心臓と心周期のシミュレーター
このシミュレーションの式
| E(t) | 心室壁のエラスタンス | 筋肉の硬さ: 弛緩して充満する間は低く、収縮すると E_max まで上がる。拍動ごとの形は測定された二こぶの曲線 | |
|---|---|---|---|
| E_max | 収縮性 E_max (mmHg/mL) | アドレナリンで上がり、心不全で下がる | |
| V | 左心室の容積 | V₀ = 10 mL は圧力ゼロでの容積 | |
| P_LV | 左心室の圧力 |
現在の値を入れると：
| C | 動脈のコンプライアンス | 1.4 mL/mmHg: 血液が押し込まれると大動脈が伸び、その後縮んで戻る | |
|---|---|---|---|
| R | 体血管抵抗 R (mmHg·s/mL) | 後負荷: 動脈が細くなると上がる | |
| P_ao | 大動脈の圧力 | 拡張期血圧と収縮期血圧の間を行き来する | |
| Q_out | 大動脈弁を通る流量 | P_LV が P_ao を上回る間だけ |
現在の値を入れると：
| EDV、ESV | 拡張末期容積と収縮末期容積 | 心室がいちばん満ちたときと、いちばん空になったときの容積 | |
|---|---|---|---|
| SV | 1 回拍出量 | 安静時に約 70 mL | |
| EF | 駆出率 | 健康な心臓で 55〜70%。40% 未満は心不全 | |
| CO | 心拍出量 | 安静時に約 5 L/分、運動時は 20 以上 |
現在の値を入れると：
| MAP | 平均動脈圧 | 心臓は収縮しているより弛緩している時間が長いので、平均は拡張期血圧に近くなる |
|---|
現在の値を入れると：
心周期シミュレーターの使い方
- 目の前で心臓が拍動します。心室は満ちるとふくらみ、絞り出すと縮み、黄色の弁が傾いて開いてはぱたんと閉じ、赤い点が左心房から左心室を通って大動脈へ流れる血液をたどります。数値は左心系のモデルから出しています。拍動ごとに硬さが上下する心室が、弾力のある動脈へ血液を送り出すモデルです。
- グラフで 1 拍を追ってみてください。すべての弁が閉じたまま心室圧が上がり、大動脈弁を開いて血液を送り出し、やがて下がり、僧帽弁が開いて心室が再び満ちます。絵の下の圧容積ループは同じ 1 拍を 1 つの閉じたループとして描き、その幅が 1 回拍出量です。
- 心拍数、収縮性 (アドレナリンのはたらきのように)、充満圧、血管抵抗を上げて、1 回拍出量、駆出率、血圧、心拍出量がどう応えるかを見てください。充満を増やすとループが広がり (フランク・スターリングの法則)、抵抗を上げると圧が上がってループが細くなります。
よくある質問
心周期の時相は？
心室ごとに 4 つあります。充満期: 僧帽弁が開いて心房から血液が流れ込みます。等容性収縮期: 両方の弁が閉じたまま心室が収縮するので、容積を変えずに圧が急上昇します。駆出期: 圧が大動脈圧を超えて大動脈弁が開き、血液が出ていきます。等容性弛緩期: 弁が再び閉じ、僧帽弁が開くまで圧が下がります。
心拍出量はどう計算する？
心拍出量 = 心拍数 × 1 回拍出量です。安静時は毎分 70 拍 × 1 拍 70 mL で約 4.9 L/分、激しい運動では鍛えた心臓が両方を上げて 25〜35 L/分に達します。1 回拍出量は拡張末期容積から収縮末期容積を引いたものです。
駆出率とは？
満ちた心室の血液のうち、1 拍で送り出される割合で、EF = 1 回拍出量 ÷ 拡張末期容積 です。健康な心臓は 55〜70% を送り出します。駆出率が約 40% を下回ると心不全の主なしるしの 1 つで、心エコー検査でふつう測られるのはこの値です。
前負荷と後負荷とは？
前負荷は、収縮する前に心室がどれだけ満ちて引き伸ばされているかで、ここでは充満圧で決まります。よく伸びるほど拍動は強くなり、これがフランク・スターリングの法則です。後負荷は心室が押し返さなければならない相手で、主に動脈圧と血管抵抗です。収縮性が上がらない限り、後負荷が大きいほど 1 拍で送り出される血液は減ります。
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