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解剖・栄養生理学
解剖・栄養生理学 血液・循環器系と呼吸器系 参考書: 山本敏行ら「新しい解剖生理学」第9、10、11、19章 Mader, SS. 「Human Biology」 7th Edition 第6、7＆9章 この講義で身に付けること • 「内呼吸」と「外呼吸」の違いについて理解 する • 肺で行われるガス交換の仕組みを理解する • 血液の働きについて理解する • 血管の解剖と役割について学習する • 心臓の解剖と役割について理解する • 血圧と健康リスクについて学習する ヒトは「呼吸」をして生きている • 「呼息」と「吸息」 • 呼吸をすることで – 生命維持に必要な成分を (体内・細胞に)取り込み – 不要な成分を排出し – 生命活動に必要なエネル ギー(ATP)を生産すること が出来る http://www.thewaytotheway.com/blog/wp-content/uploads/2009/08/Deep-Breathing.jpg 救命救急のステップ D R A B C D – Danger (危険・安全確保) – Response (反応確認) – Airway (気道確保) – Breath (呼吸) – Circulation (循環) – Defibrillation (除細動・AED) 救命救急のステップ D R A B C D – Danger (危険・安全確保) – Response (反応確認) – Airway (気道確保) – Breath (呼吸) – Circulation (循環) – Defibrillation (除細動・AED) 外呼吸・内呼吸と血液循環の関係 「医学生理学教育シェアリンググループ」による「一歩一歩学ぶ医学生理学」プロジェクト（http://physiology1.org）の一部 体外から酸素を取り込む＝呼吸器 • • • • • • 鼻腔 咽頭 喉頭 気管 気管支 肺 http://image.blog.livedoor.jp/aura57/imgs/5/d/5da3fbad.gif 気管の解剖 • • • • • 約10cmの直線状の管 気管軟骨後方は平滑筋 と粘膜のみ(粘性壁) 右の気管支は左より短く 太く垂直になっている異 物が入りやすい 線毛上皮異物を外部に 押し出す役割 肺の中で細分化され末端 は肺胞になる 喉頭 甲状軟骨 輪状軟骨 輪状靭帯 気管軟骨 気管 気管分岐部 http://www.swankpets.com/images/Trachea%20anatomy.jpg 肺の解剖 肺尖 上葉 水平裂 斜裂 斜裂 中葉 心切痕 下葉 下縁 右肺 左肺 http://academic.kellogg.edu/herbrandsonc/bio201_mckinley/f25-12a_gross_anatomy_o_c.jpg 気管支の末端は肺胞 • • 肺胞は扁平肺胞 上皮で出来ている 総面積は約70m2 – ガス交換の効率 が良い • • 毛細血管に覆わ れている ガス交換が行わ れる 細気管支 肺動脈の枝 終末細気管支 呼吸細気管支 肺静脈の枝 毛細血管 細動脈 肺胞管 肺胞 http://academic.kellogg.edu/herbrandsonc/bio201_mckinley/f25-9a_bronchioles_and__c.jpg 肺胞でのガス交換は濃度差が鍵 空気の出入り 毛細血管 肺胞の入り口 心臓へ 拡散によって酸素が 空気から血液に移動する 肺胞の壁に毛細血管 が張り付いている 拡散によって二酸化炭素が 血液から空気に移動する 心臓から 肺胞内では酸素の濃度が高く二酸化炭素の濃度が低い 静脈血では酸素の濃度が低く二酸化炭素の濃度が高い 酸素を豊富に含んだ血液は動脈血として肺静脈を通って心臓へ http://www.mcqueens.net/mcqueen-ntl/dis/toc_/images/toc/Pic45.gif 肺が動くには肋間筋と横隔膜が必要 肋間筋 が収縮 肋間筋が弛緩 横隔膜 吸息 横隔膜 が収縮 横隔膜が弛緩 呼息 肋間筋・横隔膜が収縮胸腔容積が増大 http://www.kidsmoneylife.com/wp-content/uploads/2009/08/lung-diaphragm.gif 呼吸気量 • • ガス交換は肺胞のみで行われる 気道(鼻腔から気管支まで空気が通る通路)＝死腔 – 肺胞換気量＝呼気量－死腔量 1. 安静換気量：通常の呼吸で空気が出入りする量 2. 予備呼気量(ERV)：通常の呼吸で吐き出せる空気の量 3. 残気量：最大まで息を吐き出した後肺に残る空気の量 4. 予備吸気量(IRV)：通常の吸息後さらに吸い込める量 5. 深吸気量：IRVと安静換気量の合計 6. 機能的残気量：予備呼気量と残気量の合計 7. 肺活量：一回の呼吸で出入りする空気の量 8. 全肺気量：肺活量と残気量の合計 呼吸気量の区分 最大吸気位 深吸気量 予備吸気量 肺活量 換気量 全肺気量 予備呼気量 最大呼気位 残気量 機能的残気量 http://www.frca.co.uk/images/lung_vol.gif 循環の役割を担っているのは血液 • 大きく運搬、防御、調節に分けられる 1. 運搬 • 酸素や二酸化炭素、栄養素や老廃物の運搬 2. 防御 • 細菌などから体を守り、失血を防ぎ修復する 3. 調節 • ホメオスタシスの維持、体温や体内機能を調 節する 血液は細胞(血球)と液体(血漿) で構成されている 血清 凝固しない 血漿 フィブリノーゲン 血液 血清 フィブリン •栄養素 •タンパク質 •老廃物 •ホルモンなど 赤血球 血球 白血球 凝血塊 血小板 • ヘマトクリット値＝血球が血液に占める割合 – 約45％が正常値 赤血球 • • • • • 核を持たない細胞 窪んでいて変形しやすい 約400－600万/mm3存在 約120日の寿命 細胞内に酸素と結合する性質を持つヘモグロビン (Hb：鉄原子を持つヘムとグロビンの結合体)を持つ – 結合率は動脈血では95％以上、静脈血では約 75％に低下(酸素分圧や温度・pHで変化) – • Hb基準値：男性で13～18g/dl、女性で11～16g/dl ヘマトクリット値は血液中における血球[赤血球]の 容積の割合 男性～45％、女性～40％ http://4.bp.blogspot.com/_t3LvP47oDlY/SJEzz-2d-aI/AAAAAAAABJw/IRODoLvTpeE/s400/jmn70039fa.jpg ヘモグロビンの酸素飽和曲線 ヘモグロビンの酸素飽和度：酸素と結合している赤血球内 のヘモグロビンの割合 S＝オキシヘモグロビン濃度/ヘモグロビン濃度 x 100(%) 組織では PO2が低い 肺や動脈では PO2が高い (酸素と結合しやすい) pHや体温の影響で曲線は左右に偏る 酸性や高体温、CO2濃度が高くなると曲線は右に偏る⇒酸素を放出しやすくなる http://www.eonet.ne.jp/~hidarite/ce/img/so203.gif 貧血 • 赤血球数またはヘモグロビンが不十分な 状態だと貧血を引き起こす – 鉄分不足(低血色素性小球性貧血) – 葉酸不足(巨赤芽球性貧血) – ビタミンB12不足(悪性貧血・大球性貧血) • 溶血性貧血 – 大量の赤血球の破壊 • 鎌状赤血球症(遺伝性) – 毛細血管で崩壊しやすい http://www.aschoonerofscience.com/wp-content/uploads/ssarbc-295x300.jpg ヘモグロビンの分解 鉄 ヘモグロビンの生成に再利用 ヘム ウロビリノーゲン ビリルビン ヘモグロビン 尿中に排泄 ステルコビリン 糞便中に排泄 グロビン たんぱく質と して再利用 •溶血した赤血球のヘモグロビンはヘムとグロビンに分 解され、ヘムは鉄とビリルビンに分解される •ビリルビンは胆汁の色素として利用される(腸肝循環) 白血球 • • 核を持つ細胞 血液1mm3中に約7000個 －検査基準値3500～9600 • 寿命は3～15日 • 複数の種類に分類できる – 果粒白血球 • 好中球：異物を取り込み消化・分解する • 好酸球：アレルギー反応の制御・ヒスタミンの不活 性化 • 好塩基球：ヒスタミンなどを分泌する – リンパ球：B細胞・T細胞・NK細胞 – 単球：食作用を持つマクロファージに変化 http://www.geocities.jp/kusa938/wbc.jpg 血小板と止血メカニズム • • • • • 血球の中では一番小さい 検査基準値：10.0~37.0 x 104/mm3 寿命は約10日 血液凝固の機能 血管損傷の際に止血する 血管損傷血流に乗って血小板が損傷箇所に集まる 集まった部位で血小板内の血液凝固因子が連鎖反応を起こす 放出された因子と血漿中のCaにより第Ⅹ因子が活性化 プロトロンビンをトロンビンにするトロンビンがフィブリノーゲン をフィブリンにフィブリンに第ⅩⅢ因子が作用して凝固する フィブリンは後にプラスミンによって分解される(線維素溶解) Ca2+が無ければ血液凝固は起こらない http://www.3nai.jp/weblog/upload/55048bc6bbde3a77.jpg 血球の産生 • • 血球は赤色骨 髄で製造される 扁平骨 – 頭蓋骨や肋骨 • 赤血球や血小 板もその過程で 赤芽球や巨核 芽球になる 赤血球 造血幹細胞 骨髄幹細胞 リンパ幹細胞 骨髄芽球 血小板 http://www.siteman.wustl.edu/xmlfiles/Media_big/CDR0000526219.jpg リンパ芽球 白血球 血漿 • 血液の約55％を占める黄色い液体 • 主な成分 1)水分(約92％) 2)血漿タンパク質－アルブミン、グロブリン 3)電解質 4)血液ガス－酸素、二酸化炭素 5)有機栄養素－グルコース、アミノ酸、脂質等 6)老廃物－尿素、アンモニア、尿酸 7)調節物質－ホルモン、酵素 • 血漿成分は通常一定重要なマーカー 血漿タンパク質の検査基準値 血漿タンパク質 基準値 総タンパク アルブミン α1グロブリン 6.2~8.2 g/dl 57~69% (4.3~4.5 g/dl) 2~4% α2グロブリン βグロブリン γグロブリン フィブリノーゲン 6~10% 5~10% 10~24% 200~400 mg/dl 香川と野澤 酸塩基平衡 • • • 通常のpHは7.4(血漿タンパク質などがpHを維持) pHが7.4以下アシデミア、7.4以上アルカレミア アシドーシスとアルカローシス – – アシドーシス：体内の酸塩基平衡を酸側に傾ける力が働いている状態 アルカローシス：逆に酸塩基平衡を塩基側に傾ける力が働いている状 態 分類 代謝性アシドーシス 状態 HCO3-の減少 理由 酸の多量発生 代謝性アルカローシス HCO3-の増大 酸の喪失 呼吸性アシドーシス Pco2の増大 CO2の蓄積 呼吸性アルカローシス Pco2の減少 CO2の不足 Pco2 ＝40mmHgを正常とした際の動脈血のCO2濃度 教科書p49 ABO式による血液型の分類 血清中の抗体と赤血球表面にある抗原の有無が違う 血液型 O型 A型 B型 AB型 凝集源 (赤血球) なし A B A&B 凝集素 (血清中) 抗A & 抗B 抗B 抗A なし 日本人の 比率(％) 32％ 37％ 22％ 9％ 違う血液が混ざると凝集が起きる 発熱、悪寒、ショックなどの症状 死亡するケースもある 教科書p141 両親の血液型と子供の血液型 両親 OxO OxA AxA OxB BxB O x AB A x AB B x AB AB x AB AxB 子供 O O、A O、B A、B A、B、AB O、A、B、AB 教科書p143 体循環と肺循環 • • 左心室から送られた酸 素の豊富な血液(動脈 血)が全身を周り右心 房に戻る体循環(大 循環) 右心室から二酸化炭 素の多い血液(静脈血) を肺に送り左心房に戻 る肺循環(小循環) http://www.med.nagoya-u.ac.jp/junnai/junnai/disease/images/disease09_img_001.gif 動 心臓 • 左右＆心房と心室に隔てられている • 房室口と動脈口にある弁は血液の逆流を 防ぐ常に一定の方向に流れる – 僧帽弁(左房室口)；三尖弁(右房室口) – 大動脈弁；肺動脈弁 • 心臓を維持する血管冠状血管 • 自律神経(心臓神経) – 交感神経：心拍や収縮の促進 – 副交感神経：抑制 心臓の解剖 大動脈弓 上大静脈 肺動脈幹 肺動脈弁 右肺動脈 左肺動脈 • 心臓の壁の厚 さ：心房＜右心 室＜左心室 – 血液を押し 出すための 圧を作る • 心筋は横紋筋 だが不随意筋 左肺静脈 櫛状筋 左心房 右心房 大動脈弁 乳頭筋 左心室 下大静脈 右心室 http://www.bg.ic.ac.uk/Staff/khparker/homepage/BSc_lectures/2002/Heart_anatomy.jpg 伝導系の流れ • 心臓拍動の自動 性 – • • 特殊心筋によっ て収縮させる興 奮を発生させる 伝導系 洞リズム なんらかの理由 で洞結節からの 興奮が伝わらな い場合は房室結 節以下がリズム を刻む http://health.merrymall.net/cw58_0000_shindenzu.gif 正常の心電図 洞調律 正常 １mV 60～100／分 RR間隔＝整 興奮の終了 洞結節興奮 約１ mV 洞結節で起こっ た電気的興奮が 心臓全体に秩序 正しく伝えられ て収縮する。 R-R間隔が１秒 なら脈拍は60/分 AEDによる自動リズムの回復 • • 心室細動：心室の複数の 部位で無秩序な興奮 心室の動きに統制が取 れない状態 血流の停止 電気的除細動(AED)は心 臓に一過性の高エネル ギーの電流を流す 異常な興奮の抑制 正常な心臓の機能回復 http://www.inazawa-aic.ed.jp/jmeis/hoken/top/fukuda_mark.gif 血液は心臓内圧で押し出される 1) 洞結節心房の収縮心房内圧の上昇 房室弁が開き血液が心室に移動 2) 伝道系を通じて心室筋に興奮が伝わる 心室の収縮心室内圧＞心房内圧で房 室弁が閉じるさらなる心室内圧の上昇 心室内圧＞動脈圧血液が動脈に押 し出される心室の収縮終了動脈弁 が閉じる 心臓周期と心拍 • 前スライドの1)と2)＝収縮期、心臓全体 が弛緩し心房に血液が流れ込む時期＝ 拡張期(休養期) • 収縮期と拡張期がペアで心臓周期 • 心拍数の増加拡張期の時間が短くなり 心臓に負荷がかかる • 安静時心拍数(成人)＝約70/分 • 安静時心拍出量(成人)＝約70mL • 分時拍出量(拍出量 x 心拍数) • • 厚い中膜 周皮細胞 (ペリサイト) – 血流調節 • • 逆止弁 筋ポンプや 呼吸ポンプ http://health.goo.ne.jp/health/img/jintai/jin021.gif 動脈系と静脈系 • 動脈系では – 肺動脈は酸素の少ない血 液を肺に – 大動脈は酸素の多い血液 を体循環に • 静脈系では – 肺静脈は酸素の多い血液 を左心房へ – 上・下大静脈は酸素の少 ない血液を右心房に – 奇静脈系 – 皮静脈 http://web.sc.itc.keio.ac.jp/anatomy/Rauber-Kopsch/web/abb1/png72/599.png Andrew Biel, 坂本(訳)2005. ボディ・ナビゲーションより 動脈系 静脈系 • 心筋は心臓を経由する血 液を使えない • 心筋へ動脈血を運ぶの は冠状動脈(右冠動脈と 左冠動脈) – 右冠動脈辺縁枝と 後室間枝に枝分かれ – 左冠動脈回旋枝と 前下行枝に枝分かれ • 心静脈は冠静脈洞(心臓 の後面にある)に運ぶ – 冠静脈洞右心房 心臓の循環 http://mmh.banyu.co.jp/mmhe2j/sec03/ch020/ch020b.html 毛細血管における物質交換 • 毛細血管一層の内皮細胞のみ血圧 によって血漿がろ過される • 分子の大きいアルブミンなどはろ過されな い膠質(こうしつ) 浸透圧が生じる(膠質 ＝タンパク質)水分が引き戻される • 静脈側では血圧が下がるため膠質浸透 圧との差が上がる老廃物も引き戻す • 過剰な水分はリンパ管で吸収 むくみ(浮腫) • 毛細血管を出る液体量＞戻る量浮腫 • 複数の原因がある – 血圧の異常 – 血中タンパク質(アルブミン)の減少による浸 透圧の低下 – 毛細血管のろ過性の亢進 • 様々な臓器疾患が影響 – 心臓・肝臓・腎臓 血圧の仕組み • • • • • • • 心臓から押し出された血流により起こる圧 心臓に近いほど圧は高い 最高血圧＝心臓の収縮期の血圧 最低血圧＝拡張期の終わりの血圧 最高と最低血圧の差＝脈圧 様々な理由で変化する 塩分量の増加間質液から血漿に水分が移動 血漿量の増加血圧増加 血圧 血管直径 血液量 血液粘着度 心臓収縮力 ↓ ↑ ↑ ↑ 上昇 低下 ↑ ↓ ↓ ↓ 成人における血圧値の分類 高血圧治療ガイドライン2009 日本における高血圧症の頻度(％) 80 70 平成18年時点で20歳以上の成人における高血圧症 有病者は3,970万人 60 50 男性 女性 40 30 20 10 0 20－29歳 30－39歳 40－49歳 50－59歳 60－69歳 70歳以上 高血圧症有病者：収縮期血圧140mmHg 以上または拡張期血圧90mmHg 以上， または血圧を下げる薬を服用している者 (平成18年国民健康・栄養調査) 遺伝子と食塩感受性高血圧リスク • 日本人は白人と比べて塩感受性が高い α アデュシン Ｔrp460 アンジオテンシノーゲン Ｔ235 日本人 白人 81 日本人 白人 42 57 15 アルドステロン合成酵素 Ｔ-344 日本人 白人 69 53 G蛋白β ３ Ｔ825 日本人 白人 52 25 Katsuya et al. Hypertens Res 2003 血圧に基づいた脳心血管リスク 高血圧治療ガイドライン2009 http://www.lochol.jp/News/images/04b.gif 脂質異常症(高脂血症)の診断基準 (成人) • 高LDLコレステロール血症 – 140mg/dL以上 – (総コレステロール値：220mg/dL以上) • 低HDLコレステロール血症 – 40mg/dL未満 • 高トリグリセライド(中性脂肪)血症 – 150mg/dL以上 日本動脈硬化学会「動脈硬化性疾患予防ガイドライン 2007年版」 コレステロールについての新しい知見 • • 日本脂質栄養学会が発表 日本動脈硬化学会のガイ ドラインと大きく違う – コレステロール摂取量を増 やしても血清コレステロー ル値は上がらない – LDLコレステロールは悪玉 ではない – 中性脂肪値が150mg/dL以 上でも脂質異常症ではない、 など http://img.7netshopping.jp/bks/images/i0/1102971630.jpg 臨床研究適正評価教育機構による見解 • 日本動脈硬化学会と日本脂質栄養学会によるガイドラ インによる国民の混乱を防ぐため、臨床研究適正評価 教育機構(J-CLEAR)が見解を発表 http://j-clear.jp/oshirase.html 県別Na排出量全寮制自治医大学生（24時間尿） 生化学実習で食塩摂取を毎年自身で体験 国民栄養調査1995年13.2g→2002年11.4g ２０１－２３６ｍEｑ １８１－２００ｍEq １６１－１８０ｍEq １４１－１６０ｍEq １３６－１４１ｍEq (Na1Eq=食塩58.5g) 同じ食堂でも日本東北部出身 学生は食塩摂取が南西部出 身学生よりも有意に多い。 測定人数 N=208 関東風（左）は、高食塩、鰹だし＝ 粉末かつおぶし、粉末こんぶ 。 関西風（右）は、低食塩、昆布だし＝ 粉末こんぶ、魚介エキス。 一酸化窒素合成酵素遺伝子T786C多型でも 食塩摂取量11.7ｇ/日以下なら高血圧にならない 150 145 140 135 TT型 TC/CC型 130 平均45歳の日 本人281人 125 120 115 <7.5g 7.5-9.2g 9.2-11.7g >11,7g Miyaki K et al.: Am J Hypertens. 18: 1556-1562 (2005) 17%が高血圧 になりやすい TC/CC型 介入試験３年後における高血圧発症率と アンジオテンシノーゲン遺伝子多型 TT型は熱帯雨林で 50 極度に食塩の少ない 地域で食塩を体内に 高 保持するアンジオテ 血 40 ンシノーゲンを増産 圧 発 30 症 類人猿、黒人は100%、 日本人は30%がＴＴ型 率 20 （ ％ 白人はMM型が多い ） 45 44 ＴＴ型 ＴＭ型 ＭＭ型 41 36 32 32 32 28 25 10 TT型でも高血圧の 発症を抑えることは 可能 0 観察のみ 減塩食 減量