生理学

生理学 · 2.3

心周期。心周期における圧と容積の変化。心音。

The heart cycle. Changes in pressure and volume during the cardiac cycle. Heart sounds.

応用トピック
拡張期心雑音と心音収縮期心雑音と心音肥大型心筋症心膜炎と心嚢液貯留大動脈弁狭窄症と大動脈弁閉鎖不全症の診断僧帽弁狭窄症と僧帽弁閉鎖不全症の診断心臓カテーテル検査・血行動態評価・心周期大動脈弁狭窄症と大動脈弁閉鎖不全症の治療僧帽弁狭窄症と僧帽弁閉鎖不全症の治療機械的循環補助による末期心不全の治療心原性ショック心臓弁膜症心筋症妊娠と心血管疾患

🧠 は「4つのルール」から機械的に導出できる。 ①血液は②血流はの方向に流れる ③弁のは流れの向きで受動的に決まる ④閉じた弁を血液は通れない。この4条件だけで、心房・心室・大動脈の圧のを追えば、いつ弁がし、いつが鳴り、いつ容積が変化するかがすべて論理的に決まる。

心音

由来 性質
I音(第1, first heart sound, S1) (atrioventricular valve:・)の閉鎖 大きく・長く・低調
II音(第2, second heart sound, S2) (semilunar valve:大動脈弁・)の閉鎖 弱く・短く・高調

💡 「弁が閉じる音」は覚え方としては正しいが、鳴っているのは弁そのものではない。 は心臓と血液を一体とした系の振動として生じる圧変動であり、弁の閉鎖はその振動を引き起こす出来事の一つである。ヒトでと上腕カフを同時に行った解析では、第2に相当する振動はの血流に必要な左室の伸長に由来し、それが大動脈弁の閉鎖を引き起こすと説明されている1。弁のとの対応を覚えるうえでこの表はそのまま使ってよい。

心周期の定義

は収縮期(心室収縮)と拡張期(心室弛緩)に分かれる。

定義
収縮期 I音の開始からII音の開始まで。電気的にはの開始からT波の終わりまで(電気的収縮期=の持続=心室収縮)
拡張期 II音の後からI音の前まで
心室の(後期)拡張期に起こり、を担う

心周期構築の4原則

  1. 血液は——容積変化はできる。
  2. 血流の方向はで決まる(高圧→低圧)。
  3. 弁のは流れの向きに応じて受動的に決まる(例:は>で開く、は>で閉じる)。
  4. 閉じた弁を血液は通過しない。

心周期の4相

flowchart TD
  A["相1:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='atrial depolarization'>心房脱分極</span>・収縮(拡張期)<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='atrial pressure'>心房圧</span>↑→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular filling'>心室充満</span>↑"]
  A --> B["相2:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric contraction'>等容性収縮</span>(収縮期開始)<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular pressure'>心室圧</span>><span class='jp-term jp-term-diagram' title='atrial pressure'>心房圧</span>→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='AV valve'>房室弁</span>閉鎖=I音<br>両弁とも閉鎖=容積一定"]
  B --> C["相3:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>期(収縮期→拡張期)<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular pressure'>心室圧</span>><span class='jp-term jp-term-diagram' title='aortic pressure'>大動脈圧</span>→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='semilunar valves'>半月弁</span>開放→血液<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>"]
  C --> D["相4:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric relaxation'>等容性弛緩</span>(拡張期)<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='aortic pressure'>大動脈圧</span>><span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular pressure'>心室圧</span>→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='semilunar valves'>半月弁</span>閉鎖=II音<br>両弁とも閉鎖=容積一定"]
  D -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ventricular pressure'>心室圧</span><<span class='jp-term jp-term-diagram' title='atrial pressure'>心房圧</span>→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='AV valve'>房室弁</span>開放"| A

相1:心房収縮期(拡張期後期)

SA結節の発火(P波)が心房を脱分極させ、によりが上昇、(心室容積↑)が進む。心房・はともに上昇し、終了とともには低下する。大動脈からの血液流出がわずかに減るためもわずかに低下する。

拡張期のの約80%は、の前に静脈→心房→心室へ流れ込む受動充満(→ダイアスタシス)で、が担うのは約20%である。では約5 mmHg()、は約4 mmHg上がる。

相2:等容性収縮期

がを上回るとが閉鎖(I音、収縮期の開始)。心室が脱分極・収縮しがするが、・とも閉鎖しているため容積は一定=。

相3:駆出期

がを超えるとが開放し、血液が心室から大動脈へされる。・はわずかに上昇後、とともに低下する。がを上回った時点でが閉鎖し(II音、収縮期の終了=拡張期の開始)期が終わる。は、最初の約1/3の急速期での約70%、残りので約30%が出る。

相4:等容性弛緩期

が急速に低下するが、全弁閉鎖のため容積は一定=。はなおより高い。がゆるやかに始まりが上昇し、がを超えるとが開放しが始まる。は閉鎖を反映し、はその後緩やかに低下する。

心周期の数値

圧

圧 範囲 備考
80〜120 mmHg は80mmHgで開放、100mmHgで閉鎖
ほぼ0〜120 mmHg —
4〜8 mmHg は4mmHgで閉鎖、8mmHgで開放

容積

指標 値
140 mL(最大)
60 mL(最小)
(SV = EDV − ESV) 80 mL
(EF = SV / EDV) 0.5〜0.75(半分より多く4分の3未満が排出される)

💡 でも心室容積の半分以上(60mL)が残っている。 これは「収縮=空にする」という直感的イメージを修正する重要なポイントで、(正常50〜75%)の生理的意味を理解する鍵になる。

⚠️ のは性別をした単一の区間ではない。 によるヒト健常者804例(45〜74歳、UK Biobank)の研究では、は男性より女性で有意に高く(女性61±5% vs 男性58±5%)、両性とも加齢による変化はほぼ一定だった。「0.5〜0.75」という単一区間は目安であり、実際の判定には性別を考慮したを用いる2。

時間

相
収縮期 約0.27s(≈0.3s)
  約0.05s
 期 約0.22s
拡張期 約0.53s(≈0.5s)
  約0.08s
 期(受動充満+) 約0.45s
全体 約0.8s

基本血行動態の基準値(右心系を含む)

指標
心拍数 約70/分
左室の最大/圧/ 約120/約100/約8 mmHg
(CI=CO/) 約2.6〜4.2 L/分/m²
圧(の推定) 約5〜12 mmHg
(収縮期/拡張期) 約120/80 mmHg
(≈1/3収縮期+2/3拡張期) 約90〜100 mmHg
(≈MAP/CO) 約18 mmHg/(L/分)
(=の面積) ≈ 圧 ×
右室の最大/ 約24/約4 mmHg
(≈) 約1〜6 mmHg
(収縮期/拡張期) 約24/約9 mmHg

とは左心と相似で、圧がはるかに低い。は平均して左右で等しい。

⚠️ 講義による数値の差:別の講義では左室の120 mL・50 mL・70 mL・0.5〜0.7・120/80 mmHgと示される。本ノートの140/60/80 mL(上の容積の表)とは10〜20 mLずつ違うが、どちらも正常範囲内の代表値で、容積は体格・性別・測定法で変わる。数値を暗記するより、にも半分以上が残る(は0.5〜0.75)という関係で理解する。

左室圧-容積ループ

圧を容積の関数としてプロットするとループを描く。図の点A〜Dと容積(50/120 mL)は、別講義(EDV 120 mL・ESV 50 mL)の図の値である。

flowchart TD
  A["A: <span class='jp-term jp-term-diagram' title='mitral valve'>僧帽弁</span>開放(低圧、容積50mL)"] --> B0["充満:容積50→120mL(低圧のまま)"]
  B0 --> B["B: <span class='jp-term jp-term-diagram' title='mitral valve'>僧帽弁</span>閉鎖(容積120mL=EDV)"]
  B --> C0["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric contraction'>等容性収縮</span>:圧が約80mmHgまで上昇(容積一定)"]
  C0 --> C["C: 大動脈弁開放(約80mmHg)"]
  C --> D0["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>:圧は上昇して約120mmHgのピークを越え、容積は120→50mLへ減少"]
  D0 --> D["D: 大動脈弁閉鎖(圧約100mmHg、容積50mL=ESV)"]
  D --> A0["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric relaxation'>等容性弛緩</span>:圧低下(容積一定)"]
  A0 --> A
  • 横軸(容積)×縦軸(圧)で囲まれるループの面積は、そので心臓がなした仕事(量, stroke work)に相当する。
  • ループの横幅=(SV)。

まとめ

  • I音は閉鎖(収縮期開始)、II音は閉鎖(拡張期開始)に対応する。
  • は→(I音)→→(II音)の4相からなり、弁のはすべてで受動的に決まる。
  • EDV 140mL、ESV 60mL、SV 80mL、EF 0.5〜0.75が(別講義では120/50/70 mL)。収縮期約0.3秒(0.05+0.22)、拡張期約0.5秒(0.08+0.45)では約0.8秒。
  • の約80%は受動充満、約20%が。は最初の1/3で約70%が出る。・圧・の圧は「基本血行動態の」の表で押さえる。
  • 左室圧-は4相を圧-容積平面上に描いたもので、ループ面積が量を表す。

出典

  1. 1.Listening to heart sounds through the pressure waveform(Scientific Reports・2024)抄録で、心音が心臓と血液を一体とした系(cardiohemic system)の振動によって生じる圧変動であるとされていること、左心カテーテル検査と上腕カフ計測を同時に行って得た2つの振動波束のうち、第2心音に相当する波束が収縮末期の血流減速に必要な左室の伸長に由来し、それが大動脈弁の閉鎖を引き起こすと解析されたことを確認した。ヒトを対象とした研究で、抄録に例数の記載はない閲覧 2026-08-27
  2. 2.Reference ranges for cardiac structure and function using cardiovascular magnetic resonance (CMR) in Caucasians from the UK Biobank population cohort(Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance・2017)UK Biobankの参加者5,065人から既知の心血管疾患などを除外して得たヒト健常者804例(45〜74歳、白人)の心臓MRI基準値研究で、左室駆出率は男性より女性で有意に高く(女性61±5% vs 男性58±5%)、両性とも加齢による駆出率の変化はほぼ一定であったこと、左室容積は男性で女性より大きいことを確認した閲覧 2026-08-26