弾性動脈の生体力学（biomechanics）：伸展性（distensibility）

🧠 弾性動脈elastic artery 弾性動脈（elastic artery）elastic artery（弾性動脈） は、低圧ではエラスチン elastinエラスチン（elastin） elastin（エラスチン）、高圧ではコラーゲンを段階的に使うため、圧–容積関係が非線形 non-linear 非線形（non-linear） non-linear（非線形） になる。

血管壁の非線形応答

低圧域では伸びやすいエラスチン elastin エラスチン（elastin） elastin（エラスチン） が主に荷重を担う。圧力が上がると波状のコラーゲン線維 collagen fibers コラーゲン線維（collagen fibers） collagen fibers（コラーゲン線維） が伸ばされて順次動員され、過伸展hyperextension 過伸展（hyperextension）hyperextension（過伸展） を防ぐ。線維動員fiber recruitment 線維動員（fiber recruitment）fiber recruitment（線維動員） に加えて異方性 anisotropy異方性（anisotropy） anisotropy（異方性）、粘弾性viscoelasticity粘弾性（viscoelasticity）viscoelasticity（粘弾性）、平滑筋トーン、周囲組織の拘束があるため、動脈壁を一定のヤング率Young's modulusヤング率（Young's modulus）Young's modulus（ヤング率）だけで表すことはできない。^{1 2}

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elevated blood pressure'>血圧上昇</span>"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elastin'>エラスチン</span>が伸びる"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='collagen fibers'>コラーゲン線維</span>が順次張る"]
  C --> D["壁の実効<span class='jp-term jp-term-diagram' title='stiffness'>剛性</span>が上昇"]
  D --> E["過度な拡張を制限"]

コンプライアンスと伸展性

コンプライアンス$C$ は圧変化当たりの容積変化、伸展性distensibility伸展性（distensibility）distensibility（伸展性）$D$ はそれを基準容積 $V$ で正規化した量である。

コンプライアンスは血管サイズに依存するが、伸展性distensibility 伸展性（distensibility）distensibility（伸展性） は相対変化なので大きさの異なる血管を比較しやすい。上式は容積ベースの一般形で、実際には断面積や直径の変化から定義する指標も多い。非線形non-linear 非線形（non-linear）non-linear（非線形） 性のため測定する圧範囲によって値が変わる点にも注意する。²

ウィンドケッセル機能と加齢

収縮期に弾性動脈 elastic artery 弾性動脈（elastic artery） elastic artery（弾性動脈） が血液を受け入れ、拡張期に弾性エネルギーを返すことで、心臓の拍動流 pneumatic pulsatile 拍動流（pneumatic pulsatile） pneumatic pulsatile（拍動流） は末梢で平滑化される。これがウィンドケッセル効果Windkessel effectウィンドケッセル効果（Windkessel effect）Windkessel effect（ウィンドケッセル効果）である。加齢や動脈硬化で伸展性 distensibility 伸展性（distensibility） distensibility（伸展性） が低下すると、同じ一回拍出量 stroke volume 一回拍出量（stroke volume） stroke volume（一回拍出量） でも収縮期圧 systolic pressure 収縮期圧（systolic pressure） systolic pressure（収縮期圧） と脈圧が上がりやすい。

この壁変形には粘弾性viscoelasticity粘弾性（viscoelasticity）viscoelasticity（粘弾性）も関与し、半径増大による壁応力 wall stress 壁応力（wall stress） wall stress（壁応力） の変化はラプラスLaplaceラプラス（Laplace）Laplace（ラプラス）・フランクFrank フランク（Frank）Frank（フランク） の式で結び付けられる。

まとめ

• エラスチンelastin エラスチン（elastin）elastin（エラスチン） からコラーゲンへの荷重分担 load sharing 荷重分担（load sharing） load sharing（荷重分担） が、動脈壁の非線形 non-linear 非線形（non-linear） non-linear（非線形） 性を生む。
• コンプライアンスは絶対的 absolute 絶対的（absolute） absolute（絶対的） な容積変化、伸展性distensibility 伸展性（distensibility）distensibility（伸展性） は基準容積で正規化した相対変化である。
• 動脈の硬化はウィンドケッセル機能 Windkessel function ウィンドケッセル機能（Windkessel function） Windkessel function（ウィンドケッセル機能） を低下させ、脈圧を増大させる。