Biophysics · 27.07

動脈系の圧力関係

Pressure relations in the arterial system

🧠 動脈圧は、心臓が断続的に送り出す流量と、末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）・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）の相互作用で決まる。平均動脈圧mean arterial pressure, MAP平均動脈圧（mean arterial pressure, MAP）mean arterial pressure, MAP（平均動脈圧）は主に心拍出量と全末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）、脈圧は主に一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）と大動脈の弾性を反映する。

平均圧と抵抗

体循環全体を単純化すると、平均動脈圧mean arterial pressure, MAP平均動脈圧（mean arterial pressure, MAP）mean arterial pressure, MAP（平均動脈圧）（mean arterial pressure; $MAP$ ）、右心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）（right atrial pressure; $P_{RA}$ ）、心拍出量（cardiac output; $CO$ ）、全末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）（total peripheral resistance; $TPR$ ）には

MAP-P_{RA}\approx CO\times TPR

の関係がある。各血管の抵抗を層流laminar flow層流（laminar flow）laminar flow（層流）の円管として近似すると

R=\frac{8\eta L}{\pi r^4}

となる。半径 $r$ が4乗で効くため、細動脈収縮arteriolar constriction細動脈収縮（arteriolar constriction）arteriolar constriction（細動脈収縮）は全末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）と平均圧を大きく変える。この式の仮定と導出はハーゲン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）の法則を参照する。

収縮期圧・拡張期圧・脈圧

収縮期圧systolic pressure収縮期圧（systolic pressure）systolic pressure（収縮期圧）は心室駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）中の動脈圧の最大値、拡張期圧diastolic pressure拡張期圧（diastolic pressure）diastolic pressure（拡張期圧）は次の駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）直前の最小値である。その差が脈圧であり、一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）が増えると広がりやすく、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）が低下しても同じ容積変化で圧が大きく上がるため広がりやすい。

flowchart TD
  A["心室が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='stroke volume'>一回拍出量</span>を<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aortic pressure'>大動脈圧</span>が上昇"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elastic artery'>弾性動脈</span>が血液とエネルギーを一時貯蔵"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peripheral resistance'>末梢抵抗</span>へ血液が流出"]
  D --> E["拡張期にも動脈圧と流れが残る"]
  E --> F["次の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>で再び圧が上昇"]

空間的圧力低下との関係

一拍内の圧変動と、血管階層に沿う平均圧低下を区別する。後者は循環系の圧力変化で見たように抵抗分布で決まり、細動脈で大きく低下する。前者は大動脈壁の弾性によって平滑化される。

大動脈が硬くな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）と脈圧が上昇しやすい。抵抗 $R$ とコンプライアンス $C$ が拡張期圧diastolic pressure拡張期圧（diastolic pressure）diastolic pressure（拡張期圧）の減衰を決める仕組みは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）へ続く。

まとめ

平均動脈圧mean arterial pressure, MAP平均動脈圧（mean arterial pressure, MAP）mean arterial pressure, MAP（平均動脈圧）と右心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）の差は、概ね心拍出量と全末梢抵抗peripheral resistance末梢抵抗（peripheral resistance）peripheral resistance（末梢抵抗）の積で決まる。
血管半径vessel radius血管半径（vessel radius）vessel radius（血管半径）は抵抗へ4乗で影響するため、細動脈は重要な圧調節部位である。
脈圧は収縮期圧systolic pressure収縮期圧（systolic pressure）systolic pressure（収縮期圧）と拡張期圧diastolic pressure拡張期圧（diastolic pressure）diastolic pressure（拡張期圧）の差で、一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）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）に強く依存する。
平均圧の空間的低下と、一拍内の拍動性pulsatile拍動性（pulsatile）pulsatile（拍動性）圧変化を分けて考える。