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2015年10月20日

心臓の構造と血液との関係|血液の流れから理解する(2)

ナースのための解剖生理の解説書『身体のしくみとはたらき―楽しく学ぶ解剖生理』より
今回は、血液の流れから解剖生理を理解するお話の2回目です。

〈前回の内容〉

全身の血管|血液の流れから理解する(1)

前回は、体内の物流システムである全身の血管について学びました。

今回は、心臓の構造と血液との関係性について解説します。

 

〈目次〉

 

心臓の構造と大きさ

心臓はちょうどこぶし大ほどの大きさで、重さは成人で300g前後です。心臓は胸腔内にある縦隔という空間で、正中よりやや左に偏って位置し、横隔膜の上にのっかっています(図1)。

図1心臓の位置

心臓の位置

 

memo心臓の部位

心底:心臓の上部で大血管が出入りする部位

心尖:心臓の左心室先端の部位

心軸:心底から心尖に向かっている長軸

 

心臓を前からと後ろからみたところを図2に示してあります。

図2心臓の外観

心臓の外観

 

心臓を縦に輪切りにした図3をみると、上部に左右の心房、下部に左右の心室、合計4つの部屋に分かれているのがわかります。

図3心臓の内腔

心臓の内腔

 

memo心膜

心筋の内側には心内膜があり、心臓の外側は心外膜と線維性心膜でできた袋状(心嚢)の膜で包まれている。心外膜と線維性心膜との間には心膜液が入っていて、激しく動く心臓の潤滑液となっている。

 

左右の心房は心房中隔で、左右の心室は心室中隔で仕切られて血液が混ざらないようになっており、上下の心房と心室の間にはそれぞれ左右の房室弁があり、血液が逆流しないようになっています。

 

memo心臓に出入りする血管

右心房:上大静脈・下大静脈・冠状静脈洞

左心房:肺静脈(4本)

右心室:肺動脈(幹)

右心室:(上行)大動脈

 

memo心臓の弁と位置

三尖弁:右房室口

二尖弁(僧帽弁):左房室口

肺動脈弁:右心室の肺動脈口

大動脈弁:左心室の大動脈口

 

心臓は左右2つのポンプが合体したものですが、肺循環と体循環の仕事量を比較するとわかるように、左心室は右心室に比べ筋肉が厚く、ポンプも強力になっています。

また、この2つのポンプの仕事を支えるためのエネルギーは、左右の冠状動脈とよばれる血管を流れる血液から栄養素と酸素を取り込んでつくられています。ですから、この血管が閉塞するとポンプの機能を果たせなくなるので、流れるプールの水が止まった、なんていって笑ってはすませなくなります。

 

memo心筋を養う冠状循環

心臓がポンプの働きをするために必要な血液を供給するのは左右の冠状動脈で、上行大動脈の付け根にあるバルサルバ洞から出ています。その後、心臓の表面近くを、その名のとおり、冠のように取り巻き心筋を広く灌流します。静脈血は冠状静脈洞に集まり右心房に注がれます。冠状動脈に流れ込む血液量は心拍出量の約5%を占めています。

 

刺激伝導系

心臓は心筋という筋肉でできています。手足の骨について自分の意思で動かす骨格筋は神経による指令がないと、うんともすんとも動きません。ですから、脊髄損傷などにより神経の経路が遮断されると運動麻痺になるのです。ところが、心筋には支配神経がだめになっても、みずから収縮することができる自動能という性質をもっています。その性質に対して、自律神経系がアクセルやブレーキとしてはたらき、そのときの身体の状況に応じて調節してくれています。

 

memo特殊な筋肉「心筋」

心筋は人体を構成する筋肉のなかでも特殊な筋肉です。自分の意思で動かすことができない内臓などの筋肉は不随意筋とよばれ、通常、外見は滑らかで縞模様はありませんが、心臓だけは特別で、不随意筋にもかかわらず縞模様がある横紋筋線維でできています。

 

心臓がポンプとしての役割を果たすためには、まず心房が収縮して、戻ってきた血液が心室に移動してから心室が収縮する、という順番を守らせる命令系統が基本的に備わっている必要があります。そのシステムは心臓内の刺激伝導系とよばれ、心臓の組織内に組み込まれています。筋肉と神経の中間のような組織なので特殊心筋とよび、収縮してポンプ作用を担当するその他大勢の心筋を固有心筋とよび、それぞれ区別しています。

刺激伝導系の機能を担当しているのは、順番に右心房にある、(1)洞房結節、心房と心室の間にある、(2)房室結節、(3)房室束(ヒス束)、心室中隔内の、(4)左脚・右脚と左右の心室壁に枝分かれして広がる、(5)プルキンエ線維です。(1)の洞房結節から心筋を収縮させる電気的な刺激が自動的に発生すると、(2)から(5)へと順番に指令が伝わり、最終的には心室を構成する心筋が一斉に収縮し、血液を送り出します。洞房結節から出る刺激のリズムが心拍数を決めているので、洞房結節をペースメーカーあるいは歩調とりと呼んでいます。大事なことは、心房と心室は同時に収縮するのではなく、必ず心房が先に収縮し、それが終わってから心室が収縮するということです。

 

心臓の筋電図;心電図

心臓がポンプとして全身に血液を拍出するのは、まず心房が収縮し、次いで心室が収縮することだと話しました。この心筋の興奮に伴って発生する電位を記録したものが心電図です。要するに心電図は心臓という握りこぶし大の筋肉の塊の筋電図で、心電図をみると心筋が規則正しく収縮と弛緩をしているかがわかります。心電図は1903年、オランダのアイントーフェンによって初めて記録されました。記録された波形に対して、「ABCD」とか「イロハニホへト」とか「12345」と名付けてもよいのですが、心電図の創案者であるアイントーフェンは、従来のカテゴリーに属さない言葉を使いたいと考え、「P」から始め「PQRST」と命名しました。

典型的な心電図には、3つの波形があります(図4)。

図4心臓の刺激伝導系

心臓の刺激伝導系

 

memo心電図の波形

P波:心房が興奮する際に発生。電気的刺激が心房内を通過したことを意味する。

QRS波:心室が興奮する際に発生。電気的刺激が脚から心筋内に通過したことを意味する。

T波:心室の興奮からの回復(再分極)の過程で発生する。

 

最初の小さな波はP波とよばれ、心房が収縮する直前に興奮している状態を記録しています。大きなQRS波は心室の収縮に先立って興奮することで生じます。心室の収縮が終わるとT波が記録されます。心房の興奮が収まるときに生じる電気的変化は、QRS波と重なって隠れてしまってみえません。心筋に酸素と栄養素が十分に供給されていなければ正常なタイミングに正常な電位の変化を示さなくなります。血液が供給されなくなり一部の心筋が壊死に至る心筋梗塞でははたらくことができません。ですから、心筋に血液に供給している冠状動脈の血流が円滑に行われているか、ということもわかります。

 

COLUMN心房細動と心室細動は天国と地獄ほどの違い

心房細動(atrial fibrillation;Af)は字の示すとおり、心房が細かく動くことです。これは、心房が洞房結節の刺激によらず速く部分的に興奮し収縮することで、規則的な洞房結節の活動が伝わらず、心室の収縮が不規則な間隔で起こる不整脈が現れます。それでも心室が収縮して血液を送り出すことができるので、自覚症状がみられないこともあります。心房細動では不規則な心房の活動により、心電図では、(1)きちんとしたP波がみられない、(2)基線が細かく動揺し、f波を認めます。また、(3)QRS波のリズムが不整になり、不整脈が症状として現れます。

一方、心室細動は心室が細かく動くことで、血液を送り出すポンプの役割を果たせなくなっており、心室からの血液の拍出が行われなくなっているので、きわめて危険な状態です。心電図上では、(1)QRS波は幅広く、不規則な波形を示し、また(2)P波は認められません。血圧が著しく低下し、脈も触れなくなります。ただちに、医師および周りのスタッフ全員をよび、救命処置をとる必要があります。心室細動が起こっているとき、心室の筋肉では無秩序で不規則な電気的興奮が生じています。この無秩序な電気的興奮が自然に収まり、心室細動がやむことはまれです。胸部から直流電気ショック通電を行うと心室細動がやみます。これを直流通電除細動といい、心室細動に対する最も確実な治療法です。

最近、自動体外式除細動器(Automated External Defibrillator;AED)が公共の場所に置かれることが多くなってきましたが、一般市民による早期の除細動が心室細動の患者さんの蘇生率改善に大きく寄与してきています。AEDは消防署や日本赤十字社で使用方法の講習会が開かれていますが、講習会を受けていない人でも簡単に使用できるような平易な構造になっています。

 

memo不整脈

脈拍は通常、周期的で規則的に打っています。不規則に打つ脈拍をすべて不整脈とよびます。これは心臓に何か障害が起きているかどうかを知る指標の1つにもなります。

 

心周期

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いいます。その過程では変化する内圧とその際にみられる心電図や聴かれる心音を図5に示してあります。

図5心音と心周期

心音と心周期

 

基本事項として押さえておくポイントは、(1)心機能の主役は心室です。ですから、収縮期・弛緩期についてことわりがなければ、心室の収縮・弛緩のことを指しています。また、(2)血液は弁を介して圧の高いほうから低いほうに移動します。また、弁は一方向にしか開かないので、血液が逆流することはありません。

心室が収縮して血液を拍出するのに先立って、心房が収縮して血液が心室に移動する心房収縮期から話を始めましょう。

洞房結節からの電気的指令により心房が収縮を始めるときにP波が出現します。この期間の心房圧はわずかですが心室圧より高くなっていることに注意してください。つまり、圧力の高いほうから低いほうに血液は移動するのです。

次いで、指令が房室結節に到着すると、引き続きヒス束そして左右の脚に分かれ、左右の心室全体に分布するプルキンエ線維に広がることで心室の収縮が始まります。それに先立って心電図ではQRS群が現われます。心室が収縮し内圧が心房圧より高くなると、房室弁には心室側から圧力がかかり閉鎖します。房室弁には腱索(図3参照)という紐で心室壁とつながれているので、心房側に飛び出ることはなく血液の逆流は起こりません。

房室弁が閉じるときに第Ⅰ心音が聴かれます。さらに収縮が進み心室圧は急激に上がりますが、大動脈圧より低い時期に動脈弁は開きません。つまり、この時期の心室には血液の流入口である房室弁が閉じているだけでなく流出口の動脈弁も閉じているので、血液の出入りがなく容積を変えないまま収縮しているので、等容性収縮期といいます。

でも、心室圧が大動脈圧より高くなると、血液は動脈弁を押し広げて動脈内に送り出されます。ついで心室が弛緩し始めると心電図ではT波が出現するとともに、心室圧も下がってきます。そして、大動脈圧のほうが心室圧を上回るようになると動脈側から弁を押し、ポケット状の小葉がぴったり合うようにくっついて閉鎖します。このとき第Ⅱ心音が聴かれます。

 

memoドアは閉じるときに音がする

通常、ドアを開けるときは音がしませんが、閉まるときには音がします。たとえば、ドアを開けて部屋に入り、ドアを開けたままその部屋の窓を開いたら、風が吹き込んできてドアが押されてパタンと閉じることがあります。心音のⅠ音とⅡ音はそれぞれ房室弁と動脈弁が、あたかも風でドアが押されて閉まるときに音がするように発生します。ですから、弁が開くときに音は発生しません。しかし、たとえば僧帽弁が狭窄していると、弁が十分に開かず左心房から左心室に血液が流れにくくなり、弁が開くときに鋭いカチッという僧帽弁開放音が心尖部で聴かれることがあります。

 

さらに心室が弛緩し圧は下がっていきますが、心房圧より高い間は房室弁が閉じたままになっています。この時期の心室には血液の流出がともになく容積を変えないまま弛緩しているので等容性弛緩期といいます。そして心房圧が心室圧より上回るようになると心房側から房室弁を押して血液が心室に流入し始めます。

心音は専用の心音計で計測すると第Ⅲ、Ⅳ音まで区別できますが、聴診器で聴くと「トッ」・「クン」というように2つの心音だけ区別して聴取できます。

 

memo心音の聴取部位

肺動脈弁の領域:第2肋間胸骨左縁

大動脈弁の領域:第2肋間胸骨右縁

三尖弁の領域:第4肋間胸骨左縁

僧帽弁の領域:心尖部

 

〈次回〉

心臓のポンプ機能と毛細血管|血液の流れから理解する(3)


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]『身体のしくみとはたらき―楽しく学ぶ解剖生理』(編著)増田敦子/2015年3月刊行

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