Physiology · 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: 心原性ショ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臓弁膜症心筋症妊娠と心血管疾患

🧠 心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）は「4つのルール」から機械的に導出できる。 ①血液は非圧縮性incompressibility非圧縮性（incompressibility）incompressibility（非圧縮性）②血流は圧較差pressure gradient圧較差（pressure gradient）pressure gradient（圧較差）の方向に流れる ③弁の開閉gating開閉（gating）gating（開閉）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・大動脈の圧の大小関係zone1-3大小関係（zone1-3）zone1-3（大小関係）を追えば、いつ弁が開閉gating開閉（gating）gating（開閉）し、いつ心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）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

心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）	由来	性質
I音（第1心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）, first heart sound, S1）	房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）（atrioventricular valve：三尖弁tricuspid valve三尖弁（tricuspid valve）tricuspid valve（三尖弁）・僧帽弁mitral valve僧帽弁（mitral valve）mitral valve（僧帽弁））の閉鎖	大きく・長く・低調
II音（第2心音heart sounds心音（heart sounds）heart sounds（心音）, second heart sound, S2）	半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）（semilunar valve：大動脈弁・肺動脈弁pulmonary valve肺動脈弁（pulmonary valve）pulmonary valve（肺動脈弁））の閉鎖	弱く・短く・高調

心周期の定義

心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）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QRS群QRS complexQRS群（QRS complex）QRS complex（QRS群）の開始からT波の終わりまで（電気的収縮期＝心室脱分極ventricular depolarization心室脱分極（ventricular depolarization）ventricular depolarization（心室脱分極）の持続＝心室収縮）
拡張期	II音の後からI音の前まで
心房収縮atrial contraction心房収縮（atrial contraction）atrial contraction（心房収縮）	心室の（後期）拡張期に起こり、心室充満ventricular filling心室充満（ventricular filling）ventricular filling（心室充満）を担う

心周期構築の4原則

血液は非圧縮性incompressibility非圧縮性（incompressibility）incompressibility（非圧縮性）——容積変化は無視neglect無視（neglect）neglect（無視）できる。
血流の方向は圧較差pressure gradient圧較差（pressure gradient）pressure gradient（圧較差）で決まる（高圧→低圧）。
弁の開閉gating開閉（gating）gating（開閉）は流れの向きに応じて受動的に決まる（例：房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）は心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）＞心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）で開く、半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）は大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）＞心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）で閉じる）。
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='isovolumic'>等容性</span>弛緩（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、心房収縮atrial contraction心房収縮（atrial contraction）atrial contraction（心房収縮）により心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）が上昇、心室充満ventricular filling心室充満（ventricular filling）ventricular filling（心室充満）（心室容積↑）が進む。心房・心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）はともに上昇し、心房収縮atrial contraction心房収縮（atrial contraction）atrial contraction（心房収縮）終了とともに心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）は低下する。大動脈からの血液流出がわずかに減るため大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）もわずかに低下する。

相2：等容性収縮期

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）を上回ると房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）が閉鎖（I音、収縮期の開始）。心室が脱分極・収縮し心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が急上昇surge急上昇（surge）surge（急上昇）するが、房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）・半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）とも閉鎖しているため容積は一定＝等容性収縮isovolumetric contraction等容性収縮（isovolumetric contraction）isovolumetric contraction（等容性収縮）。

相3：駆出期

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）を超えると半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）が開放し、血液が心室から大動脈へ駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）される。心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）・大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）はわずかに上昇後、心室再分極ventricular repolarization心室再分極（ventricular repolarization）ventricular repolarization（心室再分極）とともに低下する。大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）が心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）を上回った時点で半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）が閉鎖し（II音、収縮期の終了＝拡張期の開始）駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）期が終わる。

相4：等容性弛緩期

心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）が急速に低下するが、全弁閉鎖のため容積は一定＝等容性isovolumic等容性（isovolumic）isovolumic（等容性）弛緩。心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）はなお心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）より高い。心房収縮atrial contraction心房収縮（atrial contraction）atrial contraction（心房収縮）がゆるやかに始まり心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）が上昇し、心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）が心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）を超えると房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）が開放し心室充満ventricular filling心室充満（ventricular filling）ventricular filling（心室充満）が始まる。切痕notch (incisure)切痕（notch (incisure)）notch (incisure)（切痕）は半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）閉鎖を反映し、大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）はその後緩やかに低下する。

心周期の数値

圧

圧	範囲	備考
大動脈圧aortic pressure大動脈圧（aortic pressure）aortic pressure（大動脈圧）	80〜120 mmHg	半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）は80mmHgで開放、100mmHgで閉鎖
心室圧ventricular pressure心室圧（ventricular pressure）ventricular pressure（心室圧）	ほぼ0〜120 mmHg	—
心房圧atrial pressure心房圧（atrial pressure）atrial pressure（心房圧）	4〜8 mmHg	房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）は4mmHgで閉鎖、8mmHgで開放

容積

指標	値
拡張末期容積end-diastolic volume, EDV拡張末期容積（end-diastolic volume, EDV）end-diastolic volume, EDV（拡張末期容積）	140 mL（最大）
収縮末期容積end-systolic volume, ESV収縮末期容積（end-systolic volume, ESV）end-systolic volume, ESV（収縮末期容積）	60 mL（最小）
一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）（SV = EDV − ESV）	80 mL
駆出率ejection fraction駆出率（ejection fraction）ejection fraction（駆出率）（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）

💡 収縮末期end-systolic収縮末期（end-systolic）end-systolic（収縮末期）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、駆出率ejection fraction駆出率（ejection fraction）ejection fraction（駆出率）（正常50〜75%）の生理的意味を理解する鍵になる。

時間

相	持続時間duration持続時間（duration）duration（持続時間）
収縮期	約0.27s（≈0.3s）
拡張期	約0.53s（≈0.5s）
心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）全体	約0.8s

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。

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）"] --> B["充満：容積50→120mL（低圧のまま）"]
  B --> C["C: <span class='jp-term jp-term-diagram' title='mitral valve'>僧帽弁</span>閉鎖（容積120mL=EDV）"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumetric contraction'>等容性収縮</span>：圧10→90mmHgに上昇（容積一定）"]
  D --> E["D: 大動脈弁開放"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>：圧上昇しつつ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='volume loss'>容積減少</span>（120→70mL付近）"]
  F --> G["E: 圧ピーク（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ejection'>駆出</span>継続）"]
  G --> H["F: 大動脈弁閉鎖（圧約100mmHg、容積50mL=ESV）"]
  H --> I["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isovolumic'>等容性</span>弛緩：圧低下（容積一定）→Aに復帰"]

横軸（容積）×縦軸（圧）で囲まれるループの面積は、その心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）で心臓がなした仕事（一回仕事量, stroke work）に相当する。
ループの横幅＝一回拍出量stroke volume一回拍出量（stroke volume）stroke volume（一回拍出量）（SV）。

まとめ

I音は房室弁AV valve房室弁（AV valve）AV valve（房室弁）閉鎖（収縮期開始）、II音は半月弁semilunar valves半月弁（semilunar valves）semilunar valves（半月弁）閉鎖（拡張期開始）に対応する。
心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）は心房収縮atrial contraction心房収縮（atrial contraction）atrial contraction（心房収縮）→等容性収縮isovolumetric contraction等容性収縮（isovolumetric contraction）isovolumetric contraction（等容性収縮）（I音）→駆出ejection駆出（ejection）ejection（駆出）→等容性isovolumic等容性（isovolumic）isovolumic（等容性）弛緩（II音）の4相からなり、弁の開閉gating開閉（gating）gating（開閉）はすべて圧較差pressure gradient圧較差（pressure gradient）pressure gradient（圧較差）で受動的に決まる。
EDV 140mL、ESV 60mL、SV 80mL、EF 0.5〜0.75が基準値baseline / reference value基準値（baseline / reference value）baseline / reference value（基準値）。収縮期約0.3秒、拡張期約0.5秒で心周期cardiac cycle心周期（cardiac cycle）cardiac cycle（心周期）は約0.8秒。
左室圧-容積ループpressure-volume loop容積ループ（pressure-volume loop）pressure-volume loop（容積ループ）は4相を圧-容積平面上に描いたもので、ループ面積が心臓の一回仕事量を表す。