多細胞生物が備えた物流システム｜流れる・運ぶ（1）

解剖生理が苦手なナースのための解説書『解剖生理をおもしろく学ぶ』より
今回は、循環器系についてのお話の1回目です。

 

[前回の内容]

細胞には発電所とゴミ処分場まである？｜細胞ってなんだ（4）

 

細胞の世界を冒険するナスカ。細胞がたんぱく質やエネルギーを生み出すと同時に自らゴミ処分までしていることをしりました。

 

今回は、血管の中を旅することに・・・

 

増田敦子
了徳寺大学医学教育センター教授

 

多細胞生物が備えた物流システム

生物のなかには、アメーバやゾウリムシのように、たった１つの細胞だけで生きているものがあります。いわゆる単細胞生物たちです。
彼らの身体には、小型ながら独立して生きていくための、必要十分な装置が備わっています。
では、彼らのような単細胞生物と、60兆個もの細胞が寄り集まった多細胞生物（ヒト）との違いはどこにあるのでしょうか。単細胞生物にはなくて、多細胞生物にはあるもの。それは、細胞が寄り集まってできた組織であり、器官です（図1）。私たちの身体は、似たものどうしの細胞が寄り集まることで、たった１つの細胞ではなし得ない、高度な働きを実現しています。

 

図1単細胞生物と多細胞生物

 

一つひとつの細胞を人間にたとえるなら、組織や器官はその人間が集まってできた「社会」のようなものです。そして、その社会を支えるためにはどうしても、心臓と血管、血液を使った高度な物流システムが必要でした。
このすばらしく発達した物流システムは、脳から手足の末端に至るまで、すべての細胞を養うに十分な栄養素と酸素を24時間365日、一時も休むことなく供給し続けています。
ここでは、このすばらしい物流システムについてお話します。

 

 

画期的だった血液循環説

 

 

 

 

 

 

 

 

 

図2血液循環説を唱えたハーヴェイ

 

『動物における血液と心臓の運動について』において血液循環説を発表した。１拍動あたりの排出血液量を推計したり、腕を固く結紮して静脈血の流れや弁の存在を確認する実験などを行い、命題を一つひとつずつ証明した

 

ウィリアム・ハーヴェイの実験

「血液は循環しない」と考えられていた当時、ウィリアム・ハーヴェイ（WilliamHarvey、1578～1657）はどうやって、循環説を論証したのでしょうか。
やや古い本ですが、中村禎里著の『血液循環の発見―ウィリアム・ハーヴェイの生涯』（岩波新書、1977年）に、その詳細が載っています。
それによると、ハーヴェイはまず、心臓の拡張期に左心室に含まれる血液の量を想定しました。その量に、一定の時間内に心臓が拍動する回数をかけて、その間、どれくらいの血液が送り出されるかを推計しようとしたのです。
すると、驚くようなことがわかりました。計算の結果、30分間に心臓から送り出される血液量は12～25kg程度で、全身中にある血液量より、ずっと多かったのです。
ハーヴェイは、さらに実験と解剖を繰り返します。その結果、１拍動あたり心臓と肺を通過する血液の量を最小に見積もったとしても、食物から供給される量（血液は食べ物から直接つくられると考えられていた）とは比較にならない莫大な量の血液が、動脈や全身に排出されることを確認しました。
ハーヴェイは血液循環説を発表した論文のなかで、静脈にある弁は常に心臓の方向を向いていること、そしてそれは、大きな静脈から小さな静脈には流れない、つまり逆流しないためであることも、指摘しています。

 

 

 

 

 

 

 

心臓の位置と構造

心臓は、胸腔内で左右の肺にはさまれ、横隔膜の上にあり、胸骨中央線より２/３は左に片寄って位置しています。心軸は右上後部（心基部）から左下前部（心尖部）に向かって走っています。心臓は線維性心膜（外層）と漿液性心膜（内層）に包まれています（図3）。

 

図3心臓の位置と概観

 

心臓は心筋とよばれる特殊な筋肉でできています。その大きさはちょうど「握りこぶし」くらい。重さは、成人でおよそ300gです。
心房中隔と心室中隔により左右に仕切られた内部はさらに、弁膜によって心房と心室に分かれます。つまり、心臓の中には、右心房と右心室、左心房と左心室という、合計４つの空間があるわけです（図4）。

 

図4心臓の内腔

 

上部の心房と下部の心室に分けられ、それぞれは心房中隔、心室中隔により左右に分かれており、２心房２心室からなる。右心房：上大静脈、下大静脈、冠状静脈洞が入る。右心室：肺動脈（幹）が出る（肺動脈口）。左心房：左右各２本、計４本の肺静脈が入る。左心室：（上行）大動脈が出る（大動脈口）

 

空間を仕切っているのは、弁とよばれる扉です。右心房と右心室の間にある房室弁は、３つの弁尖からできているため三尖弁ともよばれます。
左心房と左心室の間の房室弁は僧帽弁といい、２つの弁尖からできています。また、右心室と肺動脈の間には肺動脈弁が、左心室と大動脈の間には大動脈弁があります。肺動脈弁と大動脈弁は、半月弁ともよばれます（図5）。

 

図5心臓の弁

 

 

 

 

 

 

心臓の刺激伝導系

心臓の拍動は、心臓内の特殊な筋肉である刺激伝導系によってコントロールされています。リズムはまず、洞房結節でつくられます。それはやがて周辺の筋肉へと伝わり、やがて心臓全体を同じリズムで拍動させます。洞房結節が作り出すリズムが刺激伝導系を伝っていく順番は、図6のとおりです。

 

図6刺激伝導系

 

 

 

 

 

 

 

・・・ドックン、ドックン、ドックン・・・

 

 

 

 

 

 

 

 

 

心周期と心音

心臓では、左右の心房はほぼ同時に収縮し、心房が拡張を始めると、今度は心室が収縮します。１回の拍動で心房と心室が収縮し拡張するまでの過程を、心周期とよんでいます。心周期は、等容性収縮期、駆出期、等容性弛緩期、流入期、心房収縮期の５つに分けられます。それぞれ、心臓がどんな状態を指すのか、図7と合わせて確認してみてください。

 

図7心音の発生

 

ちなみに、聴診器を使って心音を聴くと２つのはっきりした音を確認することができます。先に聞こえるのは房室弁の閉じる音（Ⅰ音）、２つめに聞こえるのは、半月弁の閉じる音（Ⅱ音）です。Ⅰ音はより強くて長く、Ⅱ音は短く鋭い特徴があります。

 

 

[次回]

心臓は働きもの｜流れる・運ぶ（2）

 

 

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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

 

［出典］ 『解剖生理をおもしろく学ぶ 』 （編著）増田敦子／2015年1月刊行／ サイオ出版