正常循環の経路・壁・心拍出の基盤
本文の目次
- 四つの部屋を本人の左右で読む
- 右心から肺へ、肺から左心へ
- 左心から体へ、再び右心へ
- 血管の名前は心臓を基準にする
- 二つのポンプと、器官への枝
- 心腔の血液と、力を生む壁
- 心筋自身にも血液が届く
- 血管の内側と、交換の境界
- 小さな動脈の壁と抵抗
- 戻りを助ける筋と、逆流を防ぐ弁
- 圧、圧差、単位時間の流れ
- 一点の圧だけでは流れが決まらない
- 送り出していない時期にも流れが続く
- 心臓自身が拍動を始める
- 電気、圧、弁通過を別々に読む
- 入口と出口の弁は圧に応じる
- 充満から、量を変えない圧上昇へ
- 駆出から、量を変えない圧下降へ
- 一拍で出た量と、初めの量に対する割合
- 一拍の量を、回数の率と結ぶ
- 送り出した量と、届いて交換した量
1. 四つの部屋を本人の左右で読む
心臓は胸の中央の縦隔にあり、右心房・右心室・左心房・左心室という四つの腔を持つ。心房は戻ってきた血液を受け、心室へ渡す。心室は血液を心臓の外の血管へ送り出す。右側と左側は中隔で隔てられる。左右は本人を基準にするので、正面から見た模式図では本人の右側が紙面の左に描かれることがある。紙面の向きだけで右心室と左心室を取り替えない。
2. 右心から肺へ、肺から左心へ
通常の出生後の主経路では、体から戻る大静脈の血液が右心房へ入る。三尖弁を通って右心室へ進み、肺動脈弁から肺動脈へ出る。肺の毛細血管を通った血液は肺静脈で左心房へ戻る。三尖弁は右心房と右心室の間、肺動脈弁は右心室と肺動脈の間の弁である。右心は、血液を肺へ送る側のポンプとして働く。
3. 左心から体へ、再び右心へ
左心房の血液は僧帽弁を通って左心室へ進み、大動脈弁から大動脈へ出る。体の主な毛細血管を通り、静脈から大静脈へ戻ると、右心房への流れにつながる。僧帽弁は左心房と左心室の間、大動脈弁は左心室と大動脈の間にある。左心は体へ送る側のポンプだ。大静脈から始めると、右心・肺・左心・体を通って一巡する。ここでは胎児や短絡などの特殊な経路を加えない。
四つの心腔と四つの弁
4. 血管の名前は心臓を基準にする
動脈は心臓から出る向きの血管、静脈は心臓へ戻る向きの血管である。通常の肺循環では、肺動脈を進む血液は肺静脈で戻る血液より酸素が少ない側だが、名前は進む向きで決まる。右心から肺を経て左心へ進む経路を肺循環、左心から体を経て右心へ戻る経路を体循環という。閉鎖循環系とは、血液が心臓と血管の回路内を流れる方式で、物質交換がない意味ではない。血液が管内を進むことと、物質が血管壁を越えることは別の移動である。
肺と体をつなぐ一巡
5. 二つのポンプと、器官への枝
主経路では右心・肺・左心・体が直列につながる。ここでは体の代表的な器官への並列枝を扱い、枝へ分かれた流れが静脈側で再び合流する。同じ血液が左右のポンプを順に通るため、二つの拍出量を足して主経路の単位時間に通る体積(流量)を二倍にしない。全流れが指定経路を通り、迂回や外部の出入りがなく、各区画の同じ期間の始めと終わりの量が同じ模型では、左右の平均拍出量は一致する。期間内の一時的な貯留はあり得るため、全ての瞬間や一拍まで同量とは限らない。始めと終わりの量が違えば、流入と流出の差を残す。
直列と並列のつながり
6. 心腔の血液と、力を生む壁
心臓の内面を覆う心内膜の外側に、力を生む心筋がある。心臓の表面を覆う臓側心膜は心外膜とも呼ぶ。その外には袋側の壁側心膜があり、両者の間は少量の液を含む潜在的なすき間になっている。心腔の血液は心内膜に接し、心筋細胞は壁の中にある。心膜のすき間は心腔ではなく、血液の主経路が通る部屋でもない。心膜全体を一枚の心臓壁層としてまとめない。
心壁と心膜のすき間
7. 心筋自身にも血液が届く
心筋が働くには、心筋の細胞へ酸素や栄養を届ける経路が必要になる。大動脈側から出る冠動脈が心筋内の毛細血管へ血液を送り、冠静脈側へ戻る。これは心腔を通り抜ける主流とは別の枝である。心腔に血液があっても、心筋の全ての細胞がその血液から直接必要な物質を受け取る、とは整理しない。冠動脈の枝名や支配領域はここでは扱わない。
心筋自身への血液の枝
8. 血管の内側と、交換の境界
血管の内側の空間を内腔といい、その面を内皮という細胞の層が覆う。典型的な動脈や静脈の壁には平滑筋や弾性成分などもある。動脈は圧に耐え、弾性の大きい動脈は広がって戻る。静脈の壁は対応する動脈より薄い傾向があり、血液を蓄える役割もある。毛細血管は薄い壁を通した交換に向くが、全血管が同じ厚さや三層構造ではない。血管壁の外の細胞間の液を間質液(組織液)という。血液から組織細胞へ物質が届くとき、毛細血管壁と組織細胞の細胞膜は別々の境界で、薄い壁が全物質の無制限な通過を保証するわけでもない。
血流と交換は別の向き
9. 小さな動脈の壁と抵抗
細動脈は小さな動脈で、壁の平滑筋が内腔の広さを変える。この変化は流れにくさを表す抵抗に関わる。ほかの条件と入口・出口の圧差を保つ抵抗模型では、平滑筋の収縮で内腔が狭まり抵抗が増えると、流量は低下する。壁を収縮させたことだけから、圧差まで同じだったとは決めない。流れの比較には、壁の変化と駆動する圧差を分けて読む。
10. 戻りを助ける筋と、逆流を防ぐ弁
静脈の血液も圧差によって流れる。四肢などでは周囲の骨格筋が収縮して静脈を圧迫し、血液を押す力を補う。静脈弁は逆向きの流れを防ぎ、心臓側への戻りを助ける。押す力と弁の役割は別で、弁が血液を新しく作るわけではない。全ての静脈に同じ弁があるわけでもない。静脈内の血液と間質液は別の区画にあり、間質液の一部はリンパ管へ入り、リンパとして進んだ後に静脈へ合流する。組織から戻る液を、初めから全部静脈の内腔にあった血液として描かない。
圧迫と弁は別の役割
11. 圧、圧差、単位時間の流れ
圧はある場所での状態を表し、圧の単位mmHgは水銀柱ミリメートルと読む。流量Qは単位時間に通る体積で、mL/分などで表す。入口の圧と出口の圧の差が駆動する、ほかの駆動力のない定常抵抗模型では、Q=(入口圧−出口圧)÷抵抗Rとなる。Rは流れにくさを表す。圧差が同じならRが大きいほどQは小さい。圧の値、血液の体積、単位時間の流量は別の量で、この定常式を拍動する各瞬間へ無条件に広げない。
12. 一点の圧だけでは流れが決まらない
入口と出口の圧が同じだけ上がると、両者の差は変わらない。同じ圧差でも抵抗が違えば、流量は違い得る。入口の圧だけを記録しても、出口の圧や抵抗が分からなければ実流量は確定できない。圧が高いという一つの記録を、そのまま流量が多い、体積が多いという結論へ置き換えない。
13. 送り出していない時期にも流れが続く
駆出とは、心室から動脈へ血液を送り出すことである。大動脈などの弾性動脈は駆出中に広がり、血液と弾性エネルギーを蓄える。心室が駆出していない時期には壁が戻り、末梢側への流れを支える。心室からの流入が0でも、動脈から末梢への流出まで0とは限らない。同じ期間の流入量から流出量を引くと、その動脈に蓄えた量の変化になる。壁が血液を作るのではなく、前に入った血液の一部が後で出る。弾性による貯留、流れに対する抵抗、逆流を防ぐ弁は異なる役割である。
広がって蓄え、戻って送る
14. 心臓自身が拍動を始める
正常な心臓では、右心房にある洞房結節が拍動を始める代表的なペースメーカー部位である。洞房結節から始まった興奮が心房へ広がり、房室結節を経て心室側の伝導経路へ進む。骨格筋のように、運動神経からの入力を一拍ごとの開始条件にする必要はない。自律神経は心拍数などを調節する。軸索で学んだ典型的なNa依存活動電位の波形やしくみを、心臓の全ての細胞へそのまま当てはめない。
15. 電気、圧、弁通過を別々に読む
心筋の電気的な興奮は力の発生につながり、力が心腔の圧を変え、弁前後の圧と弁の状態によって血液の流れが生じる。これらは連なる別の段階である。活動電位を記録しただけでは、出口の弁を通った前向きの量まで測ったことにはならない。脈は動脈の圧や壁に伝わる拍動で、脈や一点の圧も、全組織への流量そのものではない。どの場所の何を記録したかを保って判断する。
16. 入口と出口の弁は圧に応じる
心房から心室への入口は三尖弁と僧帽弁で、房室弁とまとめて呼ぶ。心室から動脈への出口は肺動脈弁と大動脈弁で、半月弁と呼ぶ。正常な弁は圧差に応じて受動的に働く。入口では心房圧が心室圧より高い側で開き、出口では心室圧が動脈圧より高い側で開く。逆向きの圧差では閉じ、逆流を防ぐ。心筋が圧を生むことと、弁が流れを許すことを分ける。圧を比較するときは両側の単位をそろえる。ここでは正常で漏れのない弁を扱う。心室の壁から出る乳頭筋と、そこから房室弁へ伸びる腱索は、弁が心房側へ反転するのを防ぐ支持であり、能動的に弁を開く装置ではない。
17. 充満から、量を変えない圧上昇へ
心周期は一回の拍動で繰り返す過程である。左心室の充満では僧帽弁が開き、大動脈弁は閉じ、心室へ血液が入って量が増える。充満は心房収縮だけで全量を押し込む過程ではなく、圧差による流入に心房収縮も加わる。心室が収縮して僧帽弁が閉じた後、大動脈弁がまだ開かない時期には両弁が閉じる。ほかの出入りや漏れがなければ量は一定のまま圧が上がり、これを等容収縮という。収縮が始まったことと、すでに駆出したことは同じではない。
18. 駆出から、量を変えない圧下降へ
左心室圧が大動脈圧を上回ると、大動脈弁が開いて駆出が始まり、心室量は減る。心室が弛緩して大動脈弁が閉じた後、僧帽弁がまだ開かない時期には再び両弁が閉じる。量は一定のまま圧が下がり、等容弛緩という。さらに心室圧が左心房圧より低くなると僧帽弁が開き、再び充満する。充満→等容収縮→駆出→等容弛緩→再充満を、弁・圧・量で追う。等容収縮は駆出前、等容弛緩は駆出後で、それぞれの時期の中で量が一定という意味である。二時期の量まで同じという意味ではない。量が一定という記録だけでは二つの等容期を分けられず、圧の上昇か下降かも必要になる。
圧で開閉、量が変わる
同じ心室の圧と量
19. 一拍で出た量と、初めの量に対する割合
拡張末期量EDVは駆出前の拡張末期に心室にある体積、収縮末期量ESVは駆出後の収縮末期に残る体積である。逆流やほかの出入りがない簡略記録では、一回拍出量SV=EDV−ESVとなる。残ったESVを出したSVと取り違えない。駆出率EF=SV÷EDVは、初めの量のうち出した割合で、百分率なら100を掛ける。同じSVでもEDVが違えばEFは変わる。SVはmL/拍、EFは割合であり、圧や一分の流量とは異なる。数値は条件を与えた模型として読み、個人の病気を判定しない。
20. 一拍の量を、回数の率と結ぶ
心拍数HRは単位時間の拍動回数で、拍/分などで表す。心拍出量COは単位時間に心室から出る体積である。一定の状態では、SV(mL/拍)×HR(拍/分)=CO(mL/分)となる。同じCOでも一拍の量と回数の組合せは違い得る。HRだけ増えてもSVが分からなければCOの増加や比例は保証できない。状態が区間で変わるときは、各区間のCOにその長さを掛けて量を求め、量を合計して全期間で割る。最後の瞬間の率を全期間の平均にしない。
21. 送り出した量と、届いて交換した量
心室からの拍出、動脈内への貯留、器官への流れ、血管壁を越える物質交換は別の段階である。主経路のCOが分かっても、全ての器官への分配や各細胞が受け取った量まで一意には決まらない。構造、圧、弁、流量、心室量のどの関係を観測したかを確かめる。電位や一点の圧から未記録の拍出を、同じ拍出量から唯一の原因や全組織への供給を付け足さない。
用語を確かめる
- 心房
- 静脈から戻る血液を受け、心室へ渡す心臓の腔。
- 心室
- 血液を心臓の外の血管へ送り出す心臓の腔。
- 中隔
- 心臓の右側と左側を隔てる壁。
- 大静脈
- 体循環から右心房へ血液が戻る主な静脈。
- 三尖弁
- 右心房と右心室の間の房室弁。
- 肺動脈弁
- 右心室と肺動脈の間の出口の弁。
- 肺動脈
- 右心室から肺へ血液を送る動脈。
- 肺静脈
- 肺から左心房へ血液を戻す静脈。
- 僧帽弁
- 左心房と左心室の間の房室弁。
- 大動脈弁
- 左心室と大動脈の間の出口の弁。
- 大動脈
- 左心室から体へ血液を送る主な動脈。
- 肺循環
- 右心から肺を経て左心へ進む血液の経路。
- 体循環
- 左心から体を経て右心へ戻る血液の経路。
- 動脈
- 心臓から出る向きの血管。酸素の量だけで分類しない。
- 静脈
- 心臓へ戻る向きの血管。酸素の量だけで分類しない。
- 閉鎖循環系
- 血液が心臓と血管の回路内を流れる方式。物質交換がない意味ではない。
- 心内膜
- 心臓の内面を覆い、心腔の血液に接する層。
- 心筋
- 心臓の壁で力を生む筋。
- 心外膜
- 心臓の表面を覆う臓側心膜。
- 壁側心膜
- 心臓を包む袋側の心膜。臓側心膜との間に潜在的なすき間がある。
- 冠動脈
- 大動脈側から心筋へ血液を届ける動脈。
- 冠静脈
- 心筋の毛細血管を通った血液が戻る静脈側の経路。
- 内腔
- 心腔や血管などの内側の空間。
- 内皮
- 血管の内側の面を覆う細胞の層。
- 毛細血管
- 薄い壁を介した交換に向く細い血管。
- 間質液(組織液)
- 組織の細胞間にある細胞外液。静脈の内腔の血液とは別。
- 細動脈
- 小さな動脈。壁の平滑筋による内腔の変化が抵抗に関わる。
- 静脈弁
- 四肢などの静脈で逆流を防ぐ弁。全静脈に同じ弁があるわけではない。
- リンパ
- 間質液の一部がリンパ管へ入った液。リンパ管を進んだ後に静脈へ合流する。
- 圧差
- 二地点の圧の差。圧の一つの値とは別。
- mmHg
- 水銀柱ミリメートル。圧を表す単位。
- 流量Q
- 単位時間に通る体積。mL/分などで表す。
- 抵抗R
- 流れにくさを表す量。定常抵抗模型では圧差を流量で割った関係になる。
- 駆出
- 心室から動脈へ血液を送り出すこと。
- 弾性
- 伸びた後に戻ろうとする性質。大動脈などでは非駆出期の流れを支える。
- 洞房結節
- 右心房にある、正常な拍動を始める代表的なペースメーカー部位。
- 房室結節
- 心房から心室側へ興奮が伝わる経路にある部位。
- 脈
- 動脈の圧や壁に伝わる拍動。全組織の流量そのものではない。
- 房室弁
- 心房と心室の間の三尖弁と僧帽弁。
- 半月弁
- 心室と動脈の間の肺動脈弁と大動脈弁。
- 心周期
- 一回の拍動で繰り返す充満、収縮、駆出、弛緩などの過程。
- 等容収縮
- 漏れやほかの出入りがないとき、両弁が閉じ、心室量一定で圧が上がる時期。
- 等容弛緩
- 漏れやほかの出入りがないとき、両弁が閉じ、心室量一定で圧が下がる時期。
- EDV
- 拡張末期量。駆出前の拡張末期に心室にある体積。
- ESV
- 収縮末期量。駆出後の収縮末期に残る心室の体積。
- SV
- 一回拍出量。一拍で出る体積。逆流やほかの出入りがない簡略記録でEDV−ESV。
- EF
- 駆出率。SV/EDVで求める初めの量に対する割合。
- HR
- 心拍数。単位時間の拍動回数。
- CO
- 心拍出量。単位時間に心室から出る体積。一定の状態ではSV×HR。
- 乳頭筋
- 心室の壁から出る筋。腱索とともに房室弁の反転を防ぐ支持であり、能動的に弁を開く装置ではない。
- 腱索
- 乳頭筋から房室弁へ伸びる支持のひも状の構造。弁の反転を防ぐ。