循環の補助因子―ウィンドケッセル効果

🧠 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） は、弾性動脈elastic artery 弾性動脈（elastic artery）elastic artery（弾性動脈） が収縮期に血液と弾性エネルギーを蓄え、拡張期に反跳 recoil 反跳（recoil） recoil（反跳） して放出することで、断続的な心拍出を持続的な末梢血流へ平滑化する仕組みである。 平滑化の時間尺度は末梢抵抗 peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance） peripheral resistance（末梢抵抗）$R$と動脈コンプライアンス arterial compliance動脈コンプライアンス（arterial compliance） arterial compliance（動脈コンプライアンス）$C$の積で決まる。

収縮期の貯蔵と拡張期の放出

左心室が駆出 ejection 駆出（ejection） ejection（駆出） すると、大動脈へ入る流量は末梢へ直ちに流出する量を一時的に上回る。余分な血液は弾性動脈 elastic artery 弾性動脈（elastic artery） elastic artery（弾性動脈） を広げ、壁に弾性エネルギーとして蓄えられる。大動脈弁が閉じた後は、伸展した動脈壁の反跳 recoil 反跳（recoil） recoil（反跳） が血液を末梢へ押し続けるため、拡張期にも圧力と血流が保たれる。

flowchart TD
  A["収縮期：心室が血液を<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>"] --> B["大動脈が拡張して血液を一時貯蔵"]
  B --> C["弾性エネルギーを壁に蓄える"]
  C --> D["拡張期：動脈壁が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='recoil'>反跳</span>"]
  D --> E["末梢へ血液を送り続ける"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulsatile'>拍動性</span>入力を平滑な血流へ変換"]

RC時定数

二要素の単純なウィンドケッセル Windkessel ウィンドケッセル（Windkessel） Windkessel（ウィンドケッセル） モデルでは、末梢への流出を抵抗$R$、動脈が圧力上昇あたりに受け入れる容積をコンプライアンス$C=\Delta V/\Delta p$で表し、時定数time constant 時定数（time constant）time constant（時定数） は

となる。$\tau$が大きいほど拡張期圧 diastolic pressure 拡張期圧（diastolic pressure） diastolic pressure（拡張期圧） はゆっくり低下する。ただし実際の動脈圧波形には特性インピーダンス impedance インピーダンス（impedance） impedance（インピーダンス） と波伝播・反射も効くため、$RC$だけで全波形を説明できない。動脈圧で見たように、動脈壁の伸展性 distensibility伸展性（distensibility） distensibility（伸展性）が動脈硬化によって低下すると$C$も低下し、収縮期の圧上昇と脈圧が大きくなりやすい。$R$の上昇は流出を遅くする一方、心臓の後負荷 afterload 後負荷（afterload） afterload（後負荷） を増す。^{1 2}

静脈還流を助ける要因

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） は主に動脈側の流れを補助する。静脈側では、静脈弁venous valves 静脈弁（venous valves）venous valves（静脈弁） が逆流を防ぎ、骨格筋ポンプskeletal-muscle pump 骨格筋ポンプ（skeletal-muscle pump）skeletal-muscle pump（骨格筋ポンプ） が静脈を圧迫して血液を心臓側へ送る。吸気時の胸腔内圧 intrathoracic pressure 胸腔内圧（intrathoracic pressure） intrathoracic pressure（胸腔内圧） 低下と腹腔内圧上昇 intra-abdominal hypertension 腹腔内圧上昇（intra-abdominal hypertension） intra-abdominal hypertension（腹腔内圧上昇） による呼吸ポンプも還流を助ける。

これらは血液を新たに作る駆動源ではなく、心臓が作った圧力エネルギーと身体運動を利用して流れを維持する補助機構である。動脈側の拍動平滑化は血管階層に沿う平均流速 mean flow velocity平均流速（mean flow velocity） mean flow velocity（平均流速）に重なる時間変動を小さくし、静脈還流は閉鎖循環回路closed-circuit breathing system閉鎖循環回路（closed-circuit breathing system）closed-circuit breathing system（閉鎖循環回路）を支える。

まとめ

• 弾性動脈elastic artery 弾性動脈（elastic artery）elastic artery（弾性動脈） は収縮期に血液と弾性エネルギーを蓄え、拡張期に放出する。
• 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） により、拍動性pulsatile 拍動性（pulsatile）pulsatile（拍動性） の心拍出が拡張期にも続く末梢血流へ平滑化される。
• 時定数time constant時定数（time constant）time constant（時定数）$\tau=RC$は、末梢抵抗peripheral resistance 末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗） と動脈コンプライアンス arterial compliance 動脈コンプライアンス（arterial compliance） arterial compliance（動脈コンプライアンス） が圧減衰を決めることを示す。
• 静脈弁venous valves静脈弁（venous valves）venous valves（静脈弁）、骨格筋ポンプskeletal-muscle pump骨格筋ポンプ（skeletal-muscle pump）skeletal-muscle pump（骨格筋ポンプ）、呼吸ポンプは、低圧の静脈還流を補助する。