Biophysics · 27.06

循環系における圧力変化

Changes in pressure in the circulatory system

🧠 血液は平均圧の高い大動脈から低い右心房へ流れ、圧力エネルギーは血管抵抗によって段階的に散逸dissipate散逸（dissipate）dissipate（散逸）する。 最大の平均圧低下は、抵抗を能動調節する細動脈領域で生じる。

圧力差が流れを駆動する

一つの血管区間を定常流steady flow定常流（steady flow）steady flow（定常流）として近似すると、流量 $Q$ 、区間両端の圧力差pressure difference圧力差（pressure difference）pressure difference（圧力差） $\Delta p$ 、流れ抵抗 $R$ の関係は

\Delta p=Q R

である。同じ流量が直列serial (organ architecture, vs. parallel)直列（serial (organ architecture, vs. parallel)）serial (organ architecture, vs. parallel)（直列）区間を通るなら、抵抗が大きい区間ほど大きな圧力低下を生じる。これは電気回路の電圧降下に似るが、血管では半径、粘度、拍動性pulsatile拍動性（pulsatile）pulsatile（拍動性）、分枝が変化する点に注意する。

血管階層に沿う圧力変化

大動脈と大動脈系では平均圧が高く、拍動も大きい。小動脈から細動脈にかけて抵抗が増すため平均圧が大きく低下し、拍動成分も減衰する。毛細血管では低く安定した圧力となり、薄い壁を損傷せずに交換を行える。静脈側ではさらに緩やかに低下し、右心房近くでほぼゼロに近づく。

flowchart TD
  A["左心室が高圧を発生"] --> B["大動脈：高い平均圧と拍動"]
  B --> C["細動脈：大きな抵抗"]
  C --> D["平均圧が最も大きく低下"]
  D --> E["毛細血管：低圧で交換"]
  E --> F["静脈：低圧で右心房へ還流"]

抵抗分布と局所血流

抵抗の物理的起源はハーゲンHagenハーゲン（Hagen）Hagen（ハーゲン）–ポアズイユPoiseuilleポアズイユ（Poiseuille）Poiseuille（ポアズイユ）の法則で整理でき、半径の小さな変化が抵抗を大きく変える。細動脈の平滑筋が収縮すると、その臓器への流量が減るだけでなく、上流側圧lateral pressure側圧（lateral pressure）lateral pressure（側圧）と全末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）にも影響する。各区間の圧力は流量と抵抗の両方で決まるため、圧力低下だけから血流量を断定しない。

平均圧の空間分布に対し、収縮期・拡張期の時間変動を扱うのが動脈系の圧力関係である。また毛細血管圧capillary pressure毛細血管圧（capillary pressure）capillary pressure（毛細血管圧）の上昇はスターリング濾過を増やし、浮腫の原因になりうる。

まとめ

血流は高圧側から低圧側へ向かい、各区間の圧力低下は $\Delta p=QR$ で決まる。
平均圧は大動脈から静脈へ低下し、最大の低下は主に細動脈で起こる。
毛細血管の低圧化は薄い交換血管を保護し、適切な濾過を保つ。
圧力、流量、抵抗は別の量であり、二つが分からなければ残り一つを判断できない。