Biophysics · 27.03

心周期

The cardiac cycle

🧠 心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）は、心室充満ventricular filling心室充満（ventricular filling）ventricular filling（心室充満）、等容性収縮isovolumetric contraction等容性収縮（isovolumetric contraction）isovolumetric contraction（等容性収縮）、駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）、等容性isovolumic等容性（isovolumic）isovolumic（等容性）弛緩が圧力差pressure difference圧力差（pressure difference）pressure difference（圧力差）によって連続する一拍の過程である。弁は能動的に開閉gating開閉（gating）gating（開閉）するのではなく、上流圧と下流圧の逆転に応じて受動的に動く。

四つの心室相

拡張期には心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）より低く、房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）が開いて心室が充満する。電気的興奮の後に心室収縮が始まり、心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）を超えると房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）が閉じる。すべての弁が閉じたまま圧力だけが上昇する期間が等容性収縮isovolumetric contraction等容性収縮（isovolumetric contraction）isovolumetric contraction（等容性収縮）である。

心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）または肺動脈圧pulmonary artery pressure肺動脈圧（pulmonary artery pressure）pulmonary artery pressure（肺動脈圧）を超えると半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）が開き、駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）が始まる。収縮後に心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が動脈圧を下回ると半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）が閉じ、すべての弁が閉じた等容性isovolumic等容性（isovolumic）isovolumic（等容性）弛緩を経て、心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）より低くなると次の充満が始まる。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular filling'>心室充満</span>：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='AV valve'>房室弁</span>が開く"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric contraction'>等容性収縮</span>：全弁が閉じる"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='semilunar valves'>半月弁</span>が開く"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumic'>等容性</span>弛緩：全弁が閉じる"]
  D --> A

圧力差・弁・心音

第一心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）S1は主に房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）閉鎖と収縮開始に伴う振動、第二心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）S2は主に大動脈弁・肺動脈弁pulmonary valve肺動脈弁（pulmonary valve）pulmonary valve（肺動脈弁）閉鎖に伴う振動である。弁が開いている間も圧力差pressure difference圧力差（pressure difference）pressure difference（圧力差）が流れを駆動し、弁狭窄では流速と圧力損失が増え、弁閉鎖不全valvular insufficiency弁閉鎖不全（valvular insufficiency）valvular insufficiency（弁閉鎖不全）では逆流が生じる。

一拍量と心拍出量

拡張終期容積end-diastolic volume (EDV)拡張終期容積（end-diastolic volume (EDV)）end-diastolic volume (EDV)（拡張終期容積）から収縮終期end-systolic収縮終期（end-systolic）end-systolic（収縮終期）容積を引いたものが一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量） $SV$ である。一分間に送り出す心拍出量は

CO=HR\times SV

で決まり、 $HR$ は心拍数である。同じCOでも頻脈でSVが小さい場合と、SVが大きくHRが低い場合では充満時distended state充満時（distended state）distended state（充満時）間や心筋負荷が異なる。容積と圧力を一つの閉曲線として読む方法は圧―容積関係へ続く。

まとめ

心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）は充満、等容性収縮isovolumetric contraction等容性収縮（isovolumetric contraction）isovolumetric contraction（等容性収縮）、駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）、等容性isovolumic等容性（isovolumic）isovolumic（等容性）弛緩の順に進む。
心臓弁は能動的に動くのではなく、弁前後の圧力差pressure difference圧力差（pressure difference）pressure difference（圧力差）に応じて開閉gating開閉（gating）gating（開閉）する。
S1は主に房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）、S2は主に半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）の閉鎖に伴う振動である。
心拍出量は心拍数と一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）の積であり、循環全体への流量を表す。