下活動腳跟時,小腿肌肉會集中收縮。只要重複幾十次,幫浦就會多次運作,堆積在腳部的血液會有相當程度地被送回。長途移動或站立工作的空檔,慢慢轉動腳踝,也是同樣的道理。
躺下後,腳和心臟的高度幾乎一致。血液柱的重量消失,堆積的水分便回到血管,運送到腎臟。有些人半夜或清晨容易想上廁所,據信這是原因之一。早上腳部浮腫消退,也是同樣的道理。
總結
腳部的血液能否回到心臟,取決的不是心臟的力量強弱,而是小腿有沒有在動。站著不動的時間越長,就越敵不過重力,血液和水分越容易堆積在腳部。對身體下半部而言,活動本身就是幫浦的工作。
把腳部血液往上推的不是心臟,
而是你每走一步就收縮一次的小腿。
飲料能被吸上來,靠的也不是嘴巴的力量,而是大氣的推力(為什麼用吸管能喝到飲料?)。血液循環與體溫的關係,可參考為什麼有人會在泡澡時「熱休克」而倒下?;動物在寒冷環境中保護雙腳的機制,則詳見鴨子站在結冰的池塘上,為什麼腳不會凍傷?。
至於負責推送血液的心臟,為什麼能自己持續跳動,在心臟為什麼能自己持續跳動?中有說明。
- 把手垂放,站立約1分鐘,觀察手背。可以看到血管明顯浮起。
- 接著把手臂舉得比頭還高,等待約30秒後,再看一次手背。原本浮起的血管,應該會變得平坦。
- 接下來,在傍晚看看襪子鬆緊帶留下的痕跡。如果痕跡比早上更深,代表那天活動腳部的時間比較少。
步驟1與2的差異,正是「血液柱重量」的體現。只是改變手的高度,血管所承受的壓力變化就能親眼看見。
想了解更多的人 ― 用語、公式,以及與教科書的連結從國中理科到大學專業科目,都會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎、生物基礎」課程範圍
- 高中+高中進階內容,或教科書專欄性質的內容
- 大學高中未教授、屬於大學專業科目(生理學、生物力學)的內容
- 研究連大學都尚未當作「定論」教授、目前研究人員仍在探討中的內容
國中用語:這個現象是有名字的
- 靜水壓:在靜止的液體中,因上方液體重量而產生的壓力,深度越深越大。
- 靜脈瓣:回心血管內側的薄膜瓣膜,只允許向上的血流通過。
- 肌肉幫浦:周圍肌肉收縮擠壓血管,藉此輸送血液的機制。
- 水腫:血管外的組織中積存水分的狀態,一般稱為「浮腫」。
國中高中用公式驗證:腳踝多承受多少壓力?
液體重量造成的壓力,可用「密度 × 重力加速度 × 高度」求出。以心臟到腳踝的高度為1.2公尺來計算。各符號的意義與單位,如下表所示。
| 血液密度(每立方公尺的重量) | 約1060 kg/m³ |
| 重力加速度(下落速度的增加率) | 約9.8 m/s² |
| 心臟到腳踝的高度(血液柱的長度) | 約1.2 m |
| 密度乘以重力加速度 | 1060 × 9.8 = 10388 |
| 再乘以高度,換算成帕斯卡 | 10388 × 1.2 ≒ 12466 |
| 換算成百帕 | 12466 ÷ 100 ≒ 125 |
約為125 hPa。地表大氣壓約為1013 hPa,換算下來,光是站立,就會有相當於其8分之1左右的壓力,額外施加在腳踝的血管上。坐著時,高度不到一半,額外承受的壓力也會相對變小。
高中高中+為什麼回程的血管比去程更成問題
高中血液重量造成的額外壓力,去程與回程的血管都同樣承受。不過去程的血管壁較厚,內部壓力原本就高,即使稍微增加壓力也不容易膨脹。
高中+相對地,回程的血管壁較薄,稍微加壓就容易膨脹。據信全身約6到7成的血液都存在於這種回程血管中,因此也被稱為容量血管。站起來的瞬間,會有數百毫升的血液移往下半身,暫時減少回到心臟的血量。之所以容易出現站起來時頭暈眼花的現象,被認為就是身體調節跟不上這個變化所致。
大學滲出與回收的平衡
在最細的血管壁上,血管內壓會把水分往外推,而血液中的蛋白質則會把水分往內拉。這兩股力量的平衡,決定了滲出量與回收量的多寡。站立時只有內壓大幅上升,平衡便向滲出側傾斜,水分因而堆積在組織中。堆積的水分,會經由與血管不同的細小管道,緩慢地被回收。這條回收管道也會因周圍肌肉的活動而增加流量,所以「不動」同樣不利於回收。
研究目前尚未完全釐清的部分
- 瓣膜受損的原因 隨著年齡增長,回程血管的瓣膜可能無法順利閉合,血管因而像瘤一樣隆起浮現。為什麼不同人的惡化速度差異這麼大,目前還無法完全解釋。
- 浮腫的測量方式 日常且準確測量腳部浮腫程度的方法尚未確立。目前仍在嘗試從周長或導電性來推估。
- 無重力環境下的體液 已知太空人的血液與水分會移往上半身,導致臉部浮腫。返回地面後恢復狀況的個人差異,仍在研究之中。
也就是說,本文的內容,也只是「目前已知範圍內的說明」。若腳部浮腫或疲勞感持續很久,或單側腳突然變粗,請勿自行判斷,應諮詢醫療機構。
與教科書的連結(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・水壓與大氣壓/動物身體的構造 | 深度越深壓力越大的說明、血液循環 |
| 高中 | 物理基礎「壓力」/生物基礎「體液循環」 | 公式驗證的計算、去程與回程血管的差異 |
| 高中+ | 生物「體液恆定」 | 容量血管,以及站立時血液的移動 |
| 大學 | 生理學・生物力學 | 滲出與回收的平衡 |
| 研究 | 血管醫學・太空醫學 | 瓣膜受損的原因、無重力環境下體液的移動 |
| ― | 與生活的連結 | 踮腳尖運動、長途移動時活動腳部的方法 |
- Guyton and Hall, Textbook of Medical Physiology(循環章節,靜脈回流與靜水壓的討論)
- 標準生理学(醫学書院,Standard Physiology/醫學書院出版)循環系統章節
- 日本靜脈學會等 編『下肢静脈瘤に関する診療ガイドライン』(下肢靜脈瘤診療指引,日本靜脈學會編)
- 日本救急医学会 醫學用語解説集「静脈血栓塞栓症」の項(日本急救醫學會醫學用語解說集「靜脈血栓栓塞症」條目)
※本文為大眾科學解說文章。文中數值為幫助理解機制的參考、概略數值。與健康相關的判斷,請遵從醫師等專業人士的指示。