心臓の仕組みと働き について詳しく紹介します。心臓は血液をポンプのように送り出す働きをしています。
心臓の仕組みと働き 血液をポンプのように送り出す
心臓病は、当たり前ですが、心臓が正常に働かないことによりトラブルが生じ起きます。なぜ、どのようにしてトラブルが起こるのか、その仕組みをしっかり理解することで、病気の治療や予防などの対策が立てやすくなります。また、医師の言うことも理解しやすくなります。
そのための基礎知識として、まず心臓のしくみと働きについてです。
人間のからだは、一つ一つの細胞が活動することで生命を保っています。細胞の活動に必要な酸素と栄養素は血液によって運ばれますが、その血液を全身にくまなく循環させているのが心臓です。
心臓は、一定のリズムで拡張（弛緩）して血液を受け入れてから、収縮して全身に血液を送り出します。いわば、自動ポンプの役割を果たしています。私たちは心臓のポンプ作用をドキドキという鼓動（拍動）や脈拍に触れることで確認することができます。
4つの部屋の心筋が働く
心臓はどのようなしくみでポンプを動かしているのでしょうか？まず、心臓の構造かです。心臓の重さは成人で約200～300gくらい、握りこぶしくらいの大きさです。胸の中心線よりやや左にあります。
心臓を縦割りにすると、その中は左心房、左心室、右心房、右心室という4つの部屋に分かれています。左右の心室と心房の問には、心室中隔、心房中隔という壁があり、左右それぞれの心室と心房の問は弁で仕切られています。
心臓の壁は、そのほとんどが心筋という特別な筋肉でできています。この心筋の強い力によって、心臓のポンプ作用が作動し、血液を全身に循環させているのです。
なかでも左右の心室はそれぞれの心房から血液を受け取ってから、動脈へ送り出すメインとなるポンプの役割を果たします。一方、左右の心房は静脈からの血液を受け入れ、心室の補助ポンプとして働きます。
心室と動脈、心室と心房の問にある合計4つの弁は、ポンプの動きに連動して開閉し、血液の逆流を防ぎます。心臓は毎分60回前後、収縮と拡張を繰り返し、1日の収縮回数は10万回以上にもなります。
全身の血液循環には2系統
血液は心臓から送り出され、全身を巡って心臓に戻ってきます。この血液循環には、左心室から全身を巡り、右心房に還流する体循環（大循環）と、右心室から肺を経て左心房に還流する肺循環（小循環）があります。
心臓というポンプのうちで最も大きい役割をしているのは、左心室になります。肺で酸素を取り入れた血液は、左心房から左心室に入り、左心室の強力な収縮によって大動脈に送り出されます。大動脈から枝分かれした動脈は、さらに小動脈、毛細血管となって、筋肉や皮膚などの組織、細胞に酸素や栄養分を運搬します。
酸素をたくさん含んだ血液は、動脈血と呼ばれます。細胞の生命活動の結果、不要となった老廃物や炭酸ガスは、静脈血となって小静脈から大静脈を運ばれ右心房に還流します。
右心房から右心室に入った静脈血は、右心室の収縮によって肺動脈に送り出され、肺小動脈を通って肺胞に接した肺毛細管に運ばれます。そこで肺毛細管から炭酸ガスが肺胞に排泄、逆に酸素が肺胞から取り込まれ、酸素を含む新鮮な動脈血が肺静脈を通って左心房に還流します。
心筋にエネルギーを供給する冠動脈
心臓がポンプとして働き続けるためには、これを動かす心筋に十分な酸素と栄養分が供給されなければなりません。その役割を担うのが、心筋に冠のように張り巡らされた冠動脈（冠状動脈 です。冠動脈は大動脈の根元から左冠動脈、右冠動脈に枝分かれして心臓の表面を走ります。
左冠動脈は、すぐに前下行枝と回旋枝に分かれます。この二本と右冠動脈を合わせた三本が主要な冠動脈で、さらに細かく枝分かれした血管が心筋全体を網の目のように走っています。
左冠動脈前下行枝はおもに左心室の前壁と心室中隔に、左冠動脈回旋枝は左心室の側壁から後壁に酸素と栄養分を供給しています。右冠動脈はおもに右心房と右心室、左心室の下側の壁に酸素と栄養分を供給します。冠動脈は毛細血管でガス交換をしたあと、冠静脈となって右心房に流入し、上下の大静脈を流れてきた静脈血と合流します。
ペースメーカーの役割は特殊な細胞が担う
心筋が規則正しくポンプ運動を続けられるのは、ペースメーカとなる特殊な心筋細胞と、心筋全体にその電気信号を伝える刺激伝導系というシステムのおかげです。心筋にはポンプの働きをしている作業心筋とは別に、特殊心筋という筋組織があります。心筋組織は、作業心筋を収縮させるための電気信号を発生させ、さらにその信号を伝える中継所や電線の役割を担っています。
電気信号は、右心房の上部にある洞結節という特殊心筋のかたまりから発信されます。
こから出た信号は、心房の中を走る電線、心房内伝導路を伝わって心房筋を収縮させます。
心房内に広がった信号は、房室結節という特殊心筋のかたまりに中継され、一時的に速度を落とし、ヒス束から右脚・左脚に分かれます。さらにプルキンエ繊維という網目状の特殊心筋を経て、心室全体に伝わり、心室の筋肉を収縮させます。
この一連の回路を刺激伝導系といい、これにより心臓の自動式ポンプは円滑に動いています。
心臓の構造
心臓は4つの部屋に分かれています。これらの部屋は、血液を効率的に循環させるために重要な役割を果たしています。
- 右心房（右上部）:
- 体全体から戻ってきた酸素が少ない血液（静脈血）を受け入れます。
- 右心房は、上大静脈と下大静脈を通じて戻ってきた血液を集めます。
- 右心室（右下部）:
- 右心房から受け取った血液を肺に送ります。肺で酸素と二酸化炭素の交換が行われます。
- 右心室は、肺動脈を通じて肺へ血液を送り出します。
- 左心房（左上部）:
- 肺で酸素を受け取った血液（動脈血）を受け入れます。肺から帰ってきた酸素豊富な血液が左心房に集まります。
- 左心室（左下部）:
- 左心房から受け取った酸素豊富な血液を全身に送り出します。
- 左心室は非常に強力で、血液を大動脈を通じて全身に送り出す役割を担っています。
心臓の働き
心臓の働きは、血液を循環させることです。これを循環系と呼び、心臓、血管、血液が協力して機能します。心臓のポンプ作用には、次のような重要な働きがあります。
- 血液の循環
- 心臓は「心拍」と呼ばれるリズムで収縮と拡張を繰り返し、血液を送り出します。このサイクルを1回の心拍と呼びます。
- 血液は右心室から肺へ、左心室から全身へと送り出され、酸素や栄養を各組織に届けます。
- 酸素と栄養の供給
- 血液を通じて、酸素と栄養素（グルコースやアミノ酸など）が身体の細胞に届けられます。
- 細胞がエネルギーを作るために必要な酸素と栄養が供給されることにより、全身の機能が維持されます。
- 二酸化炭素と老廃物の排出
- 血液は細胞から取り込んだ二酸化炭素や老廃物を回収し、心臓を通じて再び肺や腎臓に送ります。肺では二酸化炭素が排出され、腎臓では尿として老廃物が排泄されます。
- 心拍の調整
- 心臓は自然にリズムを持ち、心拍数が調整されます。このリズムを司るのが**洞房結節（SAノード）**で、これが心臓の自然ペースメーカーとして働きます。
- 脳やホルモンの指令に応じて、心拍数は運動やストレス時に増加し、安静時には減少します。
心臓の血液循環
心臓内で血液は2つの循環系を通ります：
- 体循環（大循環）:
- 酸素豊富な血液は左心室から大動脈を通り、全身に供給されます。
- 細胞に酸素と栄養が届けられ、二酸化炭素と老廃物が回収されます。
- 肺循環（小循環）:
- 右心室から肺動脈を通じて酸素の少ない血液が肺に送られます。肺で酸素を取り込み、二酸化炭素を排出します。
- 酸素豊富な血液は肺静脈を通じて左心房に戻ります。
心臓のポンプ作用の仕組み
心臓の収縮と拡張は、次のサイクルで行われます：
- 拡張期（心室の拡張）:
- 心室が拡張して、全身または肺から戻ってきた血液を受け入れます。
- 収縮期（心室の収縮）:
- 心室が収縮して血液を送り出します。右心室は肺に血液を送り、左心室は全身に血液を送ります。
まとめ
心臓は、血液を全身に送り出す役割を担っており、酸素や栄養の供給、二酸化炭素や老廃物の排出を通じて、体の正常な機能を維持しています。また、心臓の働きは非常に精密で、体のニーズに応じて心拍数を調整することができます。心臓の健康を保つためには、バランスの取れた食事や適度な運動が不可欠です。