Embryology · 12.5
心血管系：胎児循環
Cardiovascular System — Fetal circulation
🧠 胎児循環の本質は「肺と肝臓という2つの臓器をできるだけバイパスして、酸素化血oxygenated blood酸素化血（oxygenated blood）oxygenated blood（酸素化血）を最短ルートで脳へ届ける」設計。 そのための3つのバイパス（静脈管ductus venosus静脈管（ductus venosus）ductus venosus（静脈管）・卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔）・動脈管）を覚え、出生時に「肺が膨らむ→肺血管抵抗pulmonary vascular resistance肺血管抵抗（pulmonary vascular resistance）pulmonary vascular resistance（肺血管抵抗）が下がる」ことが引き金となって、この3つが逆向きに（＝閉じる方向に）連鎖的にスイッチする、という「出生＝配管の一斉切り替え」のイメージで理解する。
胎児循環の3つのバイパス
胎盤（07-2-placenta-fetal-membranes）から酸素化血oxygenated blood酸素化血（oxygenated blood）oxygenated blood（酸素化血）を受け取った胎児循環は、機能していない肺と、完全な処理能力をもたない肝臓を部分的にバイパスするため、3つの短絡路をもつ。
| バイパス | 短絡する経路 |
|---|---|
| 静脈管ductus venosus静脈管（ductus venosus）ductus venosus（静脈管） | 臍静脈umbilical veins臍静脈（umbilical veins）umbilical veins（臍静脈）の血の一部を肝臓の毛細血管網capillary network毛細血管網（capillary network）capillary network（毛細血管網）を経ずに下大静脈へ直接流す |
| 卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔） | 右心房の血を右心室right ventricle右心室（right ventricle）right ventricle（右心室）（肺循環pulmonary circulation肺循環（pulmonary circulation）pulmonary circulation（肺循環）側）を経ずに左心房left atrium左心房（left atrium）left atrium（左心房）へ流す（12-2-cardiac-septation） |
| 動脈管 | 肺動脈幹pulmonary trunk肺動脈幹（pulmonary trunk）pulmonary trunk（肺動脈幹）の血を高抵抗の肺循環pulmonary circulation肺循環（pulmonary circulation）pulmonary circulation（肺循環）を経ずに下行大動脈descending aorta下行大動脈（descending aorta）descending aorta（下行大動脈）へ流す（第6咽頭弓動脈pharyngeal/aortic arch arteries咽頭弓動脈（pharyngeal/aortic arch arteries）pharyngeal/aortic arch arteries（咽頭弓動脈）由来、12-4-vascular-development） |
胎児循環の血流経路
flowchart TD
A["胎盤で酸素化された血液（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='umbilical veins'>臍静脈</span>）"]
A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ductus venosus'>静脈管</span>を通り一部が肝臓をバイパスして下大静脈へ"]
B --> C["右心房：下大静脈からの比較的酸素の多い血が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='foramen ovale'>卵円孔</span>を優先的に通過"]
C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='left atrium'>左心房</span>→左心室→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ascending aorta'>上行大動脈</span>→頭部・上肢へ（脳に優先的に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='oxygenated blood'>酸素化血</span>が届く）"]
E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='superior vena cava (SVC)'>上大静脈</span>からの静脈血（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxygenated blood'>脱酸素化血</span>）"]
E --> F["右心房→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='right ventricle'>右心室</span>→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary trunk'>肺動脈幹</span>"]
F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary vascular resistance'>肺血管抵抗</span>が高いため大部分が動脈管を通り<span class='jp-term jp-term-diagram' title='descending aorta'>下行大動脈</span>へ"]
G --> H["体幹・下肢を灌流し、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='umbilical arteries'>臍動脈</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='internal iliac artery'>内腸骨動脈</span>の枝）を介して胎盤へ戻る"]⭐ 下大静脈からの比較的酸素の多い血が卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔）を優先的に通って左心房left atrium左心房（left atrium）left atrium（左心房）へ向かい、上大静脈superior vena cava (SVC)上大静脈（superior vena cava (SVC)）superior vena cava (SVC)（上大静脈）からの脱酸素化血deoxygenated blood脱酸素化血（deoxygenated blood）deoxygenated blood（脱酸素化血）は右心室right ventricle右心室（right ventricle）right ventricle（右心室）・肺動脈・動脈管を経て下行大動脈descending aorta下行大動脈（descending aorta）descending aorta（下行大動脈）へ向かうという「2つの血流がほとんど混ざらずにすみ分ける」構造は、脳に最も酸素化された血液を優先的に届ける合理的な設計として理解する（下大静脈弁venous valves静脈弁（venous valves）venous valves（静脈弁） valve of the IVC がこの分流を助ける）。
出生時の循環変化
flowchart TD
A["出生：児が呼吸を開始し肺が膨張"]
A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary vascular resistance'>肺血管抵抗</span>が急激に低下 → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary blood flow'>肺血流</span>が急増"]
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='left atrium'>左心房</span>への還流が増加 → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='left atrium'>左心房</span>圧が右<span class='jp-term jp-term-diagram' title='atrial pressure'>心房圧</span>を上回る"]
C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='foramen ovale'>卵円孔</span>の"弁"（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='septum primum'>第一中隔</span>）が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='septum secundum'>第二中隔</span>に押し付けられ機能的に閉鎖"]
E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='placental circulation'>胎盤循環</span>の遮断（臍帯切離）"]
E --> F["体血管抵抗が上昇"]
D --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='arterial partial pressure of oxygen, PaO₂'>動脈血酸素分圧</span>の上昇＋プロスタグランジン産生低下"]
F --> G
G --> H["動脈管平滑筋が収縮し機能的閉鎖 → 数週間かけ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='organic (structural, as opposed to functional)'>器質的</span>に閉鎖（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ligamentum arteriosum'>動脈管索</span>）"]出生後、各バイパスは以下のように閉鎖し、成人の血管系の一部として名残をとどめる。
| 胎児構造 | 出生後の名残 |
|---|---|
| 静脈管ductus venosus静脈管（ductus venosus）ductus venosus（静脈管） | 静脈管索ligamentum venosum静脈管索（ligamentum venosum）ligamentum venosum（静脈管索） |
| 卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔） | 卵円窩fossa ovalis卵円窩（fossa ovalis）fossa ovalis（卵円窩）（第一中隔septum primum第一中隔（septum primum）septum primum（第一中隔）と第二中隔septum secundum第二中隔（septum secundum）septum secundum（第二中隔）が癒合） |
| 動脈管 | 動脈管索ligamentum arteriosum動脈管索（ligamentum arteriosum）ligamentum arteriosum（動脈管索） |
| 臍静脈umbilical veins臍静脈（umbilical veins）umbilical veins（臍静脈）（左のみ残存） | 肝円索ligamentum teres hepatis肝円索（ligamentum teres hepatis）ligamentum teres hepatis（肝円索） |
| 臍動脈umbilical arteries臍動脈（umbilical arteries）umbilical arteries（臍動脈）（遠位部pars distalis遠位部（pars distalis）pars distalis（遠位部）） | 内側臍索medial umbilical ligaments内側臍索（medial umbilical ligaments）medial umbilical ligaments（内側臍索） |
💡 動脈管の閉鎖は酸素分圧partial pressure of oxygen酸素分圧（partial pressure of oxygen）partial pressure of oxygen（酸素分圧）の上昇（動脈管平滑筋の収縮を促す）とプロスタグランジンE₂の低下（胎盤という主要な産生源の消失）の両方によって駆動される。臨床的にインドメタシンindomethacinインドメタシン（indomethacin）indomethacin（インドメタシン）（プロスタグランジン合成prostaglandin synthesisプロスタグランジン合成（prostaglandin synthesis）prostaglandin synthesis（プロスタグランジン合成）阻害）で動脈管開存patent ductus arteriosus (PDA)動脈管開存（patent ductus arteriosus (PDA)）patent ductus arteriosus (PDA)（動脈管開存）を薬理学pharmacology薬理学（pharmacology）pharmacology（薬理学）的に閉鎖できるのはこの機序に基づく。
まとめ
- 胎児循環は静脈管ductus venosus静脈管（ductus venosus）ductus venosus（静脈管）（肝臓バイパス）・卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔）（肺循環pulmonary circulation肺循環（pulmonary circulation）pulmonary circulation（肺循環）バイパス、心房間）・動脈管（肺循環pulmonary circulation肺循環（pulmonary circulation）pulmonary circulation（肺循環）バイパス、肺動脈-大動脈間）の3つの短絡路をもつ。
- 下大静脈からの酸素化血oxygenated blood酸素化血（oxygenated blood）oxygenated blood（酸素化血）は卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔）を優先通過して脳へ、上大静脈superior vena cava (SVC)上大静脈（superior vena cava (SVC)）superior vena cava (SVC)（上大静脈）からの脱酸素化血deoxygenated blood脱酸素化血（deoxygenated blood）deoxygenated blood（脱酸素化血）は動脈管経由で下行大動脈descending aorta下行大動脈（descending aorta）descending aorta（下行大動脈）へ向かう。
- 出生後、肺膨張による肺血管抵抗pulmonary vascular resistance肺血管抵抗（pulmonary vascular resistance）pulmonary vascular resistance（肺血管抵抗）低下と胎盤循環placental circulation胎盤循環（placental circulation）placental circulation（胎盤循環）の遮断が引き金となり、卵円孔foramen ovale卵円孔（foramen ovale）foramen ovale（卵円孔）・動脈管・静脈管ductus venosus静脈管（ductus venosus）ductus venosus（静脈管）が閉鎖する。
- 動脈管の閉鎖は酸素分圧partial pressure of oxygen酸素分圧（partial pressure of oxygen）partial pressure of oxygen（酸素分圧）上昇とプロスタグランジン低下による。各構造は出生後、卵円窩fossa ovalis卵円窩（fossa ovalis）fossa ovalis（卵円窩）・動脈管索ligamentum arteriosum動脈管索（ligamentum arteriosum）ligamentum arteriosum（動脈管索）・静脈管索ligamentum venosum静脈管索（ligamentum venosum）ligamentum venosum（静脈管索）・肝円索ligamentum teres hepatis肝円索（ligamentum teres hepatis）ligamentum teres hepatis（肝円索）などの名残を残す。